猫群算法

1. 遗传算法的基本原理

遗传算法的基本原理和方法

一、编码

编码：把一个问题的可行解从其解空间转换到遗传算法的搜索空间的转换方法。

解码（译码）：遗传算法解空间向问题空间的转换。

二进制编码的缺点是汉明悬崖（Hamming Cliff），就是在某些相邻整数的二进制代码之间有很大的汉明距离，使得遗传算法的交叉和突变都难以跨越。

格雷码（Gray Code）：在相邻整数之间汉明距离都为1。

（较好）有意义的积木块编码规则：所定编码应当易于生成与所求问题相关的短距和低阶的积木块；最小字符集编码规则，所定编码应采用最小字符集以使问题得到自然的表示或描述。

二进制编码比十进制编码搜索能力强，但不能保持群体稳定性。

动态参数编码（Dynamic Paremeter Coding）：为了得到很高的精度，让遗传算法从很粗糙的精度开始收敛，当遗传算法找到一个区域后，就将搜索现在在这个区域，重新编码，重新启动，重复这一过程，直到达到要求的精度为止。

编码方法：

1、 二进制编码方法

缺点：存在着连续函数离散化时的映射误差。不能直接反映出所求问题的本身结构特征，不便于开发针对问题的专门知识的遗传运算算子，很难满足积木块编码原则

2、 格雷码编码：连续的两个整数所对应的编码之间仅仅只有一个码位是不同的，其余码位都相同。

3、 浮点数编码方法：个体的每个基因值用某一范围内的某个浮点数来表示，个体的编码长度等于其决策变量的位数。

4、 各参数级联编码：对含有多个变量的个体进行编码的方法。通常将各个参数分别以某种编码方法进行编码，然后再将他们的编码按照一定顺序连接在一起就组成了表示全部参数的个体编码。

5、 多参数交叉编码：将各个参数中起主要作用的码位集中在一起，这样它们就不易于被遗传算子破坏掉。

评估编码的三个规范：完备性、健全性、非冗余性。

二、选择

遗传算法中的选择操作就是用来确定如何从父代群体中按某种方法选取那些个体遗传到下一代群体中的一种遗传运算，用来确定重组或交叉个体，以及被选个体将产生多少个子代个体。

常用的选择算子：

1、 轮盘赌选择（Roulette Wheel Selection）：是一种回放式随机采样方法。每个个体进入下一代的概率等于它的适应度值与整个种群中个体适应度值和的比例。选择误差较大。

