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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4 `  }. n. C5 J8 s: c
% 2007.1.9 By jxy& E3 O# X# q+ g* ^4 `
%
测试函数:f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048
3 U' h$ j6 r) e, E7 _%求解函数最小值$ i& d% ?6 }* a5 l! Z  E) y
# Q& Z- a% Z0 P* ]! k
global popsize; %种群规模
! @9 T) A: J" S5 \; Z%global popnum; %种群数量
  h/ l5 H( C( R+ _  s+ }global pop; %种群* |. i. f: _3 U) \, h" I' M
%global c0; %速度惯性系数,0—1的随机数
( }# C( ?1 p  D+ A! p  n, `global c1; %个体最优导向系数
8 g6 D5 c4 w; {' wglobal c2; %全局最优导向系数9 G( |; |5 {6 R# F5 @- Z% L
global gbest_x; %全局最优解x轴坐标
* b, \2 T/ v  t3 k) ]  rglobal gbest_y; %全局最优解y轴坐标
, I' O  P) x4 v0 |: _/ A2 @8 Rglobal best_fitness; %最优解$ r' F; k0 p- n3 D$ l; y
global best_in_history; %最优解变化轨迹7 ]) @5 m/ M) g' n- z0 V
global x_min; %x的下限/ i+ _5 p% |3 e+ E
global x_max; %x的上限. v: k# ]5 n0 n7 o+ S# Y4 J7 O$ v, [. w
global y_min; %y的下限
* {4 i; @  |: p! b7 Tglobal y_max; %y的上限
$ V$ u  c$ k& Fglobal gen; %迭代次数
+ |' J3 f/ G0 c7 N; `4 {global exetime; %当前迭代次数% ?' g. |5 w) \+ F7 ^% a
global max_velocity; %最大速度
: S, Q9 G3 E6 {& R+ Y: e5 U: l7 w" I/ b$ y7 _
initial; %初始化! S: k6 ?+ b/ K) v& ]

$ z1 a; B! S6 [0 @" A8 W8 Rfor exetime=1:gen$ G, q: A5 K# C, V+ D; g
outputdata; %
实时输出结果
" N: t' s8 n. i1 a- O: g% ]' iadapting; %计算适应值
8 t: S% P6 ?; M4 V( b: eerrorcompute(); %计算当前种群适值标准差
) D8 [" t1 o( f7 {: f- C8 yupdatepop; %更新粒子位置! c% ~0 T2 \$ N7 D
pause(0.01);' `# Q; \- a: x' [0 X
end8 \% ~7 u( H9 d& A& E
  o3 M3 Q, h: r
clear i;
2 `" v/ R/ b) b0 ~/ s/ ?( `$ Hclear exetime;
9 r2 Y0 M8 e6 W' E4 ?' @9 lclear x_max;
- A8 h4 S1 Y  a. q! d3 Oclear x_min;
' A7 w. s* t7 S& Vclear y_min;! ^, r  [/ u+ D7 c% E& C! i. q
clear y_max;3 p! F, ]7 o8 l
* _0 S- n. E, |; k
%
程序初始化8 q! u7 C; }0 `- S, A- v8 Z6 P: l
4 T# c) w- B3 a; s4 `# |
gen=100; %设置进化代数( A* ^9 s! [) l
popsize=30; %设置种群规模大小, s4 M  m9 M+ o: k7 t, Z
best_in_history(gen)=inf; %初始化全局历史最优解
3 i# m% w! x9 ^* a+ v! P8 `) c  |5 jbest_in_history( =inf; %初始化全局历史最优解% R6 d( o+ v6 C, Y; w! [% I+ T" `
max_velocity=0.3; %最大速度限制3 T+ [1 h! j3 Z/ u( R. g
best_fitness=inf;' c# w7 O) C4 z3 n
%popnum=1; %
设置种群数量
5 ?9 J- x- o' w$ @& }5 x7 Q$ L6 S2 M4 L
pop(popsize,8)=0; %初始化种群,创建popsize5列的0矩阵# H; c4 B+ m4 _* A! Z! q8 N8 J
%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
! ~' ?- l' G# @5 [%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/ \* r5 _  g# R7 v, d+ s
%7列为个体最优适值,第8列为当前个体适应值7 k% g& P! V6 b' ^+ s( o
/ w+ s% Q# _" l! @
for i=1:popsize
/ k1 R1 j$ X; S3 }8 xpop(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( f8 G8 j2 l- M5 V; w% Z7 T! L1 c
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
9 F! o5 B1 q! E! ]2 @pop(i,5)=pop(i,1); %初始状态下个体最优值等于初始位置; f) y2 \4 U$ j5 O$ W5 c
pop(i,6)=pop(i,2); %初始状态下个体最优值等于初始位置) e7 ?6 l+ K( C" T9 Z9 K
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0.0001
9 x% L. k0 R. b3 q! q) Q- Ypop(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
' c  h. L% T+ Z3 C1 ^& }pop(i,7)=inf;9 i: d! o: O$ R- S5 X+ v/ v
pop(i,8)=inf;% z2 b, d; _0 B* M5 x
end
! ~4 p" T7 I  U7 j% v) b& |$ T$ s+ W
c1=2;
- U9 @  e0 [. `+ c# {  d- fc2=2;! D! O% p" r* E2 v/ `1 l6 a
x_min=-2;, _+ M. f0 g2 A: |+ ?& ~* \3 l
y_min=-2;
2 h% I% X0 F! W$ e3 R! ex_max=2;. y, e5 L/ f; h! ~0 b* X
y_max=2;6 ~- B: I4 P# f( B

