貓群演算法

1. 遺傳演算法的基本原理

遺傳演算法的基本原理和方法

一、編碼

編碼：把一個問題的可行解從其解空間轉換到遺傳演算法的搜索空間的轉換方法。

解碼（解碼）：遺傳演算法解空間向問題空間的轉換。

二進制編碼的缺點是漢明懸崖（Hamming Cliff），就是在某些相鄰整數的二進制代碼之間有很大的漢明距離，使得遺傳演算法的交叉和突變都難以跨越。

格雷碼（Gray Code）：在相鄰整數之間漢明距離都為1。

（較好）有意義的積木塊編碼規則：所定編碼應當易於生成與所求問題相關的短距和低階的積木塊；最小字元集編碼規則，所定編碼應採用最小字元集以使問題得到自然的表示或描述。

二進制編碼比十進制編碼搜索能力強，但不能保持群體穩定性。

動態參數編碼（Dynamic Paremeter Coding）：為了得到很高的精度，讓遺傳演算法從很粗糙的精度開始收斂，當遺傳演算法找到一個區域後，就將搜索現在在這個區域，重新編碼，重新啟動，重復這一過程，直到達到要求的精度為止。

編碼方法：

1、 二進制編碼方法

缺點：存在著連續函數離散化時的映射誤差。不能直接反映出所求問題的本身結構特徵，不便於開發針對問題的專門知識的遺傳運算運算元，很難滿足積木塊編碼原則

2、 格雷碼編碼：連續的兩個整數所對應的編碼之間僅僅只有一個碼位是不同的，其餘碼位都相同。

3、 浮點數編碼方法：個體的每個基因值用某一范圍內的某個浮點數來表示，個體的編碼長度等於其決策變數的位數。

4、 各參數級聯編碼：對含有多個變數的個體進行編碼的方法。通常將各個參數分別以某種編碼方法進行編碼，然後再將他們的編碼按照一定順序連接在一起就組成了表示全部參數的個體編碼。

5、 多參數交叉編碼：將各個參數中起主要作用的碼位集中在一起，這樣它們就不易於被遺傳運算元破壞掉。

評估編碼的三個規范：完備性、健全性、非冗餘性。

二、選擇

遺傳演算法中的選擇操作就是用來確定如何從父代群體中按某種方法選取那些個體遺傳到下一代群體中的一種遺傳運算，用來確定重組或交叉個體，以及被選個體將產生多少個子代個體。

常用的選擇運算元：

1、 輪盤賭選擇（Roulette Wheel Selection）：是一種回放式隨機采樣方法。每個個體進入下一代的概率等於它的適應度值與整個種群中個體適應度值和的比例。選擇誤差較大。

