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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
8 l9 J8 g1 L' d. C- b1 M' H: O% 2007.1.9 By jxy
! N- u9 ~: E- n- S& `. g3 h%
测试函数:f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048  t+ H) ?0 j" a* w* C& @
%求解函数最小值
. |  m7 G6 r2 c6 {4 Q! G7 J1 \
$ [. Q6 T, N- ~+ I' u. Bglobal popsize; %种群规模8 Y. Y6 K7 |3 v$ ^2 ?( g* E& L$ h
%global popnum; %种群数量
$ [$ L5 O& t8 |8 W' G0 Fglobal pop; %种群" H: D' h( K8 J8 U0 P
%global c0; %速度惯性系数,为0—1的随机数
0 k5 \# @- b/ M; [global c1; %个体最优导向系数" X; T1 f% R9 t: v% @
global c2; %全局最优导向系数
7 M9 W, w0 i5 x$ X( gglobal gbest_x; %全局最优解x轴坐标, @) K6 x) h- ^$ C6 R0 p* Y
global gbest_y; %全局最优解y轴坐标
# m5 q8 f" `# S% s# Rglobal best_fitness; %最优解
' b+ f! S- |7 kglobal best_in_history; %最优解变化轨迹
- g' Q8 ^5 U- W  G! Pglobal x_min; %x的下限2 ]# g, J4 u5 W3 ^; x% s
global x_max; %x的上限( ?  t, E( p# v2 s
global y_min; %y的下限
9 h6 {& l; O) G8 e/ Hglobal y_max; %y的上限
* E& u. k( M2 K4 A! S9 ?global gen; %迭代次数8 v2 ~7 @# K7 }1 a
global exetime; %当前迭代次数# Z& l9 G# Z, Z6 f
global max_velocity; %最大速度( X0 a: g, P! S2 {  d

4 P( B9 h2 _6 S1 \; ~1 V+ \! S! `initial; %初始化2 M! A7 K- z! D# r" B- C& Y

$ {! x8 E7 ]% d! N$ f, `for exetime=1:gen3 s' @) Z7 ]! J6 h
outputdata; %
实时输出结果" [/ u1 x; l7 G0 ?$ h: L+ A6 v
adapting; %计算适应值
$ t0 W4 q% e* h8 ?* l- d" w  qerrorcompute(); %计算当前种群适值标准差
& [# s! K% X, E* B! k7 I! cupdatepop; %更新粒子位置  R: \% v3 ?. y& L" b8 ^6 b$ u
pause(0.01);6 D# H/ L) `$ E# _6 j
end/ U+ c; _% G3 B/ Y$ U2 R
, F8 }" r4 p, P- t8 O- Y
clear i;
0 G! u6 x  t8 X3 W; `clear exetime;8 x! L' M4 P, ^
clear x_max;
& ~3 P3 J/ }+ k1 K9 N# x* zclear x_min;
3 N. j0 l$ C) u5 m4 Nclear y_min;
3 i" d6 U7 j8 }clear y_max;
4 S9 H( \. f1 B: p1 ?/ z- J2 N4 F3 E
3 l! }3 b# L( E1 q* z; J%
程序初始化# J6 q) Z$ ?3 X! o! ]" V' [

# B! ?1 F! z7 ^: L3 y4 Tgen=100; %设置进化代数
7 y, T, R# z; ~/ @popsize=30; %设置种群规模大小
* O- D: B( e( \best_in_history(gen)=inf; %初始化全局历史最优解2 x3 P+ J8 H& Z5 p
best_in_history( =inf; %初始化全局历史最优解7 ?! U0 y  w  e0 v1 N* E+ ?0 q
max_velocity=0.3; %最大速度限制% h- |5 ^8 _# p  m: J
best_fitness=inf;
+ t  \2 v4 r6 U8 T3 w, D%popnum=1; %
设置种群数量
: C" U9 _% ]2 s
' v( @0 b% p4 @/ _3 a% p5 Ppop(popsize,8)=0; %初始化种群,创建popsize行5列的0矩阵) C, x6 _% r5 `4 k
%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
5 I( Y6 ^# m# y%第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/ }2 [! M, p4 q1 l; i0 b
%第7列为个体最优适值,第8列为当前个体适应值0 x3 [/ I. ^; _$ }% U

