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Raw Blame History

遗传算法优化ABM模型参数项目

项目概述

本项目使用遗传算法（Genetic Algorithm）来优化基于代理的模型（Agent-Based Model）的关键参数，目标是使模型生成的脆弱产业集合与目标产业集合尽可能匹配。项目包含完整的遗传算法实现、ABM模型集成、数据库操作和结果分析功能。

项目结构

项目根目录/
├── main.py                    # 遗传算法主程序
├── evaluate_func.py           # 适应度函数和评估逻辑
├── creating.py                # 遗传算法工具箱创建
├── config.json                # 配置文件
├── controller_db.py           # 数据库控制器（需补充）
├── my_model.py                # ABM模型实现（需补充）
├── orm.py                     # 数据库ORM配置（需补充）
├── GA_Agent_0925/             # 遗传算法相关模块
│   ├── creating.py           # 工具箱创建
│   ├── orm.py                # 数据库配置
│   └── SQL_analysis_risk_ga.sql # 分析SQL脚本
├── results/                   # 结果输出目录（自动创建）
└── requirements.txt           # 依赖包列表（需补充）

功能特性

核心功能

遗传算法优化：使用DEAP框架实现完整的遗传算法流程
多进程并行计算：支持多进程运行ABM模型，提高计算效率
实时结果记录：每代最优个体和适应度实时保存到文件
收敛曲线可视化：自动生成算法收敛过程图表
产业匹配分析：详细分析模拟结果与目标产业的匹配情况

参数优化范围

算法优化以下12个关键ABM模型参数：

n_max_trial - 最大尝试次数 [1, 60]
prf_size - 偏好大小 [0.0, 1.0]
prf_conn - 偏好连接 [0.0, 1.0]
cap_limit_prob_type - 容量限制概率类型 [0, 1]
cap_limit_level - 容量限制水平 [5, 80]
diff_new_conn - 新连接差异 [0.0, 1.0]
netw_prf_n - 网络偏好N [1, 20]
s_r - 小r参数 [0.01, 0.5]
S_r - 大R参数 [0.5, 1.0]
x - X参数 [0.0, 1.0]
k - K参数 [0.1, 5.0]
production_increase_ratio - 生产增加比率 [1.0, 5.0]

配置说明

config.json 示例

{
    "seed": 42,
    "pop_size": 50,
    "n_gen": 100,
    "cx_prob": 0.7,
    "mut_prob": 0.2
}

参数说明

seed: 随机数种子，确保结果可重现
pop_size: 种群大小
n_gen: 进化代数
cx_prob: 交叉概率
mut_prob: 变异概率

使用方法

1. 准备数据库

确保数据库服务运行，并配置正确的连接参数在orm.py中。

2. 运行遗传算法

python main.py

3. 监控运行过程

程序运行时会显示进度条和每代信息：

当前进化代数
最优个体适应度
平均适应度
产业匹配情况

4. 查看结果

运行完成后，在results/目录下生成：

best_individual_each_gen.txt - 每代最优个体记录
best_result_with_industry.json - 最终最优结果
convergence.png - 收敛曲线图

输出文件说明

文本输出文件

实验开始时间：2024-01-01 14
以下为每一代的最优个体基因参数：
第1代最优基因：[参数列表] 最优适应度: 0.8500
第2代最优基因：[参数列表] 最优适应度: 0.8700
...

JSON结果文件

包含完整的优化结果：

算法配置参数
最优个体基因值
最优适应度值
收敛曲线数据
时间戳信息

可视化结果

生成收敛曲线图，显示最佳适应度和平均适应度随代数的变化趋势。

适应度函数逻辑

目标函数

适应度 = -误差，其中误差计算为：

误差 = |模拟脆弱产业集合 Δ 目标产业集合|

产业匹配分析

匹配产业: 模拟结果与目标重合的产业
多余产业: 模拟结果中多出的产业
缺失产业: 目标中未被模拟覆盖的产业

目标产业集合

包含35个关键半导体产业链编号，涵盖：

半导体设备类（光刻机、刻蚀设备等）
半导体材料类（光刻胶、清洗溶剂等）
晶圆制造类
封装测试类
芯片设计类

数据库操作

样本管理

自动从数据库获取随机样本
样本锁定机制防止重复使用
临时表管理和清理

结果存储

每个GA个体分配唯一ID
模拟结果与GA个体关联存储
支持多进程并发访问

故障排除

常见问题

数据库连接失败: 检查orm.py中的连接配置
缺少依赖包: 运行pip install -r requirements.txt
ABM模型错误: 检查my_model.py的实现
内存不足: 减少种群大小或并行进程数

日志信息

程序运行时会输出详细日志，包括：

GA个体参数
数据库操作状态
产业匹配统计
错误和异常信息

扩展开发

添加新参数

在creating.py中注册新基因
在evaluate_func.py的fitness函数中映射参数
更新ABM模型以使用新参数

修改目标产业

编辑evaluate_func.py中的get_target_vulnerable_industries()函数，更新目标产业列表。

调整算法策略

修改main.py中的遗传算子：

选择策略：tools.selTournament
交叉算子：tools.cxTwoPoint
变异算子：tools.mutShuffleIndexes

许可证

本项目仅供学术研究使用。

技术支持

如有问题请联系项目维护团队。

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