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标准粒群优化算法程序

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发表于 2009-8-12 13:25 |只看该作者 |倒序浏览
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%标准粒群优化算法程序
& o, \- ~+ |" u" o- B% 2007.1.9 By jxy
3 G- G( P  [7 n3 `4 z%
测试函数:f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048
% @6 z4 l& c% w6 g1 ]2 G%求解函数最小值% S  T! v) P2 S6 i* K- ^

' W1 p. P3 {; w: G: {6 \" kglobal popsize; %种群规模3 Z; B1 P: ]4 g
%global popnum; %种群数量& b: e4 s8 d4 `
global pop; %种群
  M, t7 Q: N( `& s2 K( B; h4 N%global c0; %速度惯性系数,0—1的随机数, }4 r# z9 |7 M0 O! L* g8 s
global c1; %个体最优导向系数/ {: t  j& X  M" {0 c+ A" c1 ^6 V
global c2; %全局最优导向系数" s. G+ E1 N& _! J
global gbest_x; %全局最优解x轴坐标
# i8 R( j$ Y. \6 o+ j+ _; ]1 cglobal gbest_y; %全局最优解y轴坐标
0 O5 u+ G3 Q3 E. s4 W4 G0 V2 [2 s5 lglobal best_fitness; %最优解( N7 s$ n7 Q: E& j( D' i7 D& C* G# g
global best_in_history; %最优解变化轨迹3 U5 `3 n" S" R# \  |
global x_min; %x的下限. w& G$ _) i2 U2 c
global x_max; %x的上限
/ H  F& i7 A' P4 p$ r! ]& i1 l% M" [global y_min; %y的下限
8 @: q% D+ ?" Gglobal y_max; %y的上限# |5 ?/ f4 R& T4 d
global gen; %迭代次数# |* k& A: G% c. m
global exetime; %当前迭代次数3 Y( c7 ]# W" C1 M
global max_velocity; %最大速度4 i- E" n1 \. l6 W2 ~5 C

6 }3 f1 S% j1 W' Z$ `1 ]  q6 Ainitial; %初始化5 u& t( S% x1 A# F

- f$ D) |6 g, ^# z7 Jfor exetime=1:gen
  h+ a6 C1 ?: A  D+ a3 I$ Ooutputdata; %
实时输出结果/ P7 e7 p1 u3 u4 ~" ]' A% p
adapting; %计算适应值
. i% {* U2 g2 Q7 Y" a7 perrorcompute(); %计算当前种群适值标准差
. T& z/ v( r: m( Eupdatepop; %更新粒子位置+ ?; e5 J1 @: ?1 m* T, @) ]
pause(0.01);" g4 C' m' `* @
end; r. f+ U) j! {* @% ^" h; u2 U
. E8 R/ y7 ]% q. d
clear i;& e  ^* Y5 l7 n6 W
clear exetime;) b0 ~1 t5 Y! D( N6 i8 A) z
clear x_max;
' l9 ?& X$ e# ~% v7 A1 sclear x_min;
4 G7 l- D% R" j7 O, P, Y5 H$ lclear y_min;
* u& ^! A8 E+ N1 Z; Pclear y_max;$ J4 n; d4 \& s0 s( q# y
5 w& y" P) V6 ^2 ^. q" W
%
程序初始化
8 E) p) H; Q; y' B! i6 M$ v& U, n- L5 q, d, m& k
gen=100; %设置进化代数
! W" }6 `7 \! r1 j& ?popsize=30; %设置种群规模大小! e; `, |- {" J6 q* P
best_in_history(gen)=inf; %初始化全局历史最优解
# ^) i/ O) f  Z/ }best_in_history( =inf; %初始化全局历史最优解
3 T% J; @: n8 Gmax_velocity=0.3; %最大速度限制+ v- H5 \: A8 S' K# A
best_fitness=inf;
, @& P( e3 h! ^) W( ^. t%popnum=1; %
设置种群数量
- Q% j! a2 W) X' ?. M$ f! L! q% O' N) C) }, f  ^( Z9 i
pop(popsize,8)=0; %初始化种群,创建popsize5列的0矩阵+ g' s" H0 G! B0 J( ^  E
%种群数组第1列为x轴坐标,第2列为y轴坐标,第3列为x轴速度分量,第4列为y轴速度分量
) n4 m8 V) q. i, G%5列为个体最优位置的x轴坐标,第6列为个体最优位置的y轴坐标. F! A2 o+ @. E
%7列为个体最优适值,第8列为当前个体适应值  O* [& S2 @2 p/ \% E1 J

