?? ga.c
字號:
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<graphics.h>
#include<math.h>
#include<time.h>
#include<string.h>
#include "graph.c"
/* 宏定義 */
#define TL1 20 /* 植物性食物限制時間 */
#define TL2 5 /* 動物性食物限制時間 */
#define NEWFOODS 3 /* 植物性食物每代生成數目 */
#define MUTATION 0.05 /* 變異概率 */
#define G_LENGTH 32 /* 個體染色體長度 */
#define MAX_POP 100 /* 個體總數的最大值 */
#define MAX_FOOD 100 /* 食物總數的最大值 */
#define MAX_WX 60 /* 虛擬環境的長度最大值 */
#define MAX_WY 32 /* 虛擬環境的寬度最大值 */
#define SX1 330 /* 虛擬環境圖左上角點x坐標 */
#define SY1 40 /* 虛擬環境圖左上角點y坐標 */
#define GX 360 /* 個體數進化圖形窗口的左上角點X坐標 */
#define GY 257 /* 個體數進化圖形窗口的左上角點Y坐標 */
#define GXR 250 /* 個體數進化圖形窗口的長度 */
#define GYR 100 /* 個體數進化圖形窗口的寬度 */
#define GSTEP 2 /* 個體數進化圖形窗口的X方向步長 */
#define R_LIFE 0.05 /* 初期產生生物數的環境比率 */
#define R_FOOD 0.02 /* 初期產生食物數的環境比率 */
#define SL_MIN 10 /* 個體壽命最小值 */
/* 全局變量 */
unsigned char gene[MAX_POP][G_LENGTH]; /* 遺傳基因 */
unsigned char iflg[MAX_POP]; /* 個體死活狀態標志變量 */
unsigned char fflg[MAX_FOOD]; /* 食物有無狀態標志變量 */
unsigned char world[MAX_WX][MAX_WY]; /* 虛擬環境的數據 */
unsigned char /* 各中行為模式數據 */
life1[5][5]={{0,0,1,0,0},{0,1,0,1,0},{1,0,0,0,1},{0,1,0,1,0},{0,0,1,0,0}};
unsigned char
life2[5][5]={{1,1,1,1,1},{1,0,0,0,1},{1,0,0,0,1},{1,0,0,0,1},{1,1,1,1,1}};
unsigned char
food1[5][5]={{0,0,0,1,0},{0,0,1,1,0},{0,1,0,1,0},{0,0,1,1,0},{0,0,0,1,0}};
unsigned char
food2[5][5]={{0,0,0,1,0},{0,0,1,1,0},{0,1,1,1,0},{0,0,1,1,0},{0,0,0,1,0}};
int pop_size; /* 個體總數 */
int iatr[MAX_POP][4]; /* 個體屬性 */
/* iatr[][0] 個體當前位置x坐標 */
/* iatr[][1] 個體當前位置y坐標 */
/* iatr[][2] 內部能量 */
/* iatr[][3] 年齡屬性 */
int food_size; /* 食物總數 */
int fatr[MAX_FOOD][4]; /* 食物屬性 */
/* fatr[][0] 食物當前位置x坐標 */
/* fatr[][1] 食物當前位置y坐標 */
/* fatr[][2]=0 : 植物性 =1:動物性 */
/* fatr[][3] 新鮮程度 */
int wx,wy; /* 虛擬環境的長寬度 */
void uni_crossover(gene,g1,g2,g3,ratio1,g_length) /* 均勻交叉 */
unsigned char *gene; /* 遺傳基因 */
int g1,g2,g3; /* g1 g2 父個體編號 g3 子個體編號 */
double ratio1; /* 父個體g1被選中的概率 */
int g_length; /* 個體遺傳基因的位長 */
{
unsigned char *gene1; /* 父1遺傳基因的指針 */
unsigned char *gene2; /* 父2遺傳基因的指針 */
unsigned char *gene3; /* 子遺傳基因的指針 */
double rnd,r1;
int i;
gene1=gene+g_length*g1;
gene2=gene+g_length*g2;
gene3=gene+g_length*g3;
r1=(int)(10000.0*ratio1);
for(i=0;i<g_length;i++)
{ rnd=random(10000);
if(rnd<=r1) *(gene3+i)=*(gene1+i);
else *(gene3+i)=*(gene2+i);
}
}
void g_disp_unit(x,y,n)
/* 繪制虛擬環境的一個單元 */
int x,y; /* x=0,1,2....,wx-1; y=0,1,2,....,wy-1 */
int n; /* n=0: =1: 生物1 =2:生物2 =3:植物性食物 =4:障礙物 =5:動物性食物 */
{
int gx,gy,i,j;
unsigned char col;
gx=SX1+5*x;gy=SY1+5*y;
