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标题:
粒子群优化算法
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作者:
2744557306
时间:
2024-10-12 16:25
标题:
粒子群优化算法
) ^# P, S+ _- W& q& z. a8 q
4 O/ Y: u8 x. y
粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization, PSO)是一种基于群体智能的优化算法灵感来源于鸟群觅食的行为。该算法通过模拟个体(粒子)在搜索空间中的移动来寻找最优解。
5 ^: C3 k. S" Y$ E
+ s! t3 N0 e1 t- Z% q
以下是一个基本的粒子群优化算法的 MATLAB 实现示例。这个示例将使用 PSO 来最小化一个简单的目标函数,例如Rosenbrock函数。
8 n# O. t2 P0 y, X2 L$ O
$ Z$ j) |- {# D# N& i# G- f
### MATLAB 示例代码
% 粒子群优化算法 (PSO) 示例
( B8 R) c" K+ y
: w/ S9 O# L+ x) T, c
% 参数设置
$ I/ n/ d& D0 R0 z9 _" v
numParticles = 30; % 粒子数量
3 T+ }" Z" I3 v6 M' N
numDimensions = 2; % 问题维度
0 s7 q! Z8 R! m9 @ H6 f
maxIterations = 100; % 最大迭代次数
4 |% V- {9 b* W! W1 A5 v
bounds = [-10, 10]; % 搜索边界
, @4 F0 S4 i4 w( m7 Z: z
9 |$ W- Q4 m3 ]8 M/ T' Z
% 初始化粒子位置和速度
2 z* p3 c+ Y# l! B3 X! m9 V' H
positions = rand(numParticles, numDimensions) * (bounds(2) - bounds(1)) + bounds(1);
1 c; p+ P: B8 W4 B4 F% e- L
velocities = rand(numParticles, numDimensions) * 2 - 1;
4 V0 C) Y- ^3 _5 }
( O8 Q& Q' o% u2 z
% 适应度值预分配
9 Y8 [- H3 { j6 R' O3 G. N
fitness = ones(numParticles, 1) * Inf;
8 R4 I2 [- n# {3 N* \1 g& x. `
personalBestPositions = positions;
: {% O1 A% Y9 Z
personalBestFitness = fitness;
' f7 @, y) F7 X
globalBestPosition = zeros(1, numDimensions);
+ o1 v* o2 c8 `$ m
globalBestFitness = Inf;
2 F" d2 m, a# w+ L
) g1 L0 L3 K$ U# _ X
% 目标函数 (Rosenbrock函数)
" n5 ?' t; w. {. _8 y8 S( k$ `0 h- [
objectiveFunction = @(x) sum(100*(x(:,2) - x(:,1).^2).^2 + (1 - x(:,1)).^2);
( l7 I) I' {, l' `# C1 o
: P+ u1 b$ b! U2 g! v5 u' B
% PSO主循环
, b1 m! u( n. J; j/ X1 }
for iter = 1:maxIterations
- q( q: S/ o( k& S1 t U
% 计算适应度
) z7 U+ H1 e/ [8 c
fitness = objectiveFunction(positions);
7 N6 m6 X ~' V9 G/ a9 Z
/ o4 e6 D. T1 O' w$ t, C
% 更新个人最佳和全局最佳
0 }# r' u" s; U$ A8 H
for i = 1:numParticles
. b& Y; L$ e/ w/ Y
if fitness(i) < personalBestFitness(i)
3 J8 A. G" M: L" d; E/ V
personalBestFitness(i) = fitness(i);
# n; j. w' r- {' E& U, f# _
personalBestPositions(i, :) = positions(i, :);
) D- y- n7 w- c, N6 v* u
end
; z8 F: \! ?7 t. j
end
+ ^9 M* L: D5 p' p& a& r, }
) c* O2 a! Y j/ k* x1 _' q
[minFitness, minIndex] = min(personalBestFitness);
+ |$ O9 n% \; R2 z( t0 K% z
if minFitness < globalBestFitness
7 K, J0 q% _( p
globalBestFitness = minFitness;
+ h, K- N0 G' d
globalBestPosition = personalBestPositions(minIndex, :);
$ x. k7 P; C! O" |
end
( ?/ M8 \6 a. y* V5 X5 c# O
' O7 G# ?5 R, |) `* G2 X
% 更新速度和位置
, Z$ v3 w- {) W
inertiaWeight = 0.7; % 惯性权重
/ }; P& S! U4 H1 i7 X9 m7 N
cognitiveWeight = 1.5; % 个体学习因子
+ p# T4 {& h$ w0 M8 b
socialWeight = 1.5; % 社会学习因子
- N0 \- P' M/ h- d) u- F4 Z9 W
; ^( ]% m+ y( W
for i = 1:numParticles
: d! C$ G# ~. o' e
r1 = rand(1, numDimensions);
$ P# L# |. x" d. c% u) {# z
r2 = rand(1, numDimensions);
) h& n! o! w% I% ~2 Q
: V+ x0 X( w5 M4 b
% 更新速度
3 T2 ?' _. _* z! m: Y# H/ ] w1 m
velocities(i, :) = inertiaWeight * velocities(i, :) + ...
