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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: S( q- }  }3 [2 z7 G" A
% 2007.1.9 By jxy
6 v! k% k' Q: B+ V%
测试函数:f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048
1 z! X8 e  D+ Y. V%求解函数最小值
5 r* r$ m; l- y( ?$ ^1 F2 r2 e" ~: A2 J1 O& D# b
global popsize; %种群规模
2 J8 M- ?5 y# L* c" ]%global popnum; %种群数量
) E% m& v4 U) x, ]8 `global pop; %种群* y; J7 ?4 _  E
%global c0; %速度惯性系数,0—1的随机数2 h5 @/ y+ d7 j) `8 ^, j4 P
global c1; %个体最优导向系数4 f9 ^% m6 T/ _8 K1 T# |+ I
global c2; %全局最优导向系数
% E* _. D: b6 G+ X1 }global gbest_x; %全局最优解x轴坐标; z0 m4 C! G+ V% Q) ~* {& N
global gbest_y; %全局最优解y轴坐标: m1 Q: E* s# d0 |, I
global best_fitness; %最优解
: n* k! d- H  h* [. _3 Oglobal best_in_history; %最优解变化轨迹
# @9 _; A2 B% W( U6 nglobal x_min; %x的下限  H# [' u6 B5 |; t
global x_max; %x的上限+ W" g/ B! p* H7 Q  i
global y_min; %y的下限
+ n5 ]- W$ V) c7 g1 jglobal y_max; %y的上限$ A  B5 p3 M+ K* _9 A9 g
global gen; %迭代次数" \- I7 q5 ]1 S9 b7 {: ]
global exetime; %当前迭代次数7 M( t% J( W8 n2 ?! X
global max_velocity; %最大速度
( O  [- T- n, A. d, z8 `1 S
- l- B" S" t9 Z+ |& c3 Jinitial; %初始化
% C* @7 d: a9 H- b3 r% Y) |* \6 e) M; h. v1 `# v4 c) O4 @( i
for exetime=1:gen- l) m6 d4 p0 e% f5 h
outputdata; %
实时输出结果! y3 u1 `/ X( F/ n4 k' @, {4 P
adapting; %计算适应值
8 _# ?3 T' \# q5 I, p! Aerrorcompute(); %计算当前种群适值标准差. ]' x$ j3 h( d
updatepop; %更新粒子位置7 c- t2 H, g5 I" F6 t
pause(0.01);# \/ L+ k( o, {
end/ B# x. O' B) k. N/ C& o6 p

% |' ~- Q. H& |1 T/ sclear i;0 J1 L( y) i8 F
clear exetime;
1 {- q& Z  H2 y1 S6 e" r/ x6 eclear x_max;  x# m: ?  o* }
clear x_min;
! K0 a  \+ x/ a* ?1 f7 Jclear y_min;
3 Z$ B5 G& O* P# W  u/ a$ bclear y_max;- ^0 I. ~5 m4 ~  W; P) b

