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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
7 @2 |# Q+ p/ p' B* Q% 2007.1.9 By jxy
0 N4 q) M+ @8 D1 q# s6 \%
测试函数:f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048
5 a2 T. E: c* \6 d, H; r% [%求解函数最小值
6 N" W5 h) _) v  V! `+ M
9 @( K. U, P/ y5 h: f# dglobal popsize; %种群规模
( s3 d, n! O% z# U: J; |%global popnum; %种群数量9 k+ t' y% G2 I
global pop; %种群
2 }6 }( I- H" v* s: g%global c0; %速度惯性系数,0—1的随机数% l5 R: ?, ~0 O) u
global c1; %个体最优导向系数- b* n" L( c( @5 V
global c2; %全局最优导向系数
. h- q0 V' P# g/ C2 j& n* D1 m1 {global gbest_x; %全局最优解x轴坐标
2 V) e/ L3 v. e$ Eglobal gbest_y; %全局最优解y轴坐标
1 d5 C  H7 ]9 A) ]global best_fitness; %最优解7 x" B; W) |5 s# V, Y
global best_in_history; %最优解变化轨迹& E% {5 B; G, G8 i
global x_min; %x的下限5 P: z3 A& P3 r7 p4 {
global x_max; %x的上限0 N9 j+ f1 T/ i6 O# v# ^! R0 G, t
global y_min; %y的下限
' J1 M  v" s+ h. v; Lglobal y_max; %y的上限3 C9 y! m) v! X  n
global gen; %迭代次数
& C- A" F% S5 C; Nglobal exetime; %当前迭代次数
5 {. D: H/ m. r& U) Tglobal max_velocity; %最大速度- L4 h. \! _  o  C$ d9 I

9 f( L3 R' D/ \, vinitial; %初始化
9 g6 f6 a  o) t$ U9 U1 b9 _6 W4 R: t' S& _1 y& E1 p
for exetime=1:gen
* t. Q2 W0 d2 Y6 _3 Ooutputdata; %
实时输出结果
( k5 u0 d5 b; `" uadapting; %计算适应值
& G% {, t2 X6 Y& W+ g* [0 {: perrorcompute(); %计算当前种群适值标准差9 t* M8 g% z; e1 p* o+ B
updatepop; %更新粒子位置
  j" `7 x! c- W8 Hpause(0.01);
5 X8 a% X# |2 J" G9 M( L4 lend
. v9 ?2 u0 z3 r' {6 [1 q2 E& k0 A$ O* B/ L6 u" Y5 p
clear i;& ^2 \% z0 y  }# M+ C# H$ @
clear exetime;
  L* B: @/ u, k! R3 @  b# yclear x_max;
/ p( ^" p* T  L; k8 _: rclear x_min;) s3 W. Q9 e* I5 ]" `# [9 _
clear y_min;
$ n' J' H3 _* O% m1 I0 Dclear y_max;
0 Z  {. V- R) x# E: C2 Z" ?4 ?# x* S' E
%
程序初始化; V3 L, J7 [0 x9 A0 O) Q' \  ]6 w0 [