- C" P5 w6 W( f
cognitiveWeight * r1 .* (personalBestPositions(i, :) - positions(i, :)) + ...
# \1 W# ^0 W" X/ h& E6 N! j. X8 _
socialWeight * r2 .* (globalBestPosition - positions(i, :));
8 Q' E! e: p! u5 N. [7 K
5 R g' e! \* y# u' P. _
% 更新位置
" ~& h# [+ @+ K
positions(i, :) = positions(i, :) + velocities(i, :);
( |0 l7 B/ Q! L V5 S) S
' x" c; J# b ~6 J. H' b4 t& S7 t4 F
% 限制在边界内
* P9 T4 |: n: Z8 i+ R$ }/ [. o. y
positions(i, :) = max(min(positions(i, :), bounds(2)), bounds(1));
Y% L9 r$ ~. c; U! K# b% X
end
; |: h9 W4 @; d/ g8 h, O( H( v% `
o$ \0 j1 ?4 Z
% 可选的日志输出
. w# h8 [0 @0 y! ^
disp(['Iteration ' num2str(iter) ': Best Fitness = ' num2str(globalBestFitness)]);
' `% M& O$ h2 t7 h. E
end
4 `+ T6 J/ X9 g
: ?/ {4 A5 W! _+ B+ [1 z; ?; ^
% 输出结果
$ A+ G( ` M' E$ [
disp(['全局最佳位置: ', num2str(globalBestPosition)]);
5 ], J- ^: n2 f+ f' ]1 k$ t
disp(['全局最佳适应度: ', num2str(globalBestFitness)]);
, `; Z! v+ b( R# K8 r1 w, t
```
复制代码
### 代码分析
) Y$ ?) ]6 h. \: U7 x' `
1 @3 \+ o" i3 F
1. **参数设置**:定义粒子数量、维度、最大迭代次数和搜索边界。
; P# S8 M8 \- K7 k0 I. p
3 u: l0 P+ D- X( M" o/ d+ W. T
2. **初始化**:
1 L# A4 _8 P3 |4 a. p; ]
- 随机初始化粒子的位置和速度。
" X* j# U, b1 R& B. w1 [" [
- 设置每个粒子的最佳位置和适应度。
- O4 _0 ~; q4 p
, M! ?( ^+ {% c2 h4 d2 {
3. **目标函数**:使用Rosenbrock函数作为目标函数。
+ X2 V+ T& a% K* N, j, |" N" H) \8 R
9 W; T9 e. h& B5 o; M
4. **主循环**:
0 W+ e. A6 O2 S! H* F
- 在每次迭代中,计算每个粒子的适应度。
) T2 h7 T: \! r9 F, D+ U, `/ n
- 更新每个粒子的个人最佳位置和全局最佳位置。
$ j" J; |# R1 |& ^3 u c
- 根据惯性、个体和社会学习因子更新粒子的速度和位置。
) B1 Z! l& I& o& |$ f9 w! Y
- 确保粒子位置在规定的边界内。
; n/ q7 O2 s& O4 [' v, N' ^
; t- |; }7 @. h( {
5. **日志输出**:在每次迭代输出当前最佳适应度。
* K* J7 [9 e0 @, F6 o# L
6 D4 M$ r% s: {: ^" z6 u& _
运行此代码后,您可以观察到 PSO 迭代过程中的输出,最终得到全局最佳位置和适应度值。
7 c: g( ^' l) O; W! ~ I2 a
+ j2 `6 ]& l+ Q( O1 k7 R0 `/ M8 ]" o
## 注意
! L- ^' X) m. B7 B! m
- 您可以根据需要调整粒子数量、维度、迭代次数或搜索边界。
2 j# U1 [* e, \; J
- 目标函数可以修改为适合您问题的任何函数。
q- s( H# w3 t" i
8 p, I* h9 h3 q) F0 m2 Q
$ I9 z2 p3 l2 l) g6 D; d0 D
; z+ w I0 w$ S
SAPSO.m
2024-10-12 16:23 上传
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