for(i=0;i<5;i++)
for(j=0;j<5;j++)
{ switch(n)
{ case 0: col=0; break;
case 1: col=life1[j] [ i]*2; break;
case 2: col=life2[j] [ i]*4; break;
case 3: col=food1[j] [ i]*6; break;
case 4: col=7; break;
case 5: col=food2[j] [ i]*11;
}
g_pset(gx+j,gy+i,col);
}
}
void g_draw_world() /* 顯示虛擬環境畫面 */
{
int i,j;
for(i=0;i<wy;i++)
for(j=0;j<wx;j++)
g_disp_unit(j,i,world[j] [ i]);
}
void g_draw_frame(x1,y1,x2,y2,c1,c2,c3,c4,text)
int x1,y1,x2,y2,c1,c2,c3,c4;
char *text;
{ int n,x3;
g_rectangle(x1,y1,x2,y2,c1,1);
g_rectangle(x1,y1,x2,y2,c2,0);
g_rectangle(x1,y1,x2,y1+16,c3,1);
g_rectangle(x1,y1,x2,y1+16,c2,0);
n=strlen(text);
x3=x1+((x2-x1-n*8)/2);
disp_hz16(text,x3,y1,c4);
}
void g_init_frames() /* 初始化畫面 */
{
int i,j,cx,cy,x,y;
char text[17];
g_draw_frame(0,0,639,399,15,0,4,15,
"基于遺傳算法的人工生命模擬");
g_draw_frame(0,16,320,170,7,0,8,15,"設定參數");
y=48;
setcolor(9);
disp_hz16("植物食物限制時間",16,y,15);
sprintf(text,"%d",TL1);
g_text(200,y+8,4,text);
y=y+24;
setcolor(9);
disp_hz16("動物食物限制時間",16,y,15);
sprintf(text,"%d",TL2);
g_text(200,y+8,4,text);
y=y+24;
setcolor(9);
disp_hz16("植物食物每代生成個數",16,y,15);
sprintf(text,"%d",NEWFOODS);
g_text(200,y+8,4,text);
y=y+24;
setcolor(9);
disp_hz16("變異概率",16,y,15);
i=(int)(MUTATION*100.0);
sprintf(text,"%d",i);
g_text(152,y+8,4,text);
g_draw_frame(0,170,320,399,7,0,8,15,"最佳基因型");
x=16;y=194;
setcolor(9);
disp_hz16("SP:物種號........",x,y,15);y=y+16;
disp_hz16("SL:壽命..........",x,y,15);y=y+16;
disp_hz16("VF:視野..........",x,y,15);y=y+16;
disp_hz16("TM:基本移動模式..",x,y,15);y=y+16;
disp_hz16("CM:移動特點......",x,y,15);y=y+16;
disp_hz16("LM:移動能耗......",x,y,15);y=y+16;
disp_hz16("CA:行動特點......",x,y,15);y=y+16;
disp_hz16("CR:善變性........",x,y,15);y=y+16;
disp_hz16("SA:攻擊速度......",x,y,15);y=y+16;
disp_hz16("DA:防御能力......",x,y,15);y=y+16;
disp_hz16("LA:攻擊能耗......",x,y,15);y=y+16;
disp_hz16("EF:食物吸取效率..",x,y,15);y=y+16;
g_draw_frame(320,16,639,207,7,0,8,15,"虛擬世界");
g_draw_frame(320,207,639,399,7,0,8,15,"世代個體數目變化");
}
void g_init_graph()
/* 個體數進化圖初始化 */
{
g_rectangle(GX,GY,GX+GXR,GY+GYR,0,1);
g_rectangle(GX,GY,GX+GXR,GY+GYR,6,0);
setcolor(1);
disp_hz16( "生物 1",GX+5,GY-18,15);
g_line(GX+90,GY-10,GX+110,GY-10,1);
setcolor(4);
disp_hz16( "生物 2",GX+120,GY-18,15);
g_line(GX+205,GY-10,GX+225,GY-10,4);
setcolor(0);
disp_hz16("世代數",GX+168,GY+GYR+10,15);
g_text(GX-25,GY,0,"100");
g_text(GX-14,GY+GYR,0,"0");
}
void g_plot_population(gen_num,n1,n2,n1old,n2old)
int gen_num,n1,n2,n1old,n2old;
{
int x,y,gx,gy,x_old,y_old;
char text[8];
if(gen_num%10==0)
{
x=GX+(gen_num-1)*GSTEP;