! G( L  E6 j. G1 R9 K9 o2 B2 h, ?0 ^  Rgen=100; %设置进化代数
& ^7 v. u7 n8 fpopsize=30; %设置种群规模大小, `' V  i. _& q
best_in_history(gen)=inf; %初始化全局历史最优解; P7 F- u& G1 }; B9 x9 E5 ]
best_in_history( =inf; %初始化全局历史最优解
$ g3 @6 a" V( g) d- g" Rmax_velocity=0.3; %最大速度限制9 K2 z1 V0 k7 U3 F
best_fitness=inf;7 H( H% N2 L$ m2 T
%popnum=1; %
设置种群数量
, L3 n& _8 K, m9 c
& X4 E+ H  W) `1 j" epop(popsize,8)=0; %初始化种群,创建popsize5列的0矩阵+ r7 p- S+ S! ~5 ?, ?" g5 O
%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. q( C1 a& G# n! g& M/ \: ?  v6 j; l) N! \
%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% y1 z( ]! p- n) X8 @
%7列为个体最优适值,第8列为当前个体适应值
% _6 w$ q$ S) |! }1 f8 s8 Y
8 z1 G+ `  C7 r+ K# nfor i=1:popsize
% M  k8 l- N! P# a4 bpop(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- B! g: h6 T) O% K$ D6 s: a8 u  b
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+ c; Z: X- O8 |) x& C/ f, @9 G5 R
pop(i,5)=pop(i,1); %初始状态下个体最优值等于初始位置9 ]6 O$ s$ i, ^+ A6 K. {7 D
pop(i,6)=pop(i,2); %初始状态下个体最优值等于初始位置9 X1 t, v  L. ]
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
7 r' Z5 x% P  _( Xpop(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0.00013 E8 d& x* K4 H  \* G
pop(i,7)=inf;
4 e2 T9 ?7 o) Vpop(i,8)=inf;
" G" a2 J% g& [1 nend
% w  B$ n& C1 h, M. \# J
0 ~! X  J  v( j% `' \8 i6 Nc1=2;
7 f& o! [0 s7 U; _0 zc2=2;* ?/ T+ H2 [1 g6 \; {2 f: `# s
x_min=-2;5 Q9 s/ Q* A" B3 ?; A- s
y_min=-2;
+ s  d% h+ Z: R9 N6 }4 h6 m0 ~x_max=2;/ u! ]/ r; T/ O; u) ]  |
y_max=2;
) V0 |; ?; V  R- E0 E- k7 [8 v7 ?7 H( J4 i) A, W: G( ~
gbest_x=pop(1,1); %
全局最优初始值为种群第一个粒子的位置
& U$ z! ~9 y  h  J/ }& h! T, Ngbest_y=pop(1,2);
# m. {, N  Y1 o+ [$ C
( T0 w( k5 n' A5 s7 E7 Q- X7 l%
适值计算
# A" s+ b- e* @6 ?- Y% 测试函数为f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048
. s& n. g9 K- d* ?) ~- T) Y0 S4 Y6 {" m1 t' `; b( s! _
%计算适应值并赋值, G* h9 X( q+ A9 u# s
for i=1:popsize
; z- V  t  I" r0 G  U6 Z; vpop(i,8)=100*(pop(i,1)^2-pop(i,2))^2+(1-pop(i,1))^2;: Z' b1 u+ d8 g) l" j
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  `" \& q/ m9 g9 y
pop(i,7)=pop(i,8); %适值更新
2 a) ^  s  z1 H0 @$ a6 Vpop(i,5:6)=pop(i,1:2); %位置坐标更新
; s/ P' Q* {  a5 D; _end
& o6 O) l3 \9 Bend3 S4 Q+ n+ {8 z7 w
1 w+ b4 `0 e0 C2 |% S. k
%
计算完适应值后寻找当前全局最优位置并记录其坐标
( I  @  z. ?- Q% x3 e4 Pif best_fitness>min(pop(:,7))
# g, }$ C! F) k  }  X4 q7 lbest_fitness=min(pop(:,7)); %
全局最优值