# f) V0 g: Z8 z) I%
程序初始化
- r& D( V8 C- E- f7 `
& `! N* @* K9 E# Ygen=100; %设置进化代数
2 f* V3 ^# L% Z# b: w0 m4 [, vpopsize=30; %设置种群规模大小3 G! M2 ~7 D, \% X& [  U9 v
best_in_history(gen)=inf; %初始化全局历史最优解
) L% D+ X! {4 [: o- Bbest_in_history( =inf; %初始化全局历史最优解0 i( y  i' W  T; L
max_velocity=0.3; %最大速度限制. k+ B+ E7 X) J
best_fitness=inf;' C- w0 n5 W4 z* m: n5 Q) `- U5 E
%popnum=1; %
设置种群数量( V/ a$ p  |4 N" n
; T% r  _- r8 U" ~; P+ h$ ?6 M
pop(popsize,8)=0; %初始化种群,创建popsize5列的0矩阵! [0 r- [' f! ~! T1 }9 w
%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
/ s/ ]! |3 r' V# l4 q9 n4 k) U/ W%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 T$ Y# h, I# K  _& Y
%7列为个体最优适值,第8列为当前个体适应值, L/ y5 }, d. e9 L: e
9 \  ^9 J' D! Z, @
for i=1:popsize
' y; e+ _( ^+ x/ _, X; Mpop(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
1 n# n$ X+ Y1 e- q( W5 Zpop(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# N9 q/ c$ F  r1 v% n' K* v7 k
pop(i,5)=pop(i,1); %初始状态下个体最优值等于初始位置0 B# }& @: F0 K1 |( G
pop(i,6)=pop(i,2); %初始状态下个体最优值等于初始位置
; e. w1 h7 }# ?( q2 f7 spop(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
0 e8 Z" o# m% `* e+ J3 b0 Lpop(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
- c3 ^, ]7 R8 ?* }  Apop(i,7)=inf;
: O' N( K6 w" b( s$ P8 Rpop(i,8)=inf;
0 [' C3 L) c" l5 V5 Uend
5 p; i3 z# F% u% P/ ~- {9 e; K: I& g/ \
c1=2;* G0 T& ]: j% ?' `) }
c2=2;. h# A' k$ `9 i/ Q+ g- r. Z
x_min=-2;
+ Z* h& t7 v& Z1 i2 Ry_min=-2;0 M0 K: j! a5 F! G, w+ d% |
x_max=2;
- |) h7 M  z+ n* My_max=2;
; x, [6 _) `/ Z1 q1 s3 N- [1 g8 F# ?8 t" C  ^$ i' ^; m9 Z
gbest_x=pop(1,1); %
全局最优初始值为种群第一个粒子的位置
% L% u7 X1 ]2 S. b, z$ f7 a0 m! ggbest_y=pop(1,2);
1 r* E% o. U7 K0 X4 E" }0 c; j0 u6 }' ^2 v- q$ v" o; T
%
适值计算
' ~+ P6 o6 }# L- ]4 ~% 测试函数为f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048
' L4 D* @$ `) H# i! j9 Y; ^1 s$ C0 i: e
%计算适应值并赋值
7 K3 w4 P+ j* P) P. d" Pfor i=1:popsize- X9 C2 M: N# z* N3 x; E# u4 e
pop(i,8)=100*(pop(i,1)^2-pop(i,2))^2+(1-pop(i,1))^2;) I% P0 j  c# ~3 w
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- S6 k2 ~% Y) ]9 [
pop(i,7)=pop(i,8); %适值更新; g9 p- }3 a8 e. i
pop(i,5:6)=pop(i,1:2); %位置坐标更新
# V3 }) s) h* M; vend) i: q4 p9 }1 `
end0 \! u1 s, G; s/ X

* O  F+ }9 W9 w%
计算完适应值后寻找当前全局最优位置并记录其坐标1 Q, B& e9 c: V+ k# |5 j
if best_fitness>min(pop(:,7))
$ J6 Y, E/ |4 G" jbest_fitness=min(pop(:,7)); %
全局最优值. @, Y1 |( p. ~6 I( ]: I# j
gbest_x=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),1); %全局最优粒子的位置; u1 ?: }4 M9 h' T9 B3 x6 t

2 n3 f) V( }" e5 Ggbest_y=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),2);
* |" s- U) L, q2 A6 f$ K9 @end
0 _! H' N/ F3 P7 L7 @4 G( ]8 ?! I5 Z/ S- o. ?
best_in_history(exetime)=best_fitness; %
记录当前全局最优
* d8 Z- j5 g+ @# T8 t
( Y* W2 R' Q' G+ ?  ^/ W3 b%实时输出结果
3 B' g" c6 F% ^% h; O6 h0 L2 h# l2 R/ S
%输出当前种群中粒子位置
$ H' e6 i! a' v! w1 Q; H% X2 ksubplot(1,2,1);7 b4 A) S7 L7 N& P
for i=1:popsize, R5 a1 y! j  d: A
plot(pop(i,1),pop(i,2),'b*');
- S3 e3 n; N+ s* G( W- _- ohold on;
, c% D3 d; k$ k* Iend) F* c3 A% x7 n- M5 H/ n/ C

+ s4 R, h9 N& m3 [2 b1 M; `: H) L# nplot(gbest_x,gbest_y,'r.','markersize',20);axis([-2,2,-2,2]);
/ Z: z/ L$ e6 `1 M. _6 ]: w1 ~hold off;
9 Z+ i/ G% z: G2 c# i: A+ c
4 i) t6 r9 V1 rsubplot(1,2,2);
7 a+ h+ s) t& P% baxis([0,gen,-0.00005,0.00005]);. i# k1 H/ i5 \