g_line(x,GY+1,x,GY+GYR-1,1);
sprintf(text,"%d",gen_num);
if(gen_num<100||gen_num%20==0)
g_text(x-8,GY+GYR+5,15,text);
}
x_old=GX+(gen_num-1)*GSTEP;
x=x_old+GSTEP;
y_old=GY+GYR-n1old;
y=GY+GYR-n1;
g_line(x_old,y_old,x,y,1);
y_old=GY+GYR-n2old;
y=GY+GYR-n2;
g_line(x_old,y_old,x,y,4);
}
void g_disp_genotype() /* 顯示最佳個體的遺傳基因型 */
{
int i,j,n0,n1,x,y;
unsigned char g[G_LENGTH];
unsigned char bits[12][2]=
{ {0,0},{1,4},{5,6},{7,8},{9,11},{12,12},{13,15},
{16,18},{19,21},{22,24},{25,27},{28,31}};
/* 畫面消除 */
g_rectangle(200,187,319,398,7,1);
if(pop_size!=0)
{
/* 獲取各遺傳因子 */
for(i=0;i<G_LENGTH;i++)
{
n0=0;n1=0;
for(j=0;j<pop_size;j++)
if(gene[j] [ i]==0) n0++;
else n1++;
if(n0>=n1) g [ i]=0; else g [ i]=1;
}
x=220;
for(i=0;i<12;i++)
{
y=202+i*16;
for(j=bits [ i][0];j<=bits [ i][1];j++)
if(g[j]==0)
g_text(x+(j-bits [ i][0])*16,y,4,"0");
else
g_text(x+(j-bits [ i][0])*16,y,4,"1");
}
}
}
void g_disp_char(x,y,x1,y1,x2,y2,v)
int x,y,x1,y1,x2,y2;
unsigned char v;
{
char c[10];
if(x>=x1&& x<=x2-8 && y>=y1 && y<=y2-10)
{
switch(v)
{
case 0: strcpy(c,"0\0");break;
case 1: strcpy(c,"+\0");break;
case 2: strcpy(c,"-\0");break;
case 3: strcpy(c,"x\0");
}
g_text(x,y,15,c);
}
}
void remove_life(n) /* 消除第n個個體 */
int n;
{
iflg[n]=0;
world[iatr[n][0]][iatr[n][1]]=0;
g_disp_unit(iatr[n][0],iatr[n][1],0);
if(food_size+1<=MAX_FOOD)
{
food_size++;
fatr[food_size-1][0]=iatr[n][0];
fatr[food_size-1][1]=iatr[n][1];
fatr[food_size-1][2]=1;
fatr[food_size-1][3]=0;
fflg[food_size-1]=1;
world[iatr[n][0]][iatr[n][1]]=5;
g_disp_unit(iatr[n][0],iatr[n][1],5);
}
}
void remove_food(n) /* 消除第n個食物 */
int n;
{
fflg[n]=0;
world[fatr[n][0]][fatr[n][1]]=0;
g_disp_unit(fatr[n][0],fatr[n][1],0);
}
void make_lives_and_foods() /* 設置虛擬環境中生物與食物 */
{
int x,y,i,j;
pop_size=0;
food_size=0;
for(y=0;y<wy;y++)
for(x=0;x<wx;x++)
{
if(world[x][y]==1||world[x][y]==2)
{
if(pop_size+1<=MAX_POP)
{
pop_size++;
/* 生成遺傳因子 */
gene[pop_size-1][0]=world[x][y]-1;
for(i=1;i<G_LENGTH;i++)
gene[pop_size-1] [ i]=random(2);
/* 設定屬性 */
iatr[pop_size-1][0]=x;
iatr[pop_size-1][1]=y;
iatr[pop_size-1][2]=70+random(30);
iatr[pop_size-1][3]=random(SL_MIN);
}
}
if(world[x][y]==3||world[x][y]==5)
{
if(food_size+1<=MAX_FOOD)
{
food_size++;
/* 設定屬性 */
fatr[food_size-1][0]=x;
fatr[food_size-1][1]=y;
if(world[x][y]==3)
fatr[food_size-1][2]=0;
else
fatr[food_size-1][2]=1;
fatr[food_size-1][3]=random(TL1-1)+1;
}
}
}
}
void find_empty(x,y) /* 尋找虛擬環境中的空處，返回坐標 */
int *x,*y;
{
int ok;
ok=0;
while(ok==0)
{
*x=random(wx);*y=random(wy);
if(world[*x][*y]==0) ok=1;
}
}
