Microsoft Word - Bai 7.1.docx

Microsoft Word Bai 7 1 docx Trang 1 MÔN CÁC MẪU THIẾT KẾ HỚNG ỐI TỢNG Bài thực hành số 7 1 Tiến hóa các biểu thức về biểu thức mục tiêu I Mục tiêu  Giúp SV làm quen cách áp dụng gii thuật tiến hó[.]

MÔN : CÁC MẪU THIẾT KẾ HỚNG ỐI TỢNG Bài thực hành số 7.1 : Tiến hóa các biểu thức về biểu thức mục tiêu

I Mục tiêu :

 Giúp SV làm quen cách áp dụng gii thuật tiến hóa vào loi cá thể xác ịnh : biểu thức i số

II Nội dung :

Áp dụng thuật gii tiến hóa tổng quát ể thử tiến hóa các cá thể có giá trị ặc trng

là biểu thức ngẫu nhiên ban ầu về biểu thức mục tiêu theo nghĩa giá trị của chúng gần bằng với giá trị của biểu thức mục tiêu nhất

III Chuẩn ầu ra :

 Nắm vững tính chất, công dụng của các mẫu thiết kế ợc dùng trong bài thực hành này ể có thể dùng li các mẫu này trong bất kỳ vị trí nào của chng trình mới cần xây dựng

IV Qui trình xây dựng chng trình

1 Chy VS Net, chọn menu File.New.Project ể hiển thị cửa sổ New Project

2 Mở rộng mục Visual C# trong TreeView "Project Types", chọn mục Window, chọn icon "Windows Form Application" trong listbox "Templates" bên phi, thiết lập th mục chứa Project trong listbox "Location", nhập tên Project vào textbox "Name:" (td BaiTH7), click button OK ể to Project theo các thông

số ã khai báo

3 Form ầu tiên của ứng dụng ã hiển thị trong cửa sổ thiết kế, việc thiết kế form là quá trình lặp 4 thao tác to mới/xóa/hiệu chỉnh thuộc tính/to hàm

xử lý sự kiện cho từng ối tợng cần dùng trong form Ta s xây dựng form giao diện ứng dụng sau

4 Dùng li th viện miêu t thuật gii tiến hóa tổng quát ở bài thực hành 5.1 : cách chính quy nhất là sử dụng file *.dll miêu t th viện Tuy nhiên ở ây ta chỉ dừng li ở mức dùng li mã nguồn của th viện

Dời chuột về phần tử gốc của cây Project trong cửa sổ “Solution Explorer”, ấn phi chuột vào nó ể hiển thị menu lệnh, chọn chức nng Add.New Folder ể to 1 folder mới ặt tên cho folder này là GenLib Click phi chuột vào folder mới vừa to và chọn option Add.Existing Item, duyệt chọn các file *.cs trong th mục GenLib trong project BaiTH5 ã có ể copy chúng vào folder hiện hành

5 Dùng li phân hệ miêu t biểu thức ở bài thực hành 6.1 : cách chính quy nhất

là sử dụng file *.dll miêu t phân hệ này Tuy nhiên ở ây ta chỉ dừng li ở mức dùng li mã nguồn của phân hệ

Dời chuột về phần tử gốc của cây Project trong cửa sổ “Solution Explorer”, ấn phi chuột vào nó ể hiển thị menu lệnh, chọn chức nng Add.New Folder ể to 1 folder mới ặt tên cho folder này là Expression Click phi chuột vào folder mới vừa to và chọn option Add.Existing Item, duyệt chọn các file *.cs trong th mục Expression trong project BaiTH6 ã có ể copy chúng vào

folder hiện hành (lu ý không copy file MyRandom.cs và dùng file này trong th mục GenLib ã có)

6 Hiện thực class ExprIndividual miêu t 1 cá thể có thuộc tính giá trị ặc trng

là 1 biểu thức i số

Dời chuột về phần tử gốc của cây Project trong cửa sổ “Solution Explorer”, ấn phi chuột vào nó ể hiển thị menu lệnh, chọn chức nng Add.Class ể hiển thị cửa sổ “Add New Item”, chọn mục “Class”, hiệu chỉnh tên class là ExprIndividual.cs, chọn button Add ể máy to 1 class mới Viết code cho class này nh sau (lu ý các file mã nguồn ợc to mới trong ứng dụng ều phi dùng 2 lệnh :

using BaiTH5.GenLib;

using BaiTH6.Expression;

vì chúng có dùng các phần tử trong 2 namespace cũ này):

classExprIndividual : AbstractIndividual {

//giá trị ặc trng là 1 biểu thức

privateIExpression specVal;

privatestaticIExpressionFactory ef = newExpressionFactory();