) k( h5 C% V2 B( W6 P* [$ {for i=1:popsize& c2 H, K; s- Y9 h/ d- ?
pop(i,1)=4*rand()-2; %
初始化种群中的粒子位置,值为-2—2,步长为其速度
2 e* ?/ \5 F/ y* ?6 W" wpop(i,2)=4*rand()-2; %初始化种群中的粒子位置,值为-2—2,步长为其速度3 W) I% w5 y/ }1 G! F9 N% O, g! j
pop(i,5)=pop(i,1); %初始状态下个体最优值等于初始位置
$ K& g; @7 J. J/ }' m7 ?, ]pop(i,6)=pop(i,2); %初始状态下个体最优值等于初始位置  l( P1 [( S8 J% n  @; y* J- ?7 ~
pop(i,3)=rand()*0.02-0.01; %初始化种群微粒速度,值为-0.01—0.01,间隔为0.00014 l/ J+ Z7 N2 ]+ f1 ]; e, Y
pop(i,4)=rand()*0.02-0.01; %初始化种群微粒速度,值为-0.01—0.01,间隔为0.00010 {8 u4 q$ L' l
pop(i,7)=inf;' E' l! V! y3 _: `) W6 G
pop(i,8)=inf;5 ]0 t3 Z) Z+ d$ B
end* ]( D3 q& u+ A
* X& z( H1 V' ~, k! X% w$ L
c1=2;
) O3 q1 \: E) C& b! ~/ n. Z+ g/ Uc2=2;0 x  _' z  i! t9 l7 F
x_min=-2;
  ^' A4 m1 @& Vy_min=-2;# ~! r, z; o( s$ L& c: o
x_max=2;1 F- L- j1 f1 r; o
y_max=2;
+ h' {# d7 i& V
: Z$ a' \: {) z4 u, Sgbest_x=pop(1,1); %
全局最优初始值为种群第一个粒子的位置: W, W+ r  {* [! K
gbest_y=pop(1,2);
9 \, M3 H* g4 i) B& u8 ?/ g
6 u% G3 H6 D; d- J%
适值计算
- G% ?- G6 ^1 C( [! n% 测试函数为f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048. A/ X6 [* u9 s6 p
! Q/ L) S" @$ H& s/ X% D) F
%计算适应值并赋值; Z- Z: E; c- b) \, h( m0 }# X: M
for i=1:popsize
/ ~/ G& V0 n. O. O) X' y  k* gpop(i,8)=100*(pop(i,1)^2-pop(i,2))^2+(1-pop(i,1))^2;
. W1 a, W0 J' A% D" eif pop(i,7)>pop(i,8) %
若当前适应值优于个体最优值,则进行个体最优信息的更新
9 {6 `4 r, f4 F6 U7 Rpop(i,7)=pop(i,8); %适值更新5 c% Z  F, O4 H7 |; f
pop(i,5:6)=pop(i,1:2); %位置坐标更新. C& o, c1 V+ @# W9 e# j; x, Z
end
7 v0 ^3 p) x3 Mend
! {) }, d3 |. }* ^6 [0 y! z, g4 m9 e! G0 X
%
计算完适应值后寻找当前全局最优位置并记录其坐标- o) J1 w+ D! d. B5 Z
if best_fitness>min(pop(:,7))
, j5 {+ y+ ~* _% n' u: _best_fitness=min(pop(:,7)); %
全局最优值# O8 S& g) i6 L$ \4 Z" h
gbest_x=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),1); %全局最优粒子的位置
) L6 `  T5 s5 v% I. _
6 s  ^: W( q3 r7 g
gbest_y=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),2);. ?* @* h/ `: T" s0 u8 _: P# T3 \
end
. |" K% N& R  f3 E' }- D
3 M4 o9 o# l0 ]1 _best_in_history(exetime)=best_fitness; %
记录当前全局最优7 o. N( l( H$ P& X) K
9 M) X. z- N6 _& Q
%实时输出结果% Y( m6 X1 @8 I  q
  ?& L3 c9 ~9 Y+ \' N, J
%输出当前种群中粒子位置' y( ~! i( l0 T
subplot(1,2,1);
( c/ V! Q7 h3 V+ k4 M* `for i=1:popsize
+ p$ t% W: Y1 Q9 q, oplot(pop(i,1),pop(i,2),'b*');
' U% L) s! v/ L# S% `& k( thold on;5 p. m8 D; S: @' V
end
  Q; C4 W* f8 h3 t$ E' r+ h, }9 M: M* q! G% j
plot(gbest_x,gbest_y,'r.','markersize',20);axis([-2,2,-2,2]);4 `3 a2 r* m9 x  u- J+ r/ Q
hold off;1 o- r4 i: ~9 M8 y' D- Y% B1 u