2、 隨機競爭選擇（Stochastic Tournament）：每次按輪盤賭選擇一對個體，然後讓這兩個個體進行競爭，適應度高的被選中，如此反復，直到選滿為止。

3、 最佳保留選擇：首先按輪盤賭選擇方法執行遺傳演算法的選擇操作，然後將當前群體中適應度最高的個體結構完整地復制到下一代群體中。

4、 無回放隨機選擇（也叫期望值選擇Excepted Value Selection）：根據每個個體在下一代群體中的生存期望來進行隨機選擇運算。方法如下

（1） 計算群體中每個個體在下一代群體中的生存期望數目N。

（2） 若某一個體被選中參與交叉運算，則它在下一代中的生存期望數目減去0.5，若某一個體未被選中參與交叉運算，則它在下一代中的生存期望數目減去1.0。

（3） 隨著選擇過程的進行，若某一個體的生存期望數目小於0時，則該個體就不再有機會被選中。

5、 確定式選擇：按照一種確定的方式來進行選擇操作。具體操作過程如下：

（1） 計算群體中各個個體在下一代群體中的期望生存數目N。

（2） 用N的整數部分確定各個對應個體在下一代群體中的生存數目。

（3） 用N的小數部分對個體進行降序排列，順序取前M個個體加入到下一代群體中。至此可完全確定出下一代群體中M個個體。

6、無回放余數隨機選擇：可確保適應度比平均適應度大的一些個體能夠被遺傳到下一代群體中，因而選擇誤差比較小。

7、均勻排序：對群體中的所有個體按期適應度大小進行排序，基於這個排序來分配各個個體被選中的概率。

8、最佳保存策略：當前群體中適應度最高的個體不參與交叉運算和變異運算，而是用它來代替掉本代群體中經過交叉、變異等操作後所產生的適應度最低的個體。

9、隨機聯賽選擇：每次選取幾個個體中適應度最高的一個個體遺傳到下一代群體中。

10、排擠選擇：新生成的子代將代替或排擠相似的舊父代個體，提高群體的多樣性。

三、交叉

遺傳演算法的交叉操作，是指對兩個相互配對的染色體按某種方式相互交換其部分基因，從而形成兩個新的個體。

適用於二進制編碼個體或浮點數編碼個體的交叉運算元：

1、單點交叉（One－pointCrossover）：指在個體編碼串中只隨機設置一個交叉點，然後再該點相互交換兩個配對個體的部分染色體。

2、兩點交叉與多點交叉：

（1） 兩點交叉（Two－pointCrossover）：在個體編碼串中隨機設置了兩個交叉點，然後再進行部分基因交換。

（2） 多點交叉（Multi－pointCrossover）

3、均勻交叉（也稱一致交叉，UniformCrossover）：兩個配對個體的每個基因座上的基因都以相同的交叉概率進行交換，從而形成兩個新個體。

4、算術交叉（ArithmeticCrossover）：由兩個個體的線性組合而產生出兩個新的個體。該操作對象一般是由浮點數編碼表示的個體。

四、變異

遺傳演算法中的變異運算，是指將個體染色體編碼串中的某些基因座上的基因值用該基因座上的其它等位基因來替換，從而形成以給新的個體。

以下變異運算元適用於二進制編碼和浮點數編碼的個體：

1、基本位變異（SimpleMutation）：對個體編碼串中以變異概率、隨機指定的某一位或某幾位僅因座上的值做變異運算。

2、均勻變異（UniformMutation）：分別用符合某一范圍內均勻分布的隨機數，以某一較小的概率來替換個體編碼串中各個基因座上的原有基因值。（特別適用於在演算法的初級運行階段）

3、邊界變異（BoundaryMutation）：隨機的取基因座上的兩個對應邊界基因值之一去替代原有基因值。特別適用於最優點位於或接近於可行解的邊界時的一類問題。

4、非均勻變異：對原有的基因值做一隨機擾動，以擾動後的結果作為變異後的新基因值。對每個基因座都以相同的概率進行變異運算之後，相當於整個解向量在解空間中作了一次輕微的變動。

5、高斯近似變異：進行變異操作時用符號均值為P的平均值，方差為P2的正態分布的一個隨機數來替換原有的基因值。

2. 演算法優化的意義

演算法優化的意義：

一般來說，演算法優化是進行網站建設或者是數據模型建設時，常用的一種優化模式。演算法優化的目的和意義在於：提升網站的面向能力、圖片的展現能力、以及提升讀者的便利性。

優化演算法有很多，關鍵是針對不同的優化問題，例如可行解變數的取值（連續還是離散）、目標函數和約束條件的復雜程度（線性還是非線性）等，應用不同的演算法。
對於連續和線性等較簡單的問題，可以選擇一些經典演算法，如梯度、矩陣、乘數、單純形法、梯度下降法等，而這些也是演算法優化和另貓電商中比較常見的。而對於更復雜的問題，則可考慮用一些智能優化演算法，如遺傳演算法和蟻群演算法，此外還包括模擬、禁忌搜索、粒子群演算法等。

3. 抑制母貓發情

母貓一般在5~6個月的時候開始鬧貓，鬧貓也是指貓咪發情的意思 ，會出現粘人、嚎叫、亂尿等行為。可能這種反應會影響主人以及貓咪的正常生活，那麼可以來了解一下面對發情的貓咪該怎麼樣做。

3、補充營養

有時候主人由於工作太忙沒時間照顧貓咪，除了以上的兩點方法以外，主人還可以給貓咪補充一些喵想禁情液，拌入日常的飲食當中，可以幫助貓咪減少發情的生理反應。如果有絕育的想法，需提前做好功課，了解術前術後的注意事項。

4. 貓的群居行為是怎樣的

貓與人或同類間交流的方式各不相同。

聲音滿足時發出呼嚕聲，發怒時發出尖銳刺耳的叫聲，痛苦時發出哨聲。

姿勢以被毛的花紋加強面部的表情、身體的姿勢和尾巴的位置。

接觸摩擦鼻子，互相梳理。

氣味作領地界標，識別其它的貓。

相互識別的方法貓在相互識別時的表達方式是用鼻子嗅聞對方的頭部或尾巴的下方，這些地方腺體集中，由此可以傳遞各自內容豐富的信息。

群居秩序假設你家中的貓不嚴加管制，就會成為社區、街道或公寓大樓貓群落中的一員。貓群落是一個等級森嚴、秩序井然和制度十分嚴格的組織。同一群落中的貓相互熟識，並在等級森嚴的組織里各自佔有一定的地位．外來的其它群落的貓必須經過一場格鬥方能在群落中享有一席之地。