//hàm to cá thể 1 cách ngẫu nhiên

public ExprIndividual()

{

specVal = ef.createRandomExpression();

}

//hàm to cá thể có giá trị ặc trng xác ịnh

public ExprIndividual(IExpression specVal)

{

this.specVal = specVal;

}

//hiện thực thuộc tính SpecValue

publicoverrideObject SpecValue

{

get { return specVal; }

set { specVal = (IExpression)value; }

}

//hàm gii mã ối tợng thành chuỗi vn bn

publicoverrideString ToString()

{

//return String.Format("vp={0:f4}, fit={1:f4}",valeurPropre, fitness);

returnString.Format("vp={0:s} fp={1:f5}\r\n", specVal.ToString(), Fitness);

}

//hàm phối giống với other

publicoverrideIIndividual cross(IIndividual other)

{

// on accède directement à la valeur propre, pas la peine d'utiliser d'accesseur

IExpression e2 = other.SpecValue asIExpression;

if (e2 != null)

{

IExpression ek = ef.createBinaryOp(Operator.DIV,

ef.createBinaryOp(Operator.PLUS, specVal, e2),

ef.createConstant(2));

returnnewExprIndividual(ek.simplify());

}

return clone();

}

//hàm ột biến

publicoverridevoid muter()

{

//to biểu thức mới ngẫu nhiên

IExpression e2 = ef.createRandomExpression();

//theo trung bình cộng của mình với biểu thức mới

specVal = ef.createBinaryOp(Operator.DIV, ef.createBinaryOp(Operator.PLUS, specVal, e2),

ef.createConstant(2));

specVal = specVal.simplify();

}

//hàm nhân bn theo mẫu Prototype

publicoverrideIIndividual clone()

{

IIndividual ei = newExprIndividual(specVal);

ei.Fitness = Fitness;

return ei;

}

} 

7 Hiện thực ối tợng mục tiêu mà các biểu thức muốn hội tụ về

Dời chuột về phần tử gốc của cây Project trong cửa sổ “Solution Explorer”, ấn phi chuột vào nó ể hiển thị menu lệnh, chọn chức nng Add.Class ể hiển thị cửa sổ “Add New Item”, chọn mục “Class”, hiệu chỉnh tên class là FuncTarget.cs, chọn button Add ể máy to 1 class mới Viết code cho class này nh sau :

classFuncTarget : ITarget {

//giá trị mục tiêu

privatedouble value;

//danh sách trị của các biến ợc dùng

privateIVarList env;

//ối tợng to số ngẫu nhiên duy nhất trong toàn chng trình

privatestaticMyRandom rnd = MyRandom.getInstance();

privatestaticIExpressionFactory ef = newExpressionFactory();

//hàm khởi to

public FuncTarget()

{

value = rnd.RndDouble();

env = ef.createRandomVarList();

}

//hàm tính toán giá trị cá thể

publicdouble getVal(IIndividual i)

{

IExpression e = i.SpecValue asIExpression;

if (e == null) return 0;

return e.eval(env);

}

//hàm tính toán cá thể

publicdouble eval(IIndividual i)

{

IExpression e = i.SpecValue asIExpression;

if (e == null) return 0;

double r1 = e.eval(env);

return 1 / ((value - r1) * (value - r1));

}

//hàm gii mã ối tợng thành chuỗi vn bn

publicoverrideString ToString()

{

returnString.Format("Ta tìm biểu thức có giá trị : {0:f5} nếu dùng giá trị các biến {1:s}", value, env.ToString());

}

} 

8 Hiện thực class Factory chuyên to thế hệ các cá thể mà mỗi cá thể có giá trị

ặt trng là biểu thức

Dời chuột về phần tử gốc của cây Project trong cửa sổ “Solution Explorer”, ấn phi chuột vào nó ể hiển thị menu lệnh, chọn chức nng Add.Class ể hiển thị cửa sổ “Add New Item”, chọn mục “Class”, hiệu chỉnh tên class là ExprPopFactory.cs, chọn button Add ể máy to 1 class mới Viết code cho class này nh sau :

class ExprPopFactory : IPopulationFactory {

//hàm to ối tợng mục tiêu

public ITarget createTarget() {

return new FuncTarget ();