0 m. r4 {& |8 ]3 S9 J% i; ?' c, Ygbest_x=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),1); %全局最优粒子的位置9 ~. y7 x; ?0 x% R8 f7 V5 y

5 M8 H& z5 t  I9 J- O0 a9 b% Ggbest_y=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),2);# z: `; L; b. b  y4 g& _' g4 Y
end
- G& ^5 C8 R# e! _
. E! ?' ^1 }% `7 \+ z7 Fbest_in_history(exetime)=best_fitness; %
记录当前全局最优
( R; r6 v7 k& p8 u! j7 T6 t( I" K6 ^2 t+ x3 [, G3 I. a
%实时输出结果
2 G' O7 h! i, v3 p* j& s! \" H4 k
) |4 \" i$ x+ p* m5 z7 }! \7 `%输出当前种群中粒子位置' |5 l  H3 V  m0 w$ H1 }$ h
subplot(1,2,1);
# b, r+ I# ^; L5 D. u0 |; V4 Cfor i=1:popsize
$ X" N3 w* P  H/ s1 l9 l; Vplot(pop(i,1),pop(i,2),'b*');- |4 b8 X4 \0 i  e! {2 i- s
hold on;; X. ?* s* x: b: L
end
: `6 t$ {& Y$ f! j# ]7 j6 A( F) l) F2 K
plot(gbest_x,gbest_y,'r.','markersize',20);axis([-2,2,-2,2]);
0 _) [- R+ g9 H9 Z/ s$ ~: z% phold off;" h. b8 x' T4 ], Y% v
3 G0 S3 Z$ ]4 d- [0 r6 D& l9 H
subplot(1,2,2);# o2 c9 }* q5 e* H3 G* }' C
axis([0,gen,-0.00005,0.00005]);
. u$ Q' m, ]- ~) W  x0 X$ p  G; Q- ~: ^9 B9 L4 R) m: [* D# @* ^" b
if exetime-1>0
* |( a( k# _& Y9 u$ _. C/ Jline([exetime-1,exetime],[best_in_history(exetime-1),best_fitness]);hold on;
9 X2 ]1 K3 k' ^9 ^. Cend$ z8 r: K- X& M0 z2 T
( Q8 |& }8 `4 L7 a
%
粒子群速度与位置更新6 G# }- c$ o$ T9 I: o& Y
& D9 O. m& X* ~9 F( e
%更新粒子速度4 ?1 a9 L2 X% q0 V+ d% w; P4 O/ [
for i=1:popsize+ O. u2 g! k- L  h- G2 A
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
6 ]* t+ Q1 R. opop(i,4)=rand()*pop(i,4)+c1*rand()*(pop(i,6)-pop(i,2))+c2*rand()*(gbest_x-pop(i,2)); , z; T6 e9 S! o0 H) ~7 ?
if abs(pop(i,3))>max_velocity/ {+ X$ i: D& n2 s4 R6 L
if pop(i,3)>0
1 \0 ?; w- L0 Mpop(i,3)=max_velocity;
( j& M( a1 |' c3 Ielse
3 l3 t; l+ I2 ?. J) Z: Upop(i,3)=-max_velocity;  z% h" _& l3 E0 m  Z
end
; F7 {0 V' m3 ~7 I4 i$ Uend
& C% d4 ]7 V. e/ E, T( g- Qif abs(pop(i,4))>max_velocity5 U1 n9 Q- G4 w+ C$ q
if pop(i,4)>0" t/ g3 }9 x5 n7 u2 V
pop(i,4)=max_velocity;
6 l0 b) q! |0 B$ t$ m) K3 b' Welse
' s% \% z/ h" v8 j2 o" n7 h: Lpop(i,4)=-max_velocity;
8 r: U. V$ p% c  C' Y8 i# fend
9 B, X2 y, n0 ?- V7 pend* Y0 V3 ~" o. G
end, }" j% ]4 J9 f. u* p5 V& y2 x( ~( Z
7 d, @; K! C/ }' {
%
更新粒子位置
9 v9 K: i7 M' _, Z1 zfor i=1:popsize
" l- O  O* d" S6 w" qpop(i,1)=pop(i,1)+pop(i,3);
$ E' o( O* j% m; W; h. Bpop(i,2)=pop(i,2)+pop(i,4);- y! l5 r5 u( t7 P8 C
end