3 X+ B+ ]5 Z( g8 K5 hsubplot(1,2,2);( B0 Z, S, G% S8 q; A
axis([0,gen,-0.00005,0.00005]);
' q2 @' A7 s( M7 {* [1 h6 b! R7 |9 c( Z9 W) Y# v6 [
if exetime-1>0( m. q% |7 y" Y5 k6 n& Y
line([exetime-1,exetime],[best_in_history(exetime-1),best_fitness]);hold on;
2 l$ L8 m6 `8 y9 A, \8 R8 [% vend
7 l, V9 s3 R" [" W$ u
  k& B! s% U: o+ ?; J0 m%
粒子群速度与位置更新3 a, Z2 W3 Z. L: Y

3 f" w' t% G% [%更新粒子速度) f; G! S6 ^, K
for i=1:popsize) h% D6 d7 q9 W' S$ H: I" i
pop(i,3)=rand()*pop(i,3)+c1*rand()*(pop(i,5)-pop(i,1))+c2*rand()*(gbest_x-pop(i,1)); %
更新速度% ^5 h$ p- P0 K
pop(i,4)=rand()*pop(i,4)+c1*rand()*(pop(i,6)-pop(i,2))+c2*rand()*(gbest_x-pop(i,2)); ! T) `% i  H, e3 }9 B! p7 N1 U
if abs(pop(i,3))>max_velocity& G+ P4 T9 n9 @1 b  c% S$ w
if pop(i,3)>0  p0 l! _: T+ e
pop(i,3)=max_velocity;
# f5 F; w( \) }" b1 {4 t$ W  \# lelse
; ~* G# T8 H6 v/ E' qpop(i,3)=-max_velocity;2 [  {: q, v$ U( z  @: V4 S) d
end  ^$ Y9 |: i/ [6 b/ k2 s
end4 f0 l% r$ r3 |0 P
if abs(pop(i,4))>max_velocity5 ~+ H$ _$ k8 P; b9 n" [' X
if pop(i,4)>0
$ Y( _) u# A1 k+ apop(i,4)=max_velocity;
- l0 {7 E  i# o8 Z& Nelse
6 P4 r; P8 f; Z& z- D5 ?& Ipop(i,4)=-max_velocity;
4 D, c6 r+ H" q, ~% \3 nend
5 ~: k3 B2 [/ \4 q" eend7 z6 J  w. C$ {, r$ x; ]* ^; T! d
end
( q0 W; }8 H8 i4 V7 H
( O6 t$ {7 U: z4 e" e  S/ d%
更新粒子位置6 s1 Y% |7 o4 a+ n3 K( ?
for i=1:popsize5 b: C7 p( Y4 E7 ~3 N. H
pop(i,1)=pop(i,1)+pop(i,3);
  J. y6 j: P3 }4 a8 G6 `8 D  Qpop(i,2)=pop(i,2)+pop(i,4);
; i" w/ U3 M2 {, N4 M5 Nend

