Gentik Algoritma ile Klavye optimizasyonu

Öncelikle Genetik Algoritmanın ne olduğuna bakalım.

Genetik algoritmalar, doğada gözlemlenen evrimsel sürece benzer bir şekilde çalışan arama ve eniyileme yöntemidir. Karmaşık çok boyutlu arama uzayında en iyinin hayatta kalması ilkesine göre bütünsel en iyi çözümü arar. Bu algoritmada genetikte kullanılan temel 3 işlem kullanılır. Bu üç işlemin alt tipleri ayrıca açıklanacaktır ancak bu üç temel işlem:

• Çaprazlama (Crossover)
• Mutasyon (Mutation)
• Başarılı gen seçimi (Selection)

Programın çalışma mantığı şu şekilde

Program CodeBlocks derleyicisi ile yazılmıştır.
c++ programlama dili kullanılmıştır
Program nasıl çalışır:
Kod sadece windows işletim sistemlerinde çalışmaktadır(windows.h kütüphanesi bulunuyor)
———————-
Programın çalışma mantığı
1)50 adet kromozom rastgele harflerin yerleşmesi ile oluşturuluyor
2)kromozomlar: 1-2,3-4,5-6…. şeklinde çaprazlanıyor
3)Çaprazlamadan sonra kromozomların %10’u mutasyona uğruyor
4)Mutasyon: rastgele seçilen iki gen’in yerdeğiştirilmesi ile yapılmakta.
5)Puan durumlarına bakılıyor ve en yüksek puana sahip kromozom tutuluyor
6)Puanlama: harflerin puanları * parmakların puanları şeklinde yapılıyor
7)Eğer En yüksek puanlı kromozom 25 kere tekrar ediyorsa program duruyor
8)Veriler ‘veriler.csv’ adında bir excel dosyasına atılarak grafik çiziliyor.

Çaprazlamadan önce kromozomlar;

Çaprazlamadan sonra kromozomlar;

 

Kod şu şekilde;

 

#include<iostream>
#include<time.h>
#include<algorithm>
#include<cstring>
#include<windows.h>
#include<locale.h>
#include <fstream>
using namespace std;
int eniyi=0,sec;
int sayy=0;
int tutulan[32];//harflerin indexleri
int kromozom_sayisi=50;
void sirala();
int veriler[100];
int iyi,son;
void taslak(string d)//Bana gore en uygun klavye dizayný
{

    for(int j=0; j<33; j++)
    {
        if(j==12)
            cout<<" ";
        if(j==23)
            cout<<"  ";
        if(j!=32)
            cout<<d[j]<<"  ";
        if(j==11 || j==22)
            cout<<endl<<endl;
    }
    cout<<".";
    cout<<endl<<endl<<"      |_____SPACE_____|"<<endl;
}
class kromozom
{
    int parmakPuan[32]= {7,20,26,22,6,5,21,25,19,3,2,1,24,28,32,30,14,13,29,31,27,23,4,11,16,18,9,8,10,17,15,12};
    int kotuParmakPuan[32]= {26,13,7,11,27,28,12,8,14,30,31,32,9,5,1,3,19,20,4,2,6,10,29,22,17,15,24,25,23,16,18,21};

    string enCokKullanilanHarfler="aeinrl2dkmuytsbo54zg0h1vc3pfjwqx";//en çok kullanýlan harfler
    int harfPuan[32];//TDK ya gore harf puanlarý
public:
    kromozom()
    {

    }
    ~kromozom()
    {

    }
    string dHarfler="abc0defg1h2ijklmno3prs4tu5vyzxwq";
    char klavye[33];//her bir klavye

    void kromozomOlustur()
    {
        srand(time(0));
        std::random_shuffle(tutulan,tutulan+32);//harf indexlerinin karýþtýrýlmasý
        int sayac=0;


        for(int j=0; j<33; j++)
        {
            klavye[j]=dHarfler[tutulan[sayac]];//karýþan indexlerin yeni kromozoma atýlmasý
            sayac++;
        }
    }
    void kromozomYaz()
    {
        cout<<endl<<endl;
        cout<<endl<<"------------------------------------"<<endl<<endl<<endl;
        taslak(klavye);

        cout<<endl<<endl<<puanHesap()<<" puan"<<endl<<"------------------------------------"<<endl;