" Y. B$ Q8 ~& Q
0 b8 q$ s- g0 i) F. K ) k- o; N1 }) X

1 C  u1 ?! @+ P+ q9 J6 x4 Z  H1 m, i 1 L$ A2 m. U; Z  X2 }5 m! u

. A/ W$ ^: b8 d2 ?0 \
$ l9 L6 I: j; o / c1 ]5 w) C! x: N# K4 ]* j( k

; v1 p7 r5 T2 }& S+ ~! Q* E& e ( f3 `' @. ~2 ], m
5 W6 c$ c) x, [) @' a6 ~. o$ ?
6 B5 Q! e9 t* v* ~# }+ v& ], w! n
1 c; F' B1 a7 x! b- j! Y0 \

/ N; J# U+ _: c
2 U# ?3 H  `) r/ E $ q) A6 F* R  y  V

* v, Z% w  ?' t' Y7 j
# J6 r2 v$ n; i4 P) |/ t5 v+ S% A SIMPLE IMPLEMENTATION OF THE
+ t, @6 \9 ?8 d5 k( B/ Q0 U2 f% Particle Swarm Optimization IN MATLAB: e2 W5 ]( v( s
function [xmin, fxmin, iter] = PSO(): @" [$ M0 g- W$ t1 W) Q
% Initializing variables# t) |2 E6 e) Q9 b
success = 0;                    % Success flag- ^. @* c5 r* \( o8 Q7 y! l, _7 Q
PopSize = 30;                   % Size of the swarm; S4 _- b. Z1 O  f; c/ C+ ~
MaxIt = 100;                   % Maximum number of iterations  p% A, W0 O, t9 d: x6 ]
iter = 0;                       % Iterations’counter
0 U7 J  Z9 [( y' J2 k  p# a$ `fevals = 0;                     % Function evaluations’ counter
& T3 x6 e  h! u9 I* C. hc1 = 2;                       % PSO parameter C
1' T' }% t" F9 f7 G8 d( u5 [9 C, j
c2 = 2;                       % PSO parameter C2
/ ^* Z/ V- C4 `: _# Z5 q& G3 Ww = 0.6;                       % inertia weight
- Q' |( c) k' N7 {0 Y. X% K                  % Objective Function
. f3 b( d1 A5 L+ S$ c. L7 rf = ^DeJong^; # X4 A" o  E; R* {2 ~% o. K
dim = 10;                        % Dimension of the problem5 \4 P) e8 B1 o5 U+ @! p
upbnd = 10;                      % Upper bound for init. of the swarm8 f$ N1 o! m$ g
lwbnd = -5;                     % Lower bound for init. of the swarm
/ M2 _% ?- r2 U9 @& K$ O& R, eGM = 0;                         % Global minimum (used in the stopping criterion); ^9 s5 @, @$ H1 h5 V9 n8 P, a* B! [
ErrGoal = 0.0001;                % Desired accuracy
! y- j" R% r- c" Z* \
" A. |! u9 I0 D% k5 z# k9 K% Initializing swarm and velocities4 n6 ?- o9 k6 U
popul = rand(dim, PopSize)*(upbnd-lwbnd) + lwbnd;
' a2 _( x4 q  n7 u7 Zvel = rand(dim, PopSize);, F) O' N+ g# B. ]6 j. p
% z( o* V( z  {' G: c0 Y) E
for i = 1opSize,9 O; w" c  D1 I0 z  a$ m: T
    fpopul(i) = feval(f, popul(:,i));
- n" O1 B# b! @8 o8 ^' E7 s    fevals = fevals + 1;
$ a4 G& n' r6 M# F, a; p# }  dend! ~2 l8 f! X# k8 L! N5 i
+ r0 k8 p' e4 j: p* x( f3 A( d1 h
bestpos = popul;# U, ?" P; h( Y7 V) [1 i6 ~1 v! @
fbestpos = fpopul;
5 y7 d7 ]) t( Y4 Q9 F$ l% Finding best particle in initial population8 |: W' [8 `: g" N/ k2 p9 s
[fbestpart,g] = min(fpopul);
( O6 L, T, p8 C8 m2 Rlastbpf = fbestpart;
8 E/ j0 d3 u- v* u4 O5 C) ]( G9 t# Y
while (success == 0) & (iter < MaxIt),    : f. a7 e$ B1 n  n$ S/ ]0 a0 Y, L1 d
    iter = iter + 1;
6 e! f- y9 O/ O% l' |9 ~
: K2 B! J! c1 @, P& ?# }* F) x: @: W    % VELOCITY UPDATE
3 t! q' w) J, N/ Z6 W8 E    for i=1opSize,: V) D' D* e( ?
        A(:,i) = bestpos(:,g);+ ^' m$ a& @: l$ B$ O
    end( N% ?% |5 _' {6 j
    R1 = rand(dim, PopSize);
2 K, W$ H8 i: g' F$ K5 T    R2 = rand(dim, PopSize);4 y. w4 j! b3 j8 U" b# _/ H7 `
    vel = w*vel + c1*R1.*(bestpos-popul) + c2*R2.*(A-popul);" I: v/ O/ A7 j7 P8 }( l. G# J- N
) F3 F( i2 R2 V) J( j) N4 C
    % SWARMUPDATE, F3 [9 f  P8 H( D7 h
    popul = popul + vel;
, j; u& Q5 [* }$ E7 _0 a! F, i$ K3 f    % Evaluate the new swarm
7 r1 V) d/ R1 Z    for i = 1opSize,  |3 I& b5 }0 A3 _  _% ^8 P9 S9 ?/ l
        fpopul(i) = feval(f,popul(:, i));
: p' \! J5 F! W3 u        fevals = fevals + 1;
2 s- d! F( u' X8 I    end
, M4 _( g! R7 ]+ V$ [    % Updating the best position for each particle
" T- ]# b$ ^' w    changeColumns = fpopul < fbestpos;) N* i0 e# j( z  ?$ j  r
    fbestpos = fbestpos.*( 1-changeColumns) + fpopul.*changeColumns;
+ K3 a7 v. D+ M' y+ K# G    bestpos(:, find(changeColumns)) = popul(:, find(changeColumns));( C& Y1 [7 y" E: p( n. F: A4 U4 r
    % Updating index g
0 ^3 _+ O+ i: U6 o3 C. K    [fbestpart, g] = min(fbestpos);5 O( y$ E  r0 {4 Y* O
    currentTime = etime(clock,startTime);
. y9 J; \! v# P) ~    % Checking stopping criterion
! W0 {. ~6 j3 ]- r    if abs(fbestpart-GM) <= ErrGoal
' D+ ^9 ]: _9 n9 i2 }3 {        success = 1;
6 e: T3 J: ?& v, p    else8 T. D6 X* e7 C2 y3 L
        lastbpf = fbestpart;
8 H" k% N) X4 j2 P5 g    end
& b. G* N6 q0 G8 ~* K$ m
$ K; {; ~; {" W( {* `' Xend
8 C5 d  ^0 D6 N2 |
* H& w4 O" [. z& x% Output arguments' L# ], M& m. [# F2 q' v
xmin = popul(:,g);
! u. o: E- b" S5 }! l" k( ]- _8 efxmin = fbestpos(g);# W) Q1 H/ I' y( g* {+ S
% f& K0 H! H. W. r
fprintf(^ The best vector is : \n^);
8 ~. u! h# k2 j  O% W' kfprintf(^---  %g  ^,xmin);% }. C  e( J% n) G8 s
fprintf(^\n^);% J/ g5 R9 y2 b( b' l
%==========================================
  o4 D& b/ }. {: Q) Z: Efunction DeJong=DeJong(x)1 x) o6 c3 x6 O4 Y
DeJong = sum(x.^2);
zan
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