MEALPY (MEta-heuristic ALgorithms in PYthon) 是一个开源的Python库,包含了大量最先进的元启发式算法。这些算法属于基于种群的算法(PMA),是近似优化领域中最流行的算法。
MEALPY的主要特点包括:
MEALPY的主要目标是:
使用MEALPY,您可以:
可以通过pip安装MEALPY的稳定版本:
pip install mealpy==3.0.1
安装完成后,可以像导入其他Python模块一样导入MEALPY:
import mealpy print(mealpy.__version__) print(mealpy.get_all_optimizers())
from mealpy import FloatVar, SMA import numpy as np def objective_function(solution): return np.sum(solution**2) problem = { "obj_func": objective_function, "bounds": FloatVar(lb=(-100.,)*30, ub=(100.,)*30), "minmax": "min", "log_to": None, } model = SMA.OriginalSMA(epoch=100, pop_size=50, pr=0.03) g_best = model.solve(problem) print(f"Best solution: {g_best.solution}, Best fitness: {g_best.target.fitness}")
from mealpy import FloatVar, SHADE import numpy as np def objective_function(solution): return np.sum(solution**2) problem = { "obj_func": objective_function, "bounds": FloatVar(lb=(-1000.,)*10000, ub=(1000.,)*10000), # 10000维 "minmax": "min", "log_to": "console", } optimizer = SHADE.OriginalSHADE(epoch=10000, pop_size=100) g_best = optimizer.solve(problem) print(f"Best solution: {g_best.solution}, Best fitness: {g_best.target.fitness}")
MEALPY支持使用多线程或多进程进行分布式优化:
from mealpy import FloatVar, SMA import numpy as np def objective_function(solution): return np.sum(solution**2) problem = { "obj_func": objective_function, "bounds": FloatVar(lb=(-100.,)*100, ub=(100.,)*100), "minmax": "min", "log_to": "console", } optimizer = SMA.OriginalSMA(epoch=10000, pop_size=100, pr=0.03) # 使用10个线程 optimizer.solve(problem, mode="thread", n_workers=10) print(f"Best solution: {optimizer.g_best.solution}, Best fitness: {optimizer.g_best.target.fitness}") # 使用8个CPU核心 optimizer.solve(problem, mode="process", n_workers=8) print(f"Best solution: {optimizer.g_best.solution}, Best fitness: {optimizer.g_best.target.fitness}")
MEALPY允许用户定义自定义的优化问题。以下是一个优化SVM超参数的例子:
from sklearn.svm import SVC from sklearn.model_selection import train_test_split from sklearn.preprocessing import StandardScaler from sklearn import datasets, metrics from mealpy import FloatVar, StringVar, IntegerVar, BoolVar, MixedSetVar, SMA, Problem # 加载数据集 X, y = datasets.load_breast_cancer(return_X_y=True) # 创建训练集和测试集 X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.3, random_state=1, stratify=y) sc = StandardScaler() X_train_std = sc.fit_transform(X_train) X_test_std = sc.transform(X_test) data = { "X_train": X_train_std, "X_test": X_test_std, "y_train": y_train, "y_test": y_test } class SvmOptimizedProblem(Problem): def __init__(self, bounds=None, minmax="max", data=None, **kwargs): self.data = data super().__init__(bounds, minmax, **kwargs) def obj_func(self, x): x_decoded = self.decode_solution(x) C_paras, kernel_paras = x_decoded["C_paras"], x_decoded["kernel_paras"] degree, gamma, probability = x_decoded["degree_pras"], x_decoded["gamma_paras"], x_decoded["probability_paras"] svc = SVC(C=C_paras, kernel=kernel_paras, degree=degree, gamma=gamma, probability=probability, random_state=1) # 拟合模型 svc.fit(self.data["X_train"], self.data["y_train"]) # 进行预测 y_predict = svc.predict(self.data["X_test"]) # 评估性能 return metrics.accuracy_score(self.data["y_test"], y_predict) my_bounds = [ FloatVar(lb=0.01, ub=1000., name="C_paras"), StringVar(valid_sets=('linear', 'poly', 'rbf', 'sigmoid'), name="kernel_paras"), IntegerVar(lb=1, ub=5, name="degree_paras"), MixedSetVar(valid_sets=('scale', 'auto', 0.01, 0.05, 0.1, 0.5, 1.0), name="gamma_paras"), BoolVar(n_vars=1, name="probability_paras"), ] problem = SvmOptimizedProblem(bounds=my_bounds, minmax="max", data=data) model = SMA.OriginalSMA(epoch=100, pop_size=20) model.solve(problem) print(f"Best agent: {model.g_best}") print(f"Best solution: {model.g_best.solution}") print(f"Best accuracy: {model.g_best.target.fitness}") print(f"Best parameters: {model.problem.decode_solution(model.g_best.solution)}")
MEALPY是一个功能强大、易于使用的Python库,为各种优化问题提供了广泛的元启发式算法。无论您是研究人员、工程师还是数据科学家,MEALPY都能为您的优化任务提供宝贵的工具和解决方案。通过其丰富的算法库、灵活的问题定义和强大的分析工具,MEALPY可以帮助您更快、更有效地解决复杂的优化问题。
如果您在使用MEALPY时发现它对您的工作有所帮助,请考虑在您的研究中引用MEALPY。您的支持将有助于MEALPY 的持续发展和改进,使更多人受益于这个开源项目。
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