0 m5 l5 v: o* I4 Y' b7 s  \for i=1:popsize& l# _& \! J; n1 U
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9 j6 ?% L% l2 y' d7 X' \
pop(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
: p2 \6 e0 B9 I6 k1 mpop(i,5)=pop(i,1); %初始状态下个体最优值等于初始位置- t+ [6 o0 a" q! k
pop(i,6)=pop(i,2); %初始状态下个体最优值等于初始位置
8 x! ^3 R- Y: X2 k/ lpop(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0.0001
/ d' F# X$ `8 W( Mpop(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0.0001
8 v4 a) D* d  u6 |pop(i,7)=inf;1 }. {+ d+ e7 x
pop(i,8)=inf;) J, {: B$ P: z; K/ ?! T
end
5 W1 ^! m8 N3 [: i, v
* {3 u) v8 A* g2 {& e& Cc1=2;% t1 g0 E5 [- d. v$ t* w
c2=2;8 X8 X: }' A* r7 f; J8 V& k
x_min=-2;4 j0 T, s' q  A) f4 P& A
y_min=-2;
# Q1 Z* n9 V+ i1 Jx_max=2;
5 I( w! F1 [) }/ O& v9 w6 jy_max=2;
4 O! P: F+ r+ \) h, t$ c6 k" D1 o: v- t8 Y2 M' Q" W
gbest_x=pop(1,1); %
全局最优初始值为种群第一个粒子的位置
% P# f3 ^- c6 V  g  z) n0 Y$ i( w; cgbest_y=pop(1,2);
: y& F* X4 ~) G' _
/ V- R2 v$ Q/ j- ?. f! i1 ?) k%
适值计算
+ U$ ], f$ l6 ?3 m/ t) ~( S" i% 测试函数为f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048) w4 V% L/ j4 ^" k# J- w

1 _# D( w1 Y' d: \! C" t% z& c- N%计算适应值并赋值: f; E2 O  F6 u" ^5 y- w
for i=1:popsize
+ u4 x- H* _2 n) d6 Hpop(i,8)=100*(pop(i,1)^2-pop(i,2))^2+(1-pop(i,1))^2;& F) A, E% @2 {& @
if 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
5 \! z4 Z$ P( ]9 N0 g% X  [; {pop(i,7)=pop(i,8); %适值更新: s% N7 L' H# N4 _
pop(i,5:6)=pop(i,1:2); %位置坐标更新8 p9 F$ z2 \# n1 v7 `4 H$ {
end
5 [- e1 i  w6 p! Send
4 M' F. |* A3 N5 j, b2 Z2 I7 V" y
%
计算完适应值后寻找当前全局最优位置并记录其坐标
! J$ i4 R6 x' ^6 D1 bif best_fitness>min(pop(:,7))  U" P8 a% G: q; H4 `: B: O2 J! n
best_fitness=min(pop(:,7)); %
全局最优值
( ~; R" G( q6 m& s( `& D# v# ^1 G* Bgbest_x=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),1); %全局最优粒子的位置4 d' a8 f- Y' V- p% l5 Q
4 L3 z2 a+ t- ]3 ~
gbest_y=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),2);
0 r  y2 y: d* R' I! ?end( K6 V2 u9 ~  Y. J/ K, |

6 L* W  G7 j, H* m. N+ Y0 }best_in_history(exetime)=best_fitness; %
记录当前全局最优
  e. ~! V. v/ M* O; ]
1 t; B% w( v! F  Y%实时输出结果
, Z$ O; F, ^. G6 o- }# Q3 `; G# e+ w" w
%输出当前种群中粒子位置* ~: E' S" D, Q
subplot(1,2,1);
, ^2 h# Y' z  f6 h' @5 ifor i=1:popsize
; B% n& y& F& A) E' y8 i+ aplot(pop(i,1),pop(i,2),'b*');  A0 L* m1 {7 j' Y
hold on;
, x$ V" v2 \% eend
8 M' q$ Y0 @1 L( X3 F, b( s( H: m# O4 z6 l9 |
plot(gbest_x,gbest_y,'r.','markersize',20);axis([-2,2,-2,2]);, h$ Y2 o; f4 o5 D8 ~1 L
hold off;
7 ]  g6 {% a3 R5 V" b8 F" M/ ^1 R$ X& [  k
subplot(1,2,2);
% D  Q/ t$ S7 I9 Y8 H) taxis([0,gen,-0.00005,0.00005]);" c5 U. h. v& R: {" H: }
- g, v) @; ^" c5 h- ^1 ?  i" W
if exetime-1>0- _* f7 o4 n0 ~* @0 L
line([exetime-1,exetime],[best_in_history(exetime-1),best_fitness]);hold on;  c  }# I  U6 H/ F$ w) s
end
9 U0 v( @% \3 T. O3 i' G! S+ s8 p( J& V
%
粒子群速度与位置更新- y0 q' P! d9 l1 _' f' ~; V
* D  _5 @! V. Y
%更新粒子速度
- g6 ?% k: P2 [1 N  O: J8 M9 }for i=1:popsize( Q6 S! N* L$ C7 o6 Q# X: M3 T# e
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
% c( U6 f' D$ F0 y9 Npop(i,4)=rand()*pop(i,4)+c1*rand()*(pop(i,6)-pop(i,2))+c2*rand()*(gbest_x-pop(i,2));
$ Z3 n4 y$ R; m$ k/ [% b6 w  `if abs(pop(i,3))>max_velocity
2 g6 v. h% p$ L; D4 Z3 R4 dif pop(i,3)>00 X0 P2 a3 d4 ~* P
pop(i,3)=max_velocity;/ d' C. f) C+ ]2 C& c
else4 b3 x/ i& u2 W3 F0 m' x+ x
pop(i,3)=-max_velocity;: p, ?6 c1 M: |8 ?8 H( F
end
. ~& g, C& T3 V8 X/ N) Send
& z8 a# b  X' Oif abs(pop(i,4))>max_velocity5 l8 x% A& E# y2 k# x
if pop(i,4)>0
; D5 }1 K! }% ~: Gpop(i,4)=max_velocity;& V" a# X1 D4 K$ n
else4 ^! z' }0 P5 c5 j0 C! v
pop(i,4)=-max_velocity;
. D+ K! O$ N7 o) {% o  oend# U/ F0 l1 `& [1 m
end
  ]( w6 w8 C) O/ I/ T+ e9 [end. G5 a( _& j( G/ v& n