    }
    int puanHesap()//harf puanlarý ve parmak puanlarý yardýmý ile kromozom hesabý
    {
        //kurallar:
        // 1) en çok basýlan yerler 32-1 arasý puanlandýrýldý
        // 2) en çok kullanýlan harfler 32-1 arasý puanlandýrýldý
        // 3) her bir tuþ: harf*parmak þeklinde hesaplanýr. tüm tuþlar toplanarak puan ortaya çýkar.
        int sayac=0;
        int puan=0;
        for(int i=31; i>-1; i--)
        {
            harfPuan[sayac]=i+1;
            sayac++;
        }
        int enCokKullanilanHarflerYerleri[32];
        int enAzKullanilanHarflerYerleri[32];
        for(int i=0; i<32; i++)
        {
            for(int j=0; j<32; j++)
            {
                if(klavye[i]==enCokKullanilanHarfler[j])
                {
                    enCokKullanilanHarflerYerleri[i]=harfPuan[j];//En çok kullanýlan harflerin yerlerinin belirlenmesi
                }
            }
            for(int j=0; j<32; j++)
            {
                if(klavye[i]==enCokKullanilanHarfler[j])
                {
                    enAzKullanilanHarflerYerleri[i]=harfPuan[j];//En çok kullanýlan harflerin yerlerinin belirlenmesi
                }
            }
        }
        for(int i=0; i<32; i++)
        {
            int pn1=(enCokKullanilanHarflerYerleri[i]+1)*parmakPuan[i];
            puan=puan+pn1;
        }
        return puan;
    }
} kEniyi;
void duzenleme(kromozom *k1)
{
    string olmayanHarfler="";//Yavru kromozomda olmayan harfler
    int tekrarEden[32];
    int sayac=0;
    for(int i=0; i<kromozom_sayisi; i++)//Çaprazlamadan sonra oluþan hatalarý düzeltmek.
    {
        olmayanHarfler="";
        for(int j=0; j<32; j++)
        {
            bool d=true;
            sayac=0;
            while(d)
            {
                if(k1[0].dHarfler[j]==k1[i].klavye[sayac])
                {
                    d=false;
                }
                if(sayac>31)
                {
                    olmayanHarfler=olmayanHarfler+k1[i].dHarfler[j];//klavede olmayan harfleri bulduk
                    d=false;
                }
                sayac++;
            }
        }
        sayac=0;
        for(int j=0; j<32; j++)
        {
            for(int k=0; k<32; k++)
            {
                if(j!=k)
                {
                    if(k1[i].klavye[j]==k1[i].klavye[k])
                    {
                        tekrarEden[sayac]=j;//tekrar eden harflerin indisleri.
                        sayac++;
                    }
                }
            }
        }
        for(int j=0; j<olmayanHarfler.length(); j++)
        {
            k1[i].klavye[tekrarEden[j]]=olmayanHarfler[j];//tekrar eden harflerle olmayan hafrlerin deðiþtirilmesi
        }
    }
    char ch;

    for(int i=0; i<kromozom_sayisi; i++) //en cok kullanýlan harflerin en çok basýlan yere yerleþtirilmesi
    {
        for(int j=0; j<32; j++)
        {
            if(k1[i].klavye[j]=='a')
            {
                ch=k1[i].klavye[14];
                k1[i].klavye[14]='a';
                k1[i].klavye[j]=ch;
            }
            if(k1[i].klavye[j]=='e')
            {
                ch=k1[i].klavye[19];
                k1[i].klavye[19]='e';
                k1[i].klavye[j]=ch;
            }

            if(k1[i].klavye[j]=='x')
            {
                ch=k1[i].klavye[11];
                k1[i].klavye[11]='x';
                k1[i].klavye[j]=ch;
            }
            if(k1[i].klavye[j]=='q')
            {
                ch=k1[i].klavye[10];
                k1[i].klavye[10]='q';
                k1[i].klavye[j]=ch;
            }
            if(k1[i].klavye[j]=='w')
            {
                ch=k1[i].klavye[9];
                k1[i].klavye[9]='w';
                k1[i].klavye[j]=ch;
            }
        }
    }
}
void mutasyon(kromozom *k1)
{
    //Mutasyon Baslangic
    int yuzdeMutasyon=10;//yüzde kaçlýk mutasyon olacaðýný söyler.
    srand(time(NULL));
    int indis1,indis2,indis3,indis4,indis5,indis6;
    yuzdeMutasyon=(yuzdeMutasyon*kromozom_sayisi)/100;
    int rastgeleKromozom;
    char ch;
    for(int i=0; i<yuzdeMutasyon; i++)
    {
        indis1=rand()%32;
        indis2=rand()%32;
        indis3=rand()%32;
        indis4=rand()%32;
        indis5=rand()%32;
        indis6=rand()%32;
        rastgeleKromozom=rand()%kromozom_sayisi;

        ch=k1[rastgeleKromozom].klavye[indis1];
        k1[rastgeleKromozom].klavye[indis1]=k1[rastgeleKromozom].klavye[indis2];
        k1[rastgeleKromozom].klavye[indis2]=ch;

        ch=k1[rastgeleKromozom].klavye[indis3];
        k1[rastgeleKromozom].klavye[indis3]=k1[rastgeleKromozom].klavye[indis4];
        k1[rastgeleKromozom].klavye[indis4]=ch;