+ @! d* B' H* Y  Cif exetime-1>0" r& o8 a$ Z! u
line([exetime-1,exetime],[best_in_history(exetime-1),best_fitness]);hold on;
3 Q4 g. ^4 M  [0 S& tend
5 p6 L1 [0 J+ Q6 x  E6 f7 a& v0 J; @* \/ Q! x) i
%
粒子群速度与位置更新
8 ~' g9 u3 R+ W! E; t  F) s
- A! Y7 ]0 _+ m( l9 M! A%更新粒子速度
+ ]/ f3 a' U9 z# O5 U  u/ k: P9 x2 r1 ]: Zfor i=1:popsize2 B9 _' M% [+ J. y: O, M
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' F) \9 ]9 R7 s* x* C
pop(i,4)=rand()*pop(i,4)+c1*rand()*(pop(i,6)-pop(i,2))+c2*rand()*(gbest_x-pop(i,2)); 3 D+ A; c" o2 {, N
if abs(pop(i,3))>max_velocity
& Y2 o8 T" d2 Q5 ]% Uif pop(i,3)>01 |5 t7 C: h2 @8 M' H
pop(i,3)=max_velocity;+ D+ \7 @# b1 h0 i) R4 |% w
else( v" t% ~: p7 O7 o0 L& I
pop(i,3)=-max_velocity;
5 o# N5 c# P( d$ ]$ ^0 B8 n) Oend
7 r, s4 k: L, I0 ]# U2 I5 qend
' o& j9 P! T) V  Z4 P. sif abs(pop(i,4))>max_velocity: n+ W' d1 M' B  W% ^( R. a
if pop(i,4)>0
5 T2 l( U$ \) rpop(i,4)=max_velocity;* X/ w7 t" b3 }9 q) g8 F* I
else
3 s/ |9 P$ u) z3 T) _% Xpop(i,4)=-max_velocity;: y+ N/ `! F2 T" U
end8 l! h9 v/ W3 m7 f8 |- T  D
end* N8 S' [5 z9 [
end
1 ?1 R  X0 r5 n) N0 S- f
" M# j  t' j$ ^' k( M% n: Z: g& T%
更新粒子位置9 h# x7 f$ l) q% q$ B
for i=1:popsize
" {$ ~" A  z* E% w$ w& m' npop(i,1)=pop(i,1)+pop(i,3);$ `, y+ P4 L# y5 k
pop(i,2)=pop(i,2)+pop(i,4);; T8 d+ w+ r& ~* {2 n
end

9 v( o4 R9 h% I8 O0 u* c 2 `2 f( q- S7 ~$ ^/ E

9 t# \% t5 T/ F9 f% @. n
7 M% |' q& X, X+ \1 A* H' \* L" i
& r- Y' c' P! f+ N # K* C3 f) m- y

$ `. G* u1 G4 y' x! y. ] 2 Y+ \( `) l/ }% a; \; H0 Z

! a' O) s- t5 P! D
* l4 s) W+ z( s0 n6 b/ @# I. z
4 o4 T. V. i2 ~; l# z5 u
4 v  l- B& ^% _6 t/ R / M4 o, [1 C/ O8 _, o

$ ]) n: |5 y- i0 h  V
( u5 g: ]# U2 A' |4 M; }0 b ( A/ n2 _9 S$ c5 u8 E$ v7 N% O: ?. n
. K. Z5 R& D' |
0 y1 C- A4 c2 T( Y  k! {0 ?
% A SIMPLE IMPLEMENTATION OF THE% K" \; ^( r5 s7 g7 _0 J2 G
% Particle Swarm Optimization IN MATLAB
! q# H" c, \/ O. Afunction [xmin, fxmin, iter] = PSO()
% T% f8 [0 I6 i! b& m! M+ g& o# H: i% Initializing variables* z. i& v& }& }5 E0 J
success = 0;                    % Success flag; g+ K. q, ^5 _1 j! R$ g( O& A
PopSize = 30;                   % Size of the swarm
* p- m+ |# _: R5 iMaxIt = 100;                   % Maximum number of iterations
1 R  S# _" Q# y* giter = 0;                       % Iterations’counter* h3 Q: l0 {' i
fevals = 0;                     % Function evaluations’ counter. _  x% B0 Y# e% N; d
c1 = 2;                       % PSO parameter C
1: Y; `0 m0 }6 {4 [% L
c2 = 2;                       % PSO parameter C2! H) s5 ?% K) G' ~7 b$ S" C
w = 0.6;                       % inertia weight
" z, |3 M  f$ ]0 d                  % Objective Function# H, f! ]5 L: m: q1 i0 c1 t4 G
f = ^DeJong^;
6 _  r# N) {8 M/ {dim = 10;                        % Dimension of the problem/ g! r% E/ B$ I+ v9 ^) z2 g9 P
upbnd = 10;                      % Upper bound for init. of the swarm
2 U- g$ P$ S  T+ `, H2 E# alwbnd = -5;                     % Lower bound for init. of the swarm
% c. Q; x" |( E& H/ |$ AGM = 0;                         % Global minimum (used in the stopping criterion); Q  g! W$ ~( i* x# _) t
ErrGoal = 0.0001;                % Desired accuracy+ w& e+ z. s( J/ X3 J' u9 _5 o7 f* l2 U( c
: N/ l3 u: L7 g4 k& f3 C& W$ N
% Initializing swarm and velocities
2 _1 J; r* @, z) N& Q: s9 y/ J4 wpopul = rand(dim, PopSize)*(upbnd-lwbnd) + lwbnd;
: I4 t; ?+ ^3 j& ^0 a" bvel = rand(dim, PopSize);8 G1 ?$ c5 T* b9 @- j
7 X5 X& h+ M3 D$ I
for i = 1opSize,
: v1 r: L2 y  f, i7 R    fpopul(i) = feval(f, popul(:,i));. w% k( H3 D) t' N
    fevals = fevals + 1;$ @. h. m  Y  v! b0 B: W4 V3 F
end
. k- T+ E1 O! @5 M7 \  n8 s% c
& g' t5 k8 V1 l! x# w/ I6 mbestpos = popul;( B! p4 e! Q- J1 C* e4 E
fbestpos = fpopul;
2 j( X, ^8 P6 P5 C2 ^9 O% Finding best particle in initial population. B0 B7 S! U* U9 A
[fbestpart,g] = min(fpopul);3 S1 s, q8 n: p0 `# Y' @8 ~0 T
lastbpf = fbestpart;1 N/ e0 W1 J; h. F6 r
' Z7 a+ q- ?7 C
while (success == 0) & (iter < MaxIt),    % h2 ~! w7 w' v& J& `" z
    iter = iter + 1;' f/ ^; m) J( ~2 W( W
9 J. U& A5 h  l$ X
    % VELOCITY UPDATE
+ ^7 {0 ]2 a6 E; v' \: W1 M7 i# a    for i=1opSize,( O& h. r) O. v& G# d! M
        A(:,i) = bestpos(:,g);
3 z' z( K- O! d6 P    end) X6 R) O1 a% U+ }
    R1 = rand(dim, PopSize);
2 S6 M: b( p1 I$ l3 f, T+ z8 q% x    R2 = rand(dim, PopSize);5 u- M: k% s6 \3 y  A8 ^
    vel = w*vel + c1*R1.*(bestpos-popul) + c2*R2.*(A-popul);4 A" _3 W/ U* q- [$ f7 L8 v, z