7 {0 N5 p0 q6 i: O* R7 n1 M%
更新粒子位置
4 Q" h. P$ v7 ?% N3 hfor i=1:popsize1 {7 U& L+ g* a" I8 s8 e
pop(i,1)=pop(i,1)+pop(i,3);* y: m7 V! \4 t3 S2 v# M8 e0 c
pop(i,2)=pop(i,2)+pop(i,4);
) h& J+ P% a6 e( T: }" I4 \  g6 rend

5 Y4 A, v" L; \0 M( V # Q5 L, g( W- U4 W% }! }
7 P; _4 n- ^: X7 }; l1 I" L: R
$ W0 K- W: q+ }5 U
4 K8 S, r; X+ M' Y, O6 L$ G$ v! i

4 F% _0 f. z0 I( t1 k5 C3 R) W$ h3 P' _ ! h) g4 A$ Y0 _* P4 S

( C, l+ g: B% j; `% f
  {9 d) y# z. J) b& f/ n4 u 1 C: z5 [4 [# S3 H8 [" n; U$ U' z

3 E+ Y. a+ k" E3 f3 E. \3 h 7 L6 ?2 y& x. f4 b5 K
% J4 x! e6 o  A

& X1 _) m. k/ J * C- L* k* T1 P/ L% F
' i5 E6 S9 Z9 p

" b7 `: p1 K5 p* O4 v" E& ^ * I/ K( A8 j1 t8 A5 p3 K
% A SIMPLE IMPLEMENTATION OF THE
2 m0 W& }( J+ t/ {: U% Particle Swarm Optimization IN MATLAB
7 _" ~/ a! H3 W- o3 R1 |( N( Xfunction [xmin, fxmin, iter] = PSO()
( x- ~5 G# S9 v7 s: N% Initializing variables
. O! ], L/ i: m/ ?2 }6 z5 p- [& ?success = 0;                    % Success flag
( U. @" _) D% N  _6 C# [! YPopSize = 30;                   % Size of the swarm! _; M3 D2 y3 Y: ?. j  g- W
MaxIt = 100;                   % Maximum number of iterations
6 [- P( ]" F# K6 N0 F6 xiter = 0;                       % Iterations’counter. A  c- B+ u0 C5 V  v
fevals = 0;                     % Function evaluations’ counter
: K/ r4 d- v  {6 Yc1 = 2;                       % PSO parameter C
1
1 w- {# }# Y" c- a) t+ e" i0 rc2 = 2;                       % PSO parameter C2
& H. F0 c4 D; K5 {w = 0.6;                       % inertia weight; Z; H. w) U: |2 P
                  % Objective Function
4 t6 F- }4 _2 Q7 [1 mf = ^DeJong^;
$ c# X' B, \: v3 ddim = 10;                        % Dimension of the problem
. l* i5 j+ L: N8 _3 f* Wupbnd = 10;                      % Upper bound for init. of the swarm! L7 P- c0 f( e% n' z
lwbnd = -5;                     % Lower bound for init. of the swarm/ c5 A. E6 }* b) C. w- R4 X1 t$ c/ |8 u
GM = 0;                         % Global minimum (used in the stopping criterion)
& |7 \; v4 z1 _ErrGoal = 0.0001;                % Desired accuracy
7 `8 A1 H9 ]* b+ t! F0 h$ S. L$ n3 Z3 P2 f, p
% Initializing swarm and velocities$ _! e5 w6 j! g1 D4 ~1 _! G* ]
popul = rand(dim, PopSize)*(upbnd-lwbnd) + lwbnd;
% N, ^3 D9 U. P' W, O; Xvel = rand(dim, PopSize);
+ _; N$ w% B( U& L7 H3 p4 d
+ I$ i5 [; b; f2 \& o9 ufor i = 1opSize,* \( W- t' M4 g+ l3 N& h4 \. W& H
    fpopul(i) = feval(f, popul(:,i));: \6 V+ c- a8 c0 Q* Q7 J2 T& u
    fevals = fevals + 1;6 X7 B4 f7 n: S" p
end! E( q0 p  R% ]
' E. V: f+ t( k: s: H