. H) E4 s4 H) a4 [  G8 pgbest_x=pop(1,1); %
全局最优初始值为种群第一个粒子的位置1 h" y6 ^5 i+ ~! b
gbest_y=pop(1,2);
& p/ O9 Q$ x/ a9 z4 G% P6 X% q- P
%
适值计算
. Z* v' S  S2 A% H' q8 V# L% 测试函数为f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048
4 f1 [! r+ ?, D2 E: J5 t3 R3 N) Q+ {) T5 @) h( d8 c
%计算适应值并赋值
& x3 m2 d( q* o# i) L0 Dfor i=1:popsize% w8 K3 P8 M: a  S$ ]3 T8 P
pop(i,8)=100*(pop(i,1)^2-pop(i,2))^2+(1-pop(i,1))^2;
/ ^, D- U& u; \8 D4 Oif 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
& [# n: j3 Y0 Epop(i,7)=pop(i,8); %适值更新  s" F9 M, L$ F  Z
pop(i,5:6)=pop(i,1:2); %位置坐标更新
) x  Z/ P5 e7 l; k1 J% yend9 @1 u2 Q" b0 g7 D3 v1 I, [/ {9 `
end
" o7 i- @; O8 T2 x  J* ?$ s
5 \" P' T; |1 L' K2 Z1 Z' c%
计算完适应值后寻找当前全局最优位置并记录其坐标
" ~% X' N( _. d2 b2 j  h, pif best_fitness>min(pop(:,7))
0 m/ Q/ z) \; |" w1 X6 Ybest_fitness=min(pop(:,7)); %
全局最优值
5 f/ E, T; u8 S" Xgbest_x=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),1); %全局最优粒子的位置& |2 ^  Q1 G  T3 [

& [6 G' f$ o  V( sgbest_y=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),2);9 ~+ W& b1 w& Y6 x, H4 A
end
7 _* s7 _) A# R; X* b% y+ |5 w9 e- a! x& n( d8 R+ _( s
best_in_history(exetime)=best_fitness; %
记录当前全局最优8 S# Q% K  Z% ^# r

/ n3 g% j, N" {  S& n%实时输出结果
/ t" f1 ^0 e' k  x8 s
/ F/ ~! _3 K7 o%输出当前种群中粒子位置9 c; ]6 ^# `- t6 Y0 \
subplot(1,2,1);- S# W8 l. F5 n$ ^# I, \& t
for i=1:popsize$ `' T& V: m+ C& f+ q0 V
plot(pop(i,1),pop(i,2),'b*');' |; c' Y3 K5 B! {2 D9 m4 h1 E- G
hold on;
! H5 n8 J% {9 m& nend
8 V6 M* ~5 T+ K8 g( J
4 N1 l# l/ ?( ~. Uplot(gbest_x,gbest_y,'r.','markersize',20);axis([-2,2,-2,2]);
" \3 v, X0 d) L* [1 Thold off;
: W1 A! I, y- T' g  u. l
" U: S! g' L& z) Gsubplot(1,2,2);% @. T/ E3 v) a. Y
axis([0,gen,-0.00005,0.00005]);
/ C/ o+ h- @  g+ c0 N  s/ U
! L7 w  T% [# b1 |: pif exetime-1>0
/ f' q. ~+ F% q3 ]* S; D% pline([exetime-1,exetime],[best_in_history(exetime-1),best_fitness]);hold on;
  w. Q. r, U2 }" f) _3 c4 ?end
" M" x2 F+ \* z1 [
1 `- Z' B3 Z. g' _7 z) l6 Q# [%
粒子群速度与位置更新
' L- \0 Q& f' J
$ u$ a( [) m: o%更新粒子速度/ g" }/ z( j1 f8 L8 U
for i=1:popsize- P5 W7 n# r% C) z* i9 D7 L
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# T: c; }, K# ^6 U2 x& g
pop(i,4)=rand()*pop(i,4)+c1*rand()*(pop(i,6)-pop(i,2))+c2*rand()*(gbest_x-pop(i,2));
! ?) z* \# k) U' }# B. I  G# \if abs(pop(i,3))>max_velocity
0 @3 y. p: i. gif pop(i,3)>0; S% u6 R; K' ]+ D/ [: D8 x3 x
pop(i,3)=max_velocity;: ]! M4 h* }7 k7 h, T0 `. H% Z
else+ `! L) C2 T7 c, K
pop(i,3)=-max_velocity;2 |, f4 d- X& ^! M+ O. m
end6 j( b8 Y( S) e8 f- d( n
end
8 L& i* B# @9 O9 d* e0 U7 q: V/ rif abs(pop(i,4))>max_velocity: i3 T& {* J% ]8 x( @0 Z
if pop(i,4)>0& r' a6 R' {, ~) C
pop(i,4)=max_velocity;8 W. }) {& K6 q# n+ j) z
else
, \) B+ {/ x+ k. I" cpop(i,4)=-max_velocity;
! u- x( T5 v9 B( \+ |0 H8 Pend
0 {0 j& A# J) {! d  ?  a2 Xend) R: j+ N" R( I% k& Z' Q5 x: d
end5 r  W3 t+ {+ H, q+ K5 R