2、 随机竞争选择（Stochastic Tournament）：每次按轮盘赌选择一对个体，然后让这两个个体进行竞争，适应度高的被选中，如此反复，直到选满为止。

3、 最佳保留选择：首先按轮盘赌选择方法执行遗传算法的选择操作，然后将当前群体中适应度最高的个体结构完整地复制到下一代群体中。

4、 无回放随机选择（也叫期望值选择Excepted Value Selection）：根据每个个体在下一代群体中的生存期望来进行随机选择运算。方法如下

（1） 计算群体中每个个体在下一代群体中的生存期望数目N。

（2） 若某一个体被选中参与交叉运算，则它在下一代中的生存期望数目减去0.5，若某一个体未被选中参与交叉运算，则它在下一代中的生存期望数目减去1.0。

（3） 随着选择过程的进行，若某一个体的生存期望数目小于0时，则该个体就不再有机会被选中。

5、 确定式选择：按照一种确定的方式来进行选择操作。具体操作过程如下：

（1） 计算群体中各个个体在下一代群体中的期望生存数目N。

（2） 用N的整数部分确定各个对应个体在下一代群体中的生存数目。

（3） 用N的小数部分对个体进行降序排列，顺序取前M个个体加入到下一代群体中。至此可完全确定出下一代群体中M个个体。

6、无回放余数随机选择：可确保适应度比平均适应度大的一些个体能够被遗传到下一代群体中，因而选择误差比较小。

7、均匀排序：对群体中的所有个体按期适应度大小进行排序，基于这个排序来分配各个个体被选中的概率。

8、最佳保存策略：当前群体中适应度最高的个体不参与交叉运算和变异运算，而是用它来代替掉本代群体中经过交叉、变异等操作后所产生的适应度最低的个体。

9、随机联赛选择：每次选取几个个体中适应度最高的一个个体遗传到下一代群体中。

10、排挤选择：新生成的子代将代替或排挤相似的旧父代个体，提高群体的多样性。

三、交叉

遗传算法的交叉操作，是指对两个相互配对的染色体按某种方式相互交换其部分基因，从而形成两个新的个体。

适用于二进制编码个体或浮点数编码个体的交叉算子：

1、单点交叉（One－pointCrossover）：指在个体编码串中只随机设置一个交叉点，然后再该点相互交换两个配对个体的部分染色体。

2、两点交叉与多点交叉：

（1） 两点交叉（Two－pointCrossover）：在个体编码串中随机设置了两个交叉点，然后再进行部分基因交换。

（2） 多点交叉（Multi－pointCrossover）

3、均匀交叉（也称一致交叉，UniformCrossover）：两个配对个体的每个基因座上的基因都以相同的交叉概率进行交换，从而形成两个新个体。

4、算术交叉（ArithmeticCrossover）：由两个个体的线性组合而产生出两个新的个体。该操作对象一般是由浮点数编码表示的个体。

四、变异

遗传算法中的变异运算，是指将个体染色体编码串中的某些基因座上的基因值用该基因座上的其它等位基因来替换，从而形成以给新的个体。

以下变异算子适用于二进制编码和浮点数编码的个体：

1、基本位变异（SimpleMutation）：对个体编码串中以变异概率、随机指定的某一位或某几位仅因座上的值做变异运算。

2、均匀变异（UniformMutation）：分别用符合某一范围内均匀分布的随机数，以某一较小的概率来替换个体编码串中各个基因座上的原有基因值。（特别适用于在算法的初级运行阶段）

3、边界变异（BoundaryMutation）：随机的取基因座上的两个对应边界基因值之一去替代原有基因值。特别适用于最优点位于或接近于可行解的边界时的一类问题。

4、非均匀变异：对原有的基因值做一随机扰动，以扰动后的结果作为变异后的新基因值。对每个基因座都以相同的概率进行变异运算之后，相当于整个解向量在解空间中作了一次轻微的变动。

5、高斯近似变异：进行变异操作时用符号均值为P的平均值，方差为P2的正态分布的一个随机数来替换原有的基因值。

2. 算法优化的意义

算法优化的意义：

一般来说，算法优化是进行网站建设或者是数据模型建设时，常用的一种优化模式。算法优化的目的和意义在于：提升网站的面向能力、图片的展现能力、以及提升读者的便利性。

优化算法有很多，关键是针对不同的优化问题，例如可行解变量的取值（连续还是离散）、目标函数和约束条件的复杂程度（线性还是非线性）等，应用不同的算法。
对于连续和线性等较简单的问题，可以选择一些经典算法，如梯度、矩阵、乘数、单纯形法、梯度下降法等，而这些也是算法优化和另猫电商中比较常见的。而对于更复杂的问题，则可考虑用一些智能优化算法，如遗传算法和蚁群算法，此外还包括模拟、禁忌搜索、粒子群算法等。

3. 抑制母猫发情

母猫一般在5~6个月的时候开始闹猫，闹猫也是指猫咪发情的意思 ，会出现粘人、嚎叫、乱尿等行为。可能这种反应会影响主人以及猫咪的正常生活，那么可以来了解一下面对发情的猫咪该怎么样做。

3、补充营养

有时候主人由于工作太忙没时间照顾猫咪，除了以上的两点方法以外，主人还可以给猫咪补充一些喵想禁情液，拌入日常的饮食当中，可以帮助猫咪减少发情的生理反应。如果有绝育的想法，需提前做好功课，了解术前术后的注意事项。

4. 猫的群居行为是怎样的

猫与人或同类间交流的方式各不相同。

声音满足时发出呼噜声，发怒时发出尖锐刺耳的叫声，痛苦时发出哨声。

姿势以被毛的花纹加强面部的表情、身体的姿势和尾巴的位置。

接触摩擦鼻子，互相梳理。

气味作领地界标，识别其它的猫。

相互识别的方法猫在相互识别时的表达方式是用鼻子嗅闻对方的头部或尾巴的下方，这些地方腺体集中，由此可以传递各自内容丰富的信息。

群居秩序假设你家中的猫不严加管制，就会成为社区、街道或公寓大楼猫群落中的一员。猫群落是一个等级森严、秩序井然和制度十分严格的组织。同一群落中的猫相互熟识，并在等级森严的组织里各自占有一定的地位．外来的其它群落的猫必须经过一场格斗方能在群落中享有一席之地。