bestpos = popul;- p; z% T7 r* w2 J# {2 s/ N0 r
fbestpos = fpopul;
, b# S" Z6 Y, s: w2 y# N0 e3 f4 U% Finding best particle in initial population6 R0 v' A1 r% B3 I, M
[fbestpart,g] = min(fpopul);
  u) Z  ~- O7 S. B  h3 vlastbpf = fbestpart;
/ L; n9 Y) h7 v, L/ ?+ Y9 C$ l) I. t2 t% }1 `* L/ C" v
while (success == 0) & (iter < MaxIt),   
  H$ u( D6 s& U' e+ J2 O/ O9 R    iter = iter + 1;
5 E" I: r1 K- L1 ?6 C5 n7 \0 b# x
3 V, q- r7 o0 D- v: M. Y    % VELOCITY UPDATE
/ V% [* d" L) h8 C' m    for i=1opSize,
8 K+ z( s4 S( u        A(:,i) = bestpos(:,g);: R. l7 _+ F$ h1 _( v
    end/ c- M) N+ E" ~/ U! j
    R1 = rand(dim, PopSize);" r) m# b: z, e' z- S
    R2 = rand(dim, PopSize);% W0 T/ r8 z; i$ `/ \, R# L
    vel = w*vel + c1*R1.*(bestpos-popul) + c2*R2.*(A-popul);
% A" ]* G1 c1 s
+ y+ M! w5 M2 w1 d+ O    % SWARMUPDATE" g1 u9 s) g% e) x& ^
    popul = popul + vel;
" D, e4 `  E1 ?+ u# h8 Y    % Evaluate the new swarm
5 b9 g0 o. y7 Z7 `6 q/ d- q) o0 R    for i = 1opSize,
" E( z8 W% H- }6 f9 R6 _) a        fpopul(i) = feval(f,popul(:, i));0 N: o5 |! C* W/ J7 ?
        fevals = fevals + 1;7 {2 s6 O5 }8 I2 ^6 X
    end
9 ^2 G7 G$ v6 b5 U) T& L& g    % Updating the best position for each particle
  U& ^% y) Q9 `# R, S& f  v    changeColumns = fpopul < fbestpos;
$ r& D# f$ ^- r    fbestpos = fbestpos.*( 1-changeColumns) + fpopul.*changeColumns;2 c( W1 G2 e+ g& i: r
    bestpos(:, find(changeColumns)) = popul(:, find(changeColumns));. |4 N3 h: k7 n3 t9 u" \; E
    % Updating index g4 k: d0 R+ w; V+ f9 E2 z6 B; h4 X
    [fbestpart, g] = min(fbestpos);: R( m/ M# e2 g) `: k
    currentTime = etime(clock,startTime);
5 n+ s4 m/ a* `) o    % Checking stopping criterion% I8 @$ ^4 H: K6 O8 C* m" X
    if abs(fbestpart-GM) <= ErrGoal* g- H; C( B! \5 M, \. g
        success = 1;
/ J0 O( f8 {% v% O7 `4 E; V' O( ?8 d0 L    else3 Q5 s* u+ h. G5 r' Y
        lastbpf = fbestpart;4 x$ r% g# Q/ w# _1 B6 V! D
    end) x$ P9 m/ ~) N( U1 Y6 U
& E) q; d. Y4 |3 U3 f
end) n: ]/ T0 `, L) Z9 l# _1 j* V

9 x: w* k' l8 b. g  T% ]7 g- A9 S% Output arguments
$ h4 M- {4 q) ^9 j; Rxmin = popul(:,g);
1 D: D0 n5 D$ F! T' kfxmin = fbestpos(g);4 }5 r# J2 U; i5 K; N# t: U

* R8 V* }7 F- c( P! f0 x2 }fprintf(^ The best vector is : \n^);' a7 ]1 t5 w# d; Y/ o
fprintf(^---  %g  ^,xmin);
* F) Q* c2 E. i) E& j* wfprintf(^\n^);. l7 W$ E1 h4 g# ~6 Y6 G
%==========================================
( ~- h: D, c5 @# G8 S( Ffunction DeJong=DeJong(x)2 N8 Z' n" s9 l7 w% {
DeJong = sum(x.^2);
zan
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