}

//hàm to thế hệ có size cá thể ngẫu nhiên

public IPopulation createRandomPopulation( int size)

{

IPopulation pop = newPopulation();

for (int i = 0; i < size; i++)

{

pop.add(newExprIndividual());

}

return pop;

}

} 

9 Nếu cửa sổ ToolBox cha hiển thị chi tiết, chọn menu View.Toolbox ể hiển thị nó (thờng nằm ở bên trái màn hình) Click chuột vào button (Auto Hide) nằm ở góc trên phi cửa sổ ToolBox ể chuyển nó về chế ộ hiển thị thờng trực

10 Duyệt tìm phần tử Button trong cửa sổ ToolBox, chọn nó và v nó ở góc trên trái của Form Vào cửa sổ thuộc tính của Button và hiệu chỉnh li thuộc tính Text = "Start", thuộc tính (Name) = btnStart To hàm xử lý sự kiện Click trên Button rồi viết on code kiểm thử gii thuật tiến hóa các biểu thức i

số nh sau :

private void btnStart_Click(object sender, EventArgs e) {

int popSize = 20; //số cá thể trong từng thế hệ

int nbGens = 10; //số thế hệ cần tiến hóa

//to ối tợng qun lý file ể ghi dữ liệu

StreamWriter oFile = new StreamWriter ( "data.txt" , true , Encoding Unicode);

//xuất số cá thể của mỗi thế hệ ra file

oFile.WriteLine( "Ta sử dụng cộng ồng có " + popSize + " cá thể" );

//to ối tợng Factory cho ứng dụng

IPopulationFactory pf = new ExprPopFactory ();

//nhờ Factory to ngẫu nhiên thế hệ ầu tiên

IPopulation pop = pf.createRandomPopulation(popSize);

//nhờ Factory to ối tợng mục tiêu cần hội tụ tới

ITarget vc = pf.createTarget();

//xuất ối tợng mục tiêu ra file

oFile.WriteLine(vc);

//lặp tiến hóa thế hệ với số lầ lặp xác ịnh

for ( int i = 0; i < nbGens; i++)

{

//xuất giá trị thế hệ hiện hành ra file

oFile.WriteLine( "Thế hệ " + i + ":" );

OutExprPop(oFile, pop, vc);

pop = pop.evoluer(vc);

}

//xuất giá trị thế hệ cuối cùng ra file

oFile.WriteLine( "Kết qu : " );

OutExprPop(oFile, pop, vc);

//xuất thế hệ cuối cùng ra file

oFile.WriteLine( "Các biểu thức kết qu : " + pop);

oFile.WriteLine( "==========================================================" ); //óng file

oFile.Close();

}

private void OutExprPop( StreamWriter oFile, IPopulation pop, ITarget vc) {

int cnt = pop.size();

FuncTarget ft = ( FuncTarget )vc;

for ( int i = 0; i < cnt; i++) {

oFile.WriteLine(ft.getVal(pop[i]) + ", " );

}

}

11 Thêm các lệnh using sau vào ầu file Form1.cs :

using BaiTH6.GenLib;

using BaiTH7.Expression;

using System.IO;

12 Dịch và chy chng trình Nếu có lỗi thì sửa, nếu hết lỗi thì chng trình s chy Mỗi lần ngời dùng click chuột vào button, chng trình s to 1 biểu thức ngẫu nhiên làm mục tiêu tiến hóa ến, sau ó chng trình to thế hệ ban ầu gồm nhiều cá thể mà giá trị ặc trng là biểu thức ngẫu nhiên Cuối cùng chng trình thử chy gii thuật tiến hóa trên thế hệ ban ầu nhiều lần Cuối cùng chng trình xuất thế hệ cuối cùng ra file ể ta kiểm tra kết qu và

ánh giá mức ộ hội tụ của gii thuật tiến hóa

13 Dùng trình WordPad mở file data.txt trong th mục chứa file kh thi của chng trình, quan sát xem các biểu thức kết qu và giá trị của chúng có gần giống với biểu thức mục tiêu không