) j% a$ ]4 o% l
4 F0 X( U" F# L( n! R) d+ o) G; ^; X
4 |- t6 ]5 L& V, _8 S' _9 m 6 @4 P# G' n  c: H+ ]. L7 R% u5 I
5 V" F3 G! K( A) T. o& }* `

0 r% A. G  J+ J8 b . j4 w6 u+ f" y( A: k# n

$ M, J4 ~% h* v0 x - P" \0 h1 N: ?# R" r9 D

) B- }* V. k2 Q. N ! x: t, r# @& O% R. E; Y" m
% h  y0 \' \' l
% ~" D# Q& j6 z! r9 M1 P+ {% q
: m# c: `# I- p7 D  T$ j% s' R
( w  i* K1 c) X
5 a+ J$ \) v6 v( ~& Q
$ x- t+ J/ t8 {; K: |5 t) I

6 y0 j; P- O$ t% A SIMPLE IMPLEMENTATION OF THE; g& g2 B4 q( k9 Z
% Particle Swarm Optimization IN MATLAB9 i; o1 o7 h/ D7 R# w/ q3 n7 o& f
function [xmin, fxmin, iter] = PSO()
% D# u; @+ X$ _% Initializing variables6 w% @6 M" m2 v
success = 0;                    % Success flag
6 k; O8 [  O7 e8 [- X2 JPopSize = 30;                   % Size of the swarm
! O* [; G; G* B  z: zMaxIt = 100;                   % Maximum number of iterations! w5 z& w& N5 ~9 Z2 Y+ _* D
iter = 0;                       % Iterations’counter
9 ^0 b( r- T: n5 k3 |3 n4 wfevals = 0;                     % Function evaluations’ counter
1 r9 o5 s6 ?7 J# d) Y; ]3 [/ U* Vc1 = 2;                       % PSO parameter C
10 r7 t9 \5 @6 V) i" Y: J* e! a' y
c2 = 2;                       % PSO parameter C2) V+ l  c: o7 G9 L& A
w = 0.6;                       % inertia weight
2 c$ P8 [8 p' m, |                  % Objective Function& j9 w4 q5 g$ x3 j5 M6 ^
f = ^DeJong^;
7 y( H4 A6 F6 ~dim = 10;                        % Dimension of the problem/ d# C5 h9 a/ N
upbnd = 10;                      % Upper bound for init. of the swarm. Q( ^, ~; h( p: p. q# f( M
lwbnd = -5;                     % Lower bound for init. of the swarm
1 G. ?, T9 I0 s1 i5 {  JGM = 0;                         % Global minimum (used in the stopping criterion)0 B3 Z1 K! r: ^9 E$ J6 P
ErrGoal = 0.0001;                % Desired accuracy
6 p7 Q! u; i, ~# u  Z
- \9 a4 X2 Q5 T' b% Initializing swarm and velocities3 _$ `/ \, l3 _% X2 I- b
popul = rand(dim, PopSize)*(upbnd-lwbnd) + lwbnd;3 A7 ]' ~3 H. J) p7 e. T7 `# m& y
vel = rand(dim, PopSize);  l, R0 I: l* v) o$ \6 J
) h0 p* n2 Q; Y: E' i
for i = 1opSize,3 K- H2 _6 y3 @" ]9 R# G2 J6 y1 u7 y: {
    fpopul(i) = feval(f, popul(:,i));! _' j! @( U( C! t" o' u3 U
    fevals = fevals + 1;
, @8 Q& l7 q5 }/ x* Lend# P) S7 K% k8 m- D" L
2 r" x+ X4 D7 q* C
bestpos = popul;# i8 ~; y6 X: u% O4 y" y7 _
fbestpos = fpopul;  @5 r9 B& @$ j' l