; Y7 M+ b* d; n  K* e8 x0 O( X%
更新粒子位置
. ?; C. q% C* S$ C0 Jfor i=1:popsize: m5 Q$ X0 w1 Z4 W  U
pop(i,1)=pop(i,1)+pop(i,3);
4 l+ u! @. l' s3 kpop(i,2)=pop(i,2)+pop(i,4);% N, _  ]3 Z7 [; w, i1 m/ n9 ]
end
; j1 m! z5 W3 n2 c! P, M2 D9 A0 G
, U' ?+ Y, O7 Q- D) |+ z2 M7 P

% f" Y- n- H6 n! g3 H$ \
3 _% t0 @- D& Y. j1 N0 {: Y
8 y: |% q1 O+ p & O* ?. v- e! |/ l

7 _6 I0 m5 H0 w% z+ `: Y4 J9 C
3 u% G+ c1 N- o
3 l, F; ?" b- H% o / r, O* B1 y( y- ^5 R- e; ~

+ I) X' D  D. G6 i . t* k: V8 G( Q9 V
! a  k. `/ R5 i1 ~' ?

. x- _) G! R' D7 Z8 Y3 k! | + d9 }& j% K1 B, c' X0 x3 J9 p

4 |1 o' b& l& h) e) f# A4 s . K3 \& r7 b+ S/ F1 G+ R
  V( l  _4 p& {6 s8 D0 M
% A SIMPLE IMPLEMENTATION OF THE8 w1 k) \- P4 g- u, a  h! M
% Particle Swarm Optimization IN MATLAB
0 t5 s3 O8 z" i/ R* }function [xmin, fxmin, iter] = PSO()) w/ i  {6 {+ C/ M' q0 ~, z
% Initializing variables& h% F) W* E9 u- s; h
success = 0;                    % Success flag4 n% q" Z' J5 k  c& t% C1 ^
PopSize = 30;                   % Size of the swarm8 F0 F4 i! F6 Q+ b
MaxIt = 100;                   % Maximum number of iterations1 _7 l9 R! _' Y( b; d7 H: `7 d
iter = 0;                       % Iterations’counter2 Z* k  W& n: V6 p+ c, X
fevals = 0;                     % Function evaluations’ counter
+ R% V0 r2 c* I" `/ f. \+ hc1 = 2;                       % PSO parameter C
1" r0 l& Z0 E  r" z' K
c2 = 2;                       % PSO parameter C2
4 ]; i; }: l7 O8 Bw = 0.6;                       % inertia weight% u  |% I! F  g3 C* K' K7 r% G
                  % Objective Function
- c3 L6 a* f) V* P/ M2 Z# ^! Pf = ^DeJong^; " G4 D3 B+ N6 F+ P/ Z
dim = 10;                        % Dimension of the problem7 P9 Q% f9 L- S/ ^6 n
upbnd = 10;                      % Upper bound for init. of the swarm  d0 O9 y+ N( f, N
lwbnd = -5;                     % Lower bound for init. of the swarm
! S% w* Z( q, O( v: eGM = 0;                         % Global minimum (used in the stopping criterion)9 M& K* Y4 t. T0 E7 D
ErrGoal = 0.0001;                % Desired accuracy* t' K) c# X) G9 e0 A4 \
2 R$ G4 Z. j; v
% Initializing swarm and velocities( D/ b+ O/ h7 Z* v
popul = rand(dim, PopSize)*(upbnd-lwbnd) + lwbnd;
7 c6 ?& v9 I7 S2 nvel = rand(dim, PopSize);
* `( |+ a8 U, r, `' n2 Q2 D% j" r6 N9 f8 v) A9 `
for i = 1opSize,
& i& g2 d7 y7 c. H, Y3 O    fpopul(i) = feval(f, popul(:,i));+ f; w) N7 l+ R- q# Z
    fevals = fevals + 1;  S8 h4 z5 y  e& I$ O) {
end9 h2 Y) {$ o0 X! ?+ m0 [