! c6 N8 k: X  r9 }* ?0 z    % SWARMUPDATE, _, M5 @! K4 @+ Q6 Z
    popul = popul + vel;' C; `" X& r1 E$ R" M- p2 c/ I
    % Evaluate the new swarm
! B5 ^) K1 @% r# }0 [4 d    for i = 1opSize,( G6 [3 I4 X4 Z7 q
        fpopul(i) = feval(f,popul(:, i));, p, [# |5 p3 U5 E
        fevals = fevals + 1;
; c; P$ Z$ {- }2 O( S; ?3 M/ h    end7 U1 g5 b) r/ I, i! k- W
    % Updating the best position for each particle
5 o( F! v( p$ ?) a    changeColumns = fpopul < fbestpos;
( l- E* h* N* }, Q    fbestpos = fbestpos.*( 1-changeColumns) + fpopul.*changeColumns;1 t# f/ B* f; s9 @0 {3 I
    bestpos(:, find(changeColumns)) = popul(:, find(changeColumns));2 Q7 d* V% L; ~; v7 w
    % Updating index g% B( h1 k9 L/ A3 S1 b8 A
    [fbestpart, g] = min(fbestpos);
; d5 U# b" {, p$ K* ?: Y' g    currentTime = etime(clock,startTime);
  g2 X, Z& P% _: X    % Checking stopping criterion
+ _  t% g' o" f: W    if abs(fbestpart-GM) <= ErrGoal
! _. W4 F1 `5 j9 U8 a! P( M, k4 [        success = 1;/ h1 T( n! Q% Z% Y; p9 q
    else9 N, i5 o# V7 Q/ C0 Y; P
        lastbpf = fbestpart;; j5 A/ v8 a1 H% _
    end. ]3 ^8 o- K9 \8 x  O) e) i: M! w

) I& ^. m; z% fend
! ]6 _+ M7 R7 j: e
+ B# r3 N  K* ?& h4 |: h3 |9 p% Output arguments
: R9 T5 ^! [- @4 n" _5 j# M; y% ixmin = popul(:,g);* c7 a/ Q* \3 Q# K8 q9 }
fxmin = fbestpos(g);1 F3 o* z/ [, O* Z9 y2 w" i8 e
. g' O4 W3 S( T% m3 _4 w+ c/ }
fprintf(^ The best vector is : \n^);- w2 L1 h4 ]4 @6 \+ o$ M$ J  f
fprintf(^---  %g  ^,xmin);2 j3 t7 D( s- C; Y; k' F
fprintf(^\n^);+ L! f6 v. k* f! G& N' \! V
%==========================================
2 e. D! B  S9 ^5 J& v5 m( \1 y* Kfunction DeJong=DeJong(x); {- y( g0 k5 v- p6 e- M" [
DeJong = sum(x.^2);
zan
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