% Finding best particle in initial population1 e/ o: t( K) d# q2 D
[fbestpart,g] = min(fpopul);
" l$ h" i) h3 X% ~; Z6 slastbpf = fbestpart;
) _1 C7 [6 c, m& C: u
  J, b$ M. T6 w: g7 @$ gwhile (success == 0) & (iter < MaxIt),    + ^( i! c, d  w
    iter = iter + 1;
3 W: h( i4 P! o* U1 `
: _  S1 `& r$ k# g- X1 `% w% T6 |1 {0 ]    % VELOCITY UPDATE6 c+ C/ A+ p8 U0 f0 b6 @9 [4 M
    for i=1opSize,
7 o2 e0 q7 D; X        A(:,i) = bestpos(:,g);8 X' P$ v" x( J% B: c
    end
& y( U: B& X+ L/ w$ L9 s& O    R1 = rand(dim, PopSize);7 O1 Q+ ~* r: g- B6 {+ ^; R- u6 ?
    R2 = rand(dim, PopSize);9 A) `( ^6 B% [
    vel = w*vel + c1*R1.*(bestpos-popul) + c2*R2.*(A-popul);
) J: c: o0 \! c* Y$ a& G/ ?. {# ~# G; Y) }9 f1 E' @: h
    % SWARMUPDATE% E2 G. |- ~; i0 q2 D
    popul = popul + vel;- W/ v1 R/ u% I" f: W5 H
    % Evaluate the new swarm% }0 z' |+ t' P2 C: M2 ~. \
    for i = 1opSize,: `/ @) M2 `2 D& Q* J0 c( J
        fpopul(i) = feval(f,popul(:, i));
# p% J2 W% J' Z7 m        fevals = fevals + 1;
& N+ C4 j$ T' f$ l    end/ I: t3 a( E) I$ ~- f, U; ]
    % Updating the best position for each particle
6 X3 u; j5 x2 h    changeColumns = fpopul < fbestpos;
/ b; t: _- I" p3 @9 I% t    fbestpos = fbestpos.*( 1-changeColumns) + fpopul.*changeColumns;4 c. f! I7 w" S+ k
    bestpos(:, find(changeColumns)) = popul(:, find(changeColumns));- E% l6 h- Z! |, N& A
    % Updating index g
' ~4 R9 U! m) W  Z# l: Z    [fbestpart, g] = min(fbestpos);
( L" h5 n/ O1 D1 x    currentTime = etime(clock,startTime);6 D' V0 u; R4 E2 P8 j( k
    % Checking stopping criterion: W$ Z- S8 K2 o, S7 p# w" Z
    if abs(fbestpart-GM) <= ErrGoal
. e& {1 d2 f4 J! T) y6 h        success = 1;
% n. J- z/ z+ I2 G) k9 ^4 [    else+ h8 k2 P6 }! n. S* y: {% ^' o1 M5 h
        lastbpf = fbestpart;
9 l+ a) b& w* G/ j    end& r$ a( L- k( L; [" j1 D  F
3 \4 B& c- g' D( l* a- [5 J# V4 c
end
* E1 k+ @; q( ~- K) E- Y5 ^( I5 p! h
% Output arguments7 M: q" I( V5 D$ o
xmin = popul(:,g);
  Z+ b6 F/ _2 h5 ?: m2 efxmin = fbestpos(g);
# n  c! s1 M+ b
2 l- M2 m# o, }  J& I$ W# ufprintf(^ The best vector is : \n^);
) e0 @" q" q7 w+ R+ J! R: dfprintf(^---  %g  ^,xmin);  [! f: A5 h# j2 ~
fprintf(^\n^);
$ A9 F7 X- a! t! r: E%==========================================" S) X' w* V" R5 x1 U: ^( t9 z1 g
function DeJong=DeJong(x)+ j: U9 n) d$ W9 W! u3 R& X
DeJong = sum(x.^2);
zan
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