母猫的地位在猫群落中，母猫地位按母权制排列。子女最多的未作绝育手术的母猫，享有制度中最高的地位。母猫作了绝育手术后，在群落中的地位就会一落千丈。

公猫的地位公猫在群落等级的地位与其它群居动物一样，格斗的胜利者地位最高，最粗野、最强健的公猫为群落中是最高统治者。

猫的领地范围猫的私人领地像城市住宅的后院一样小，但是也可能很大，在猫的总头数不多的地区内，公猫头领可控制近300亩左右的地盘。猫在自己的领地里，有它喜欢用来睡觉、观察和晒太阳的地方。猫占有的领地范围，在某种程度上，会受到人类影响。猫的主人可以阻挠其它猫活动，或者制止猫相互争斗，来帮助初来乍到的猫建立自己的私人领地，标明界标。

久居室内的猫，如果没有猫和人与它作伴，它会变得孤独，感到无聊，甚至以做坏事来表示反抗，例如啃地毯、随地撒尿、或者咬自己的毛皮。如有这种情况发生，则应及时请教兽医，采取补救的办法。

5. 猫咪的一百种行为语言分别代表了什么

猫咪的一百种行为语言代表着自己的需求，比如“嘶”声：表示自己准备战斗，威胁对方等等。具体的语言行为如下：

1、声音柔软、低沉的“喵呜——”叫：表示已经接收到别人表达的信息，如“知道了”“听到了”“我发现了”“又见到你了”等。

2、延长声调“咪—— 嗷”“咪——哇”叫：表示“我不明白”。

3、“嘶”声：表示自己准备战斗，威胁对方。

4、“嗷”声：表示激动或者恐惧。

5、“呜呜”声：表示自己在保卫它认为很重要的东西，不希望别人靠近。如果猫趴着发出“呜呜”声，又找不到它在保护什么，那它很可能将保护对象藏在自 己身子底下。

6、“吆”声：表示妥协和希望谈判。一般猫只会对其他猫发出这种声音。

7、“嘶——吆”声：发现未知物品，不知道它是否可以吃或者可以谈判。

8、“嘛——克”声：发现猎物但难以捕猎，需要援助。一般是在看到飞鸟或者游鱼时发出这种声音。

9、“咯 ——克”声：想要呕吐肚子里的毛球。给猫吃些植物或油脂会帮助猫呕吐。

注意事项：

1、当人类对猫做事使猫觉得满意时，猫会发出这种声音表示赞许。

2、猫之间发出这个声音，表示安慰对方，或说自己状态很好。

6. 猫咪确定地位高低的行为

两只猫在进行对视的过程中，会互相比较，并观察对方的实力，从而做出判断，如果哪一方的猫觉得自己弱势了，就会率先把头转过去，然后迅速离开，另外一只处于优势的猫就会在后面相当长的一段时间里拥有着比较高的地位。正是由于需要判断对方的实力，所以说两只猫对视的时候会非常有耐心，也随时都做好了转身离开的准备。这个时间其实对猫咪也是一种“缓冲”。



但是如果两只猫相互比较熟悉的话，它们的对视就会有些不一样了。比如说在猫群的领地发生变化的时候，互相之间认识的猫会再次争取更高的猫群地位，其中最常见的一种就是比较年轻的猫会向那些大猫发起挑战。除此之外，对视还是猫咪对其他的猫表达陌生感觉的方式，它们通过长时间的对视也能够更好地观察对方。因为猫咪本身就非常谨慎，这种行为也很好地体现了它们的性格。



如果两只猫的体型差异非常明显的话，比较弱的一方也会尽量减少和对方的对视，因为这种对视很有可能会给弱势的猫咪带来一些不利的影响，所以说猫咪在野外基本上不会和体型大于它的动物对视，这个时候它们会聪明的选择在远处进行观察。它们的聪明就在于，如果能够在短时间内判断出差距，那它们就不会对视。

7. 猫的选种与选配是怎样的

若想得到优良品种的猫，就应在本品种内部选择种猫，并进行有目的地近亲交配，将其遗传特性逐步固定下来。若公猫与母猫具有相同的缺点，则不能进行交配，否则缺点会固定下来。要建立健全种猫繁殖核心群和谱系档案，有目的地选种与选配。在配种时，猫最好为10～12个月龄，生长发育良好，身体健壮，食欲正常和无病的猫，其中母猫体重在2．5公斤以上；公猫体重在3公斤以上者，均可初步被选作种用。公猫和母猫在体型上要大小合适以免引起伤害，公猫在8岁以上被淘汰。选种与选配时还应注意疾病的干扰。