6 X: ?1 s. a' }* B. Y8 zbestpos = popul;. H% ~. V2 p4 U( e( z
fbestpos = fpopul;$ Q+ t: A! V' x% P& ^9 S
% Finding best particle in initial population5 c% {3 \0 m6 e$ T
[fbestpart,g] = min(fpopul);5 D: l6 j* g: P' J& y* U- o
lastbpf = fbestpart;4 M0 E# K) p' j

9 w( g( q7 S, h  Zwhile (success == 0) & (iter < MaxIt),    : Q# L0 F9 a- U1 |9 |
    iter = iter + 1;* U* A5 p. R! k& H
) \& i" B3 r* p: o$ S/ \# i" g2 h
    % VELOCITY UPDATE
8 d4 c) W1 y8 q& R2 r    for i=1opSize,5 z, B/ Y) Y# f  j' J. R
        A(:,i) = bestpos(:,g);4 d) I$ a1 Y/ c. n! \
    end
. v' F5 m' \7 ~, h9 p    R1 = rand(dim, PopSize);' T% o7 g# O+ _/ ]
    R2 = rand(dim, PopSize);
2 s/ `$ N) a8 L$ `    vel = w*vel + c1*R1.*(bestpos-popul) + c2*R2.*(A-popul);; f) I) N4 ^1 h" M
0 {5 \8 D  e* V+ v1 s
    % SWARMUPDATE
+ T2 X% J- l" h# ^) `    popul = popul + vel;% u9 u. O( x) b- D3 Y6 C) w
    % Evaluate the new swarm
4 u) F! x1 E4 Y! ?) n& i- d1 [    for i = 1opSize,3 {. w+ O3 f, K, C: L& a5 s
        fpopul(i) = feval(f,popul(:, i));
" ~+ S) Q; h' W        fevals = fevals + 1;
1 ^1 E5 g7 v  E% x( X$ u    end# y. u/ F) k" ^# r( b
    % Updating the best position for each particle
4 B: d/ }( T+ s/ |% ^4 g    changeColumns = fpopul < fbestpos;2 `0 ^7 b$ y, ~/ g% ^
    fbestpos = fbestpos.*( 1-changeColumns) + fpopul.*changeColumns;
2 ]& ~2 s2 h4 ?4 D2 k    bestpos(:, find(changeColumns)) = popul(:, find(changeColumns));4 ^/ u7 k# W! g; d' M' ^
    % Updating index g
- I( U' x) c! o& ^    [fbestpart, g] = min(fbestpos);  q( L3 U4 Y1 P. ~7 S
    currentTime = etime(clock,startTime);
8 Y0 P9 k& ~5 S    % Checking stopping criterion! R4 D7 R  p$ R# C
    if abs(fbestpart-GM) <= ErrGoal: p5 L* J3 n7 V2 U; h
        success = 1;
1 n+ ]$ n" A- h- c    else
4 x5 f5 y8 W8 `2 Z        lastbpf = fbestpart;$ e. o: |( J1 C7 ?
    end8 l0 h, O+ N, u, v. U

6 a3 n! _5 ~& P" t3 ~) zend  H0 B: |" r9 z" W6 a/ L6 _
! y1 C' U9 e; o' P4 \* p
% Output arguments+ R+ g9 s% Z7 ?5 N* J+ Z% Q9 B: e
xmin = popul(:,g);6 \; O/ n- ^  m" ~' {, W
fxmin = fbestpos(g);9 A5 q' `. h& S9 H1 M! @

) j! S" c. {! @! s  V2 m+ l3 Cfprintf(^ The best vector is : \n^);
" b; [! B+ F4 s  q8 A' Ufprintf(^---  %g  ^,xmin);
) }& l) h6 L* n0 T1 W( Ffprintf(^\n^);% H; _& [8 f% m& \3 k3 [
%==========================================
1 k6 Z5 \& J! T1 j, Sfunction DeJong=DeJong(x)( v+ x: V8 F1 K1 m) C
DeJong = sum(x.^2);
zan
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