母貓的地位在貓群落中，母貓地位按母權制排列。子女最多的未作絕育手術的母貓，享有制度中最高的地位。母貓作了絕育手術後，在群落中的地位就會一落千丈。

公貓的地位公貓在群落等級的地位與其它群居動物一樣，格鬥的勝利者地位最高，最粗野、最強健的公貓為群落中是最高統治者。

貓的領地范圍貓的私人領地像城市住宅的後院一樣小，但是也可能很大，在貓的總頭數不多的地區內，公貓頭領可控制近300畝左右的地盤。貓在自己的領地里，有它喜歡用來睡覺、觀察和曬太陽的地方。貓佔有的領地范圍，在某種程度上，會受到人類影響。貓的主人可以阻撓其它貓活動，或者制止貓相互爭斗，來幫助初來乍到的貓建立自己的私人領地，標明界標。

久居室內的貓，如果沒有貓和人與它作伴，它會變得孤獨，感到無聊，甚至以做壞事來表示反抗，例如啃地毯、隨地撒尿、或者咬自己的毛皮。如有這種情況發生，則應及時請教獸醫，採取補救的辦法。

5. 貓咪的一百種行為語言分別代表了什麼

貓咪的一百種行為語言代表著自己的需求，比如「嘶」聲：表示自己准備戰斗，威脅對方等等。具體的語言行為如下：

1、聲音柔軟、低沉的「喵嗚——」叫：表示已經接收到別人表達的信息，如「知道了」「聽到了」「我發現了」「又見到你了」等。

2、延長聲調「咪—— 嗷」「咪——哇」叫：表示「我不明白」。

3、「嘶」聲：表示自己准備戰斗，威脅對方。

4、「嗷」聲：表示激動或者恐懼。

5、「嗚嗚」聲：表示自己在保衛它認為很重要的東西，不希望別人靠近。如果貓趴著發出「嗚嗚」聲，又找不到它在保護什麼，那它很可能將保護對象藏在自 己身子底下。

6、「吆」聲：表示妥協和希望談判。一般貓只會對其他貓發出這種聲音。

7、「嘶——吆」聲：發現未知物品，不知道它是否可以吃或者可以談判。

8、「嘛——克」聲：發現獵物但難以捕獵，需要援助。一般是在看到飛鳥或者游魚時發出這種聲音。

9、「咯 ——克」聲：想要嘔吐肚子里的毛球。給貓吃些植物或油脂會幫助貓嘔吐。

注意事項：

1、當人類對貓做事使貓覺得滿意時，貓會發出這種聲音表示贊許。

2、貓之間發出這個聲音，表示安慰對方，或說自己狀態很好。

6. 貓咪確定地位高低的行為

兩只貓在進行對視的過程中，會互相比較，並觀察對方的實力，從而做出判斷，如果哪一方的貓覺得自己弱勢了，就會率先把頭轉過去，然後迅速離開，另外一隻處於優勢的貓就會在後面相當長的一段時間里擁有著比較高的地位。正是由於需要判斷對方的實力，所以說兩只貓對視的時候會非常有耐心，也隨時都做好了轉身離開的准備。這個時間其實對貓咪也是一種「緩沖」。



但是如果兩只貓相互比較熟悉的話，它們的對視就會有些不一樣了。比如說在貓群的領地發生變化的時候，互相之間認識的貓會再次爭取更高的貓群地位，其中最常見的一種就是比較年輕的貓會向那些大貓發起挑戰。除此之外，對視還是貓咪對其他的貓表達陌生感覺的方式，它們通過長時間的對視也能夠更好地觀察對方。因為貓咪本身就非常謹慎，這種行為也很好地體現了它們的性格。



如果兩只貓的體型差異非常明顯的話，比較弱的一方也會盡量減少和對方的對視，因為這種對視很有可能會給弱勢的貓咪帶來一些不利的影響，所以說貓咪在野外基本上不會和體型大於它的動物對視，這個時候它們會聰明的選擇在遠處進行觀察。它們的聰明就在於，如果能夠在短時間內判斷出差距，那它們就不會對視。

7. 貓的選種與選配是怎樣的

若想得到優良品種的貓，就應在本品種內部選擇種貓，並進行有目的地近親交配，將其遺傳特性逐步固定下來。若公貓與母貓具有相同的缺點，則不能進行交配，否則缺點會固定下來。要建立健全種貓繁殖核心群和譜系檔案，有目的地選種與選配。在配種時，貓最好為10～12個月齡，生長發育良好，身體健壯，食慾正常和無病的貓，其中母貓體重在2．5公斤以上；公貓體重在3公斤以上者，均可初步被選作種用。公貓和母貓在體型上要大小合適以免引起傷害，公貓在8歲以上被淘汰。選種與選配時還應注意疾病的干擾。