近亲繁殖

近亲繁殖的目的是为了提高猫的纯度和固定遗传特性。也就是说，进行交配的猫的个体在猫群中血缘关系较近如“兄妹”、“姐弟”、“母子”和“父女”之间进行交配等。

近亲交配的结果是纯合子的数量增加，而杂合子的数量减少，在原则上永远不能达到100%的近交系数。多数近交系的猫是温顺的，而杂种猫则较为古怪活泼好动。但在近交繁殖实践中，通常伴随着遗传缺陷的出现。如生命的早期死亡者较多，猫的体质普遍较差，并且较为容易感染疾病。生命能力减退和隐性基因暴露增多的现象，叫做近亲衰退。

在猫的近亲繁殖中，可借鉴安蓄育种的技术，来避免猫的近亲衰退。当然，加强饲养管理，以最佳配比饲料和最宜饲养环境条件，对猫的成长发育也是很重要的。父母猫的身体状况，直接影响其后代的身体健康。

利用环境变化来影响猫的育种

研究表明，环境的变化对基因的表达影响较大，也就是说，环境的变化影响个体发育和细胞内的细胞质。有些基因对环境较大范围的变化反应相同，另有些基因对环境变化较为敏感或者受到限制。比如，温度对基因的表达就有影响。家兔的Ch基因是决定于该兔所处环境的温度，家兔基因型是Ch/Ch白色并具有黑色的耳、鼻、趾和尾端，这是一种使黑色素在正常体温下会失去作用的酶作用的结果；而在那些比正常体温稍低的部位，如耳、鼻、趾和尾端呈现为黑色。喜马拉雅兔饲养环境温度在20℃时，耳、鼻、趾和尾端生长白撬；而饲养环境温度在10℃时，则生黑毛。这些都是由于温度变化而引起的。

猫的C基因同样会受周围温度的影响。一些耳朵较大的动物品种，在幼年发育期，往往会因周围温度较低，而使耳朵在发育过程中相对地变短。环境的类型对决定一个基因所产生的性状是极为重要的。一个性状的正常发育，与基因的表达和正常的环境因素密不可分。

人工授精和胚胎移植

为了充分地利用优种公猫的精液，采用人工授精办法可以更充分地利用优种公猫的精液。家畜繁殖中已广泛地利用胚胎移植技术，来增加优良品种家畜的繁殖数量。这就是借腹怀胎进行繁殖。即从优良品种母畜的子宫内取出用优良种公畜授精的受精卵来，再移植到劣等发情母畜的子宫内，让其发育成为优良家畜而分娩出来。目前，这种技术在猫的选种与选配工作中的运用尚不普遍。猫的数量在增加，而优良品种还十分稀缺。若能推广这项技术，无疑会加快优良品种猫的繁殖速度。

在配种或人工授精前，先给母猫注射适量的卵泡激素，这样便可以使该发情母猫超数排卵，从而提高母猫怀胎数或获得更多的受精卵，使更多的母猫能够接受胚胎移植。

选择最佳年龄的种猫适时配种

野生动物在自然界中表现出的雄兽争偶现象，就是一种本能的保持品种不退化的优生现象。结果总是由最佳年龄、最优体质的雄兽担任配种任务。在猫的选种与选配中，要人为地选择最佳年龄和最佳体质的种公猫参加配种，这对提高种猫后代的质量和繁殖速度有好处。

8. 猫是群居动物还是独居动物

猫是独居动物。

它们像老虎一样是独居动物，自己独自捕猎，独自生活，除了到生育后代的时候，它们平时是不会主动和其他同类交流的但是猫毕竟已经被人类驯养了几千年它们的性格越来越温和，现在的它们可以轻易地适应群居生活。

如果一个家庭里养了好几只猫，在主人照料得很好的情况下，猫可以很好地处理与同伴的关系。猫可以共享一个地盘，不会发生争执不像老虎一样”一山不容二虎”。

猫群居的好处

1、猫的群体可以共享食物信息。

当猫群之中有一只猫找到了食物，其余的猫会在12小时以内知道地点。食物量很少时，这只猫会自己偷偷吃掉。但如果是发现了人喂养猫的食物点，猫群之间会很快分享信息。

2、猫在群居状态下，可以提高生存几率。

在城市内和郊外生活的野猫，会面对许多其他动物的挑战。很多情况下，这并非是一只猫可以面对的。猫群之内会形成由3~5只公猫组成的“战斗群”，可以更好地应对其他动物的挑战。