        ch=k1[rastgeleKromozom].klavye[indis5];
        k1[rastgeleKromozom].klavye[indis5]=k1[rastgeleKromozom].klavye[indis6];
        k1[rastgeleKromozom].klavye[indis6]=ch;
    }
    duzenleme(k1);
}
void sonuc(kromozom *k1);
void caprazlama(kromozom *k1)
{
    duzenleme(k1);
    std::random_shuffle(k1,k1+kromozom_sayisi);
//klavyenin ilk 16 harfi ile son 16 harfinin yer degistirilmesi ile yapýlmakta.
//1-2, 3-4, 5-6 .... þeklinde çaprazlama
    kromozom yavruKromozomlar[kromozom_sayisi];
    int sayac=0;
    for(int i=0; i<kromozom_sayisi*2; i=i+2)
    {
        if(sayac>kromozom_sayisi-2)
            break;
        for(int j=0; j<32; j++)
        {
            if(j<16)
            {
                yavruKromozomlar[sayac].klavye[j]=k1[i].klavye[j];
                yavruKromozomlar[sayac+1].klavye[j]=k1[i+1].klavye[j];
            }
            else
            {
                yavruKromozomlar[sayac].klavye[j]=k1[i+1].klavye[j];
                yavruKromozomlar[sayac+1].klavye[j]=k1[i].klavye[j];
            }
        }
        sayac=sayac+2;
    }

    k1=yavruKromozomlar;
    sonuc(k1);
}
void anamenu();
void dosyaYaz();
void beklet()
{
    system("CLS");
    string sonlandi="Loading...";
    for(int i=0; i<2; i++)
    {
        cout<<"Sonuc Bulunuyor..."<<endl;
        for(int j=0; j<sonlandi.length(); j++)
        {
            cout<<sonlandi[j];
            Sleep(100);
        }
        system("CLS");
    }
}
void sonuc(kromozom *k1)
{

    duzenleme(k1);
    int sayac=0;
    for(int i=0; i<kromozom_sayisi; i++)
    {
        if(k1[i].puanHesap()>eniyi)
        {

            eniyi=k1[i].puanHesap();
            sec=i;
            kEniyi.~kromozom();
            kEniyi=k1[i];
        }
    }

    veriler[sayy]=eniyi;
    sayy++;
    if(iyi==eniyi)
        son++;
    else
    {
        iyi=eniyi;
        son=0;
    }
    if(son<25 || sayy<70)
    {
        mutasyon(k1);
        caprazlama(k1);
    }
    else
    {
         beklet();
        cout<<"Islem sona erdi En iyi Klavye -->"<<endl;
        cout<<"*************************************************"<<endl;
        dosyaYaz();
        kEniyi.kromozomYaz();
    }
}
void dosyaYaz()
{
    ofstream veriYaz("veri.csv",ios::out);//out dosyayı yeniden yaratıyor, app yazılarak dosyanın üzerine yazma işlemi yapılabilir.
    for(int i=0; i<sayy; i++)
    {
        veriYaz<<veriler[i]<<","<<i<<endl;
    }
}
void anamenu()//giriþ menüsü
{
    system("CLS");
    kromozom *k1;
    cout<<"********************************"<<endl;
    cout<<"*                              *"<<endl;
    cout<<"*                              *"<<endl;
    cout<<"*Genetik Klavyeye Hos geldiniz!*"<<endl;
    cout<<"*                              *"<<endl;
    cout<<"*                              *"<<endl;
    cout<<"********************************"<<endl<<endl;
    string qwert="qwertyu2op15asdfghjkl4izxcvbnm30.";
    taslak(qwert);
    cout<<endl<<endl;
    k1=new kromozom[kromozom_sayisi];//girilen sayýda kromozom oluþturma
    for(int i=0; i<kromozom_sayisi; i++)
    {
        k1[i].kromozomOlustur();
    }
    cout<<kromozom_sayisi<<" adet kromozom olusturulmustur"<<endl;
    char sec=' ';
    cout<<"Kromozomlari gormek istiyor musun?(e/E evet)"<<endl<<"->";
    cin>>sec;
    if(sec=='e' || sec=='E')
    {
        cout<<"kromozomlar: "<<endl;
        for(int i=0; i<kromozom_sayisi; i++)
        {
            cout<<i+1<<". {";
            for(int j=0; j<32; j++)
                cout<<k1[i].klavye[j]<<",";

            cout<<"}"<<k1[i].puanHesap()<<endl;
            // k1[i].kromozomYaz();
        }
        cout<<endl<<"Devam etmek icin (e/E) basiniz. "<<endl<<"->";
        cin>>sec;
        if(sec=='E' || sec=='e')
        {
            caprazlama(k1);
        }
        else
        {
            system("CLS");
            cout<<"Ana sayfaya yonlendiriliyorsunuz...";
            Sleep(1000);
            anamenu();
        }
    }
    else
    {
        cout<<"Caprazlamaya devam etmek istiyor musun? (e/E)? "<<endl<<"->";
        cin>>sec;
        if(sec=='e' || sec=='E')
            caprazlama(k1);
        else
        {
            system("CLS");
            cout<<"Ana sayfaya yonlendiriliyorsunuz...";
            Sleep(1000);
            anamenu();
        }
    }
}
int main()
{
    setlocale(LC_ALL,"Turkish");
    for(int i=0; i<32; i++)
    {
        tutulan[i]=i;
    }
    anamenu();
}