近親繁殖

近親繁殖的目的是為了提高貓的純度和固定遺傳特性。也就是說，進行交配的貓的個體在貓群中血緣關系較近如「兄妹」、「姐弟」、「母子」和「父女」之間進行交配等。

近親交配的結果是純合子的數量增加，而雜合子的數量減少，在原則上永遠不能達到100%的近交系數。多數近交系的貓是溫順的，而雜種貓則較為古怪活潑好動。但在近交繁殖實踐中，通常伴隨著遺傳缺陷的出現。如生命的早期死亡者較多，貓的體質普遍較差，並且較為容易感染疾病。生命能力減退和隱性基因暴露增多的現象，叫做近親衰退。

在貓的近親繁殖中，可借鑒安蓄育種的技術，來避免貓的近親衰退。當然，加強飼養管理，以最佳配比飼料和最宜飼養環境條件，對貓的成長發育也是很重要的。父母貓的身體狀況，直接影響其後代的身體健康。

利用環境變化來影響貓的育種

研究表明，環境的變化對基因的表達影響較大，也就是說，環境的變化影響個體發育和細胞內的細胞質。有些基因對環境較大范圍的變化反應相同，另有些基因對環境變化較為敏感或者受到限制。比如，溫度對基因的表達就有影響。家兔的Ch基因是決定於該兔所處環境的溫度，家兔基因型是Ch/Ch白色並具有黑色的耳、鼻、趾和尾端，這是一種使黑色素在正常體溫下會失去作用的酶作用的結果；而在那些比正常體溫稍低的部位，如耳、鼻、趾和尾端呈現為黑色。喜馬拉雅兔飼養環境溫度在20℃時，耳、鼻、趾和尾端生長白撬；而飼養環境溫度在10℃時，則生黑毛。這些都是由於溫度變化而引起的。

貓的C基因同樣會受周圍溫度的影響。一些耳朵較大的動物品種，在幼年發育期，往往會因周圍溫度較低，而使耳朵在發育過程中相對地變短。環境的類型對決定一個基因所產生的性狀是極為重要的。一個性狀的正常發育，與基因的表達和正常的環境因素密不可分。

人工授精和胚胎移植

為了充分地利用優種公貓的精液，採用人工授精辦法可以更充分地利用優種公貓的精液。家畜繁殖中已廣泛地利用胚胎移植技術，來增加優良品種家畜的繁殖數量。這就是借腹懷胎進行繁殖。即從優良品種母畜的子宮內取出用優良種公畜授精的受精卵來，再移植到劣等發情母畜的子宮內，讓其發育成為優良家畜而分娩出來。目前，這種技術在貓的選種與選配工作中的運用尚不普遍。貓的數量在增加，而優良品種還十分稀缺。若能推廣這項技術，無疑會加快優良品種貓的繁殖速度。

在配種或人工授精前，先給母貓注射適量的卵泡激素，這樣便可以使該發情母貓超數排卵，從而提高母貓懷胎數或獲得更多的受精卵，使更多的母貓能夠接受胚胎移植。

選擇最佳年齡的種貓適時配種

野生動物在自然界中表現出的雄獸爭偶現象，就是一種本能的保持品種不退化的優生現象。結果總是由最佳年齡、最優體質的雄獸擔任配種任務。在貓的選種與選配中，要人為地選擇最佳年齡和最佳體質的種公貓參加配種，這對提高種貓後代的質量和繁殖速度有好處。

8. 貓是群居動物還是獨居動物

貓是獨居動物。

它們像老虎一樣是獨居動物，自己獨自捕獵，獨自生活，除了到生育後代的時候，它們平時是不會主動和其他同類交流的但是貓畢竟已經被人類馴養了幾千年它們的性格越來越溫和，現在的它們可以輕易地適應群居生活。

如果一個家庭里養了好幾只貓，在主人照料得很好的情況下，貓可以很好地處理與同伴的關系。貓可以共享一個地盤，不會發生爭執不像老虎一樣」一山不容二虎」。

貓群居的好處

1、貓的群體可以共享食物信息。

當貓群之中有一隻貓找到了食物，其餘的貓會在12小時以內知道地點。食物量很少時，這只貓會自己偷偷吃掉。但如果是發現了人喂養貓的食物點，貓群之間會很快分享信息。

2、貓在群居狀態下，可以提高生存幾率。

在城市內和郊外生活的野貓，會面對許多其他動物的挑戰。很多情況下，這並非是一隻貓可以面對的。貓群之內會形成由3~5隻公貓組成的「戰斗群」，可以更好地應對其他動物的挑戰。