void make_world() /* 隨機設定人工環境 */
{
int i,j,k,num,x,y;
int ok,overlap;
char choice[3];
double size;
wx=0;
while(wx<10||wx>MAX_WX)
{
setcolor(15);
disp_hz16("虛擬環境長度(10-60)",10,210,20);
gscanf(300,210,4,0,3,"%s",choice);
wx=atoi(choice);
}
wy=0;
while(wy<10||wy>MAX_WY)
{
setcolor(15);
disp_hz16("虛擬環境寬度(10-32)",10,240,20);
gscanf(300,240,4,0,3,"%s",choice);
wy=atoi(choice);
}
for(i=0;i<wy;i++)
for(j=0;j<wx;j++)
if(i==0||i==wy-1||j==0||j==wx-1)
world[j] [ i]=4;
else world[j] [ i]=0;
/* 設定障礙物 */
size=(double)(wx*wy);
num=(int)(size/40.0);
if(num>MAX_POP) num=MAX_POP;
for(i=0;i<num;i++)
{
find_empty(&x,&y);
world[x][y]=4;
}
num=(int)(size/5.0);
if(num>MAX_FOOD) num=MAX_FOOD;
for(i=0;i<num;i++)
{
ok=0;
while(ok==0)
{
x=random(wx);y=random(wy);
if((world[x][y]!=4) &&
(world[x][y-1]==4 || world[x][y+1]==4 ||
world[x-1][y]==4 || world[x+1][y]==4))
{ world[x][y]=4;
ok=1;
}
}
}
for(y=0;y<wy;y++)
for(x=0;x<wx;x++)
if(world[x][y]==0)
{
num=0;
for(i=-1;i<=1;i++)
for(j=-1;j<=1;j++)
if(get_world(x+j,y+i)==4)
num++;
if(num>=6) world[x][y]=4;
}
/* 設定生物 */
num=(int)(size*R_LIFE);
for(i=0;i<num;i++)
{ find_empty(&x,&y);
world[x][y]=random(2)+1;
}
/* 設定食物 */
num=(int)(size*R_FOOD);
for(i=0;i<num;i++)
{
find_empty(&x,&y);
world[x][y]=3;
}
}
void load_world_file() /* 讀取虛擬環境數據文件設定 */
{
FILE *fopen(),*fpt;
char st[100],c;
int i,j;
if((fpt=fopen("\\ga\\world","r"))==NULL) exit(-1);
else
{
fscanf(fpt,"%d",&wx);
fscanf(fpt,"%d",&wy);
for(i=0;i<wy;i++)
for(j=0;j<wx;j++)
fscanf(fpt,"%d",&world[j] [ i]);
fclose(fpt);
}
}
int get_world(x,y) /*坐標(x,y)處環境值 */
int x,y;
{
if(x>=0 && x<wx && y>=0 && y<wy)
return(world[x][y]);
else
return(-1);
}
int decode_gene(n,sb,bw) /* 第n個個體基因型解碼 */
int n,sb,bw; /* sb開始位 bw位長 */
{
int i,sum;
sum=0;
for(i=sb;i<sb+bw;i++)
sum=sum*2+gene[n] [ i];
return(sum);
}
void move_pos(n,x1,y1,x2,y2) /* 個體n從(x1,y1)移動到(x2,y2) */
int n,x1,y1,x2,y2;
{
int sp,loss;
loss=decode_gene(n,12,1)+1; /* 移動消耗 */
iatr[n][2]=iatr[n][2]-loss; /* 內部能量更新 */
if(iatr[n][2]<=0) remove_life(n);
else
{
/* 個體屬性更新 */
iatr[n][0]=x2;iatr[n][1]=y2; /* x,y坐標更新 */
/* 顯示更新 */
sp=gene[n][0]+1;
g_disp_unit(x1,y1,0); /* 當前位置(x,y)圖形消除 */
world[x1][y1]=0;
g_disp_unit(x2,y2,sp); /* 新位置圖形表示 */
world[x2][y2]=sp;
}
}
void move_randomly(n) /* 個體n按照移動模式隨機移動 */
int n;
{
/* 基本移動模式1 */
int pat1[8][2]={{1,0},{1,1},{0,1},{-1,1},
{-1,0},{-1,-1},{0,-1},{1,-1}};
/* 基本移動模式2與3 */
int pat2_3[2][4][2]={{{1,0},{0,1},{-1,0},{0,-1}},
{{1,1},{-1,1},{-1,-1},{1,-1}}};
int pat,x1,y1,x2,y2,rndnum;
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