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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' ?6 Q- G, ?) I
% 2007.1.9 By jxy5 t# w% S( T3 L5 ]
%
测试函数:f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048
9 q1 F& \" r3 n0 r* S  H%求解函数最小值! V# U+ V9 w# W: \5 R
6 Z, t  b3 F% I/ R* Y7 S
global popsize; %种群规模  g' i  |# e' W6 K1 I
%global popnum; %种群数量
* U- b. `8 S5 v" ?3 J4 dglobal pop; %种群- c+ S, _  [* q( R" j8 Z) p
%global c0; %速度惯性系数,0—1的随机数
# w: _6 l$ e# G4 {) x1 O+ |global c1; %个体最优导向系数! y$ V) d! N8 B7 n
global c2; %全局最优导向系数
5 f, H4 b, I1 C3 B" }9 w; T8 m/ L& U6 Vglobal gbest_x; %全局最优解x轴坐标
5 B+ m. i- ]  P6 uglobal gbest_y; %全局最优解y轴坐标
8 L2 _1 I0 Y$ f" p, ]global best_fitness; %最优解
% T1 {" t& x1 J$ V) Hglobal best_in_history; %最优解变化轨迹
  E/ o) _/ V5 ?9 H8 L2 Q, fglobal x_min; %x的下限6 c' A3 U. X/ |1 f, r' f
global x_max; %x的上限* G: m0 W9 T, b1 B; V  {
global y_min; %y的下限
" t4 d) w. G6 v2 m4 mglobal y_max; %y的上限
* N) Z4 k- ?/ P3 ?2 Z: ?6 h6 L) zglobal gen; %迭代次数; I( S. S, }; o8 ?6 h3 B0 L" y
global exetime; %当前迭代次数
" G: N# X2 }3 V( T6 Y& ^( Uglobal max_velocity; %最大速度
9 F$ R3 s& ~' a% L9 @& @7 X/ V: l& Z" j4 E6 ~& Y8 c! P# d
initial; %初始化& p1 X) W1 `1 N' e- D' ]4 P

4 p; a6 O9 S" B2 i9 v( _for exetime=1:gen
+ w( m9 w" P$ t" \  [& t! q  S/ Joutputdata; %
实时输出结果3 \1 o5 C: b$ R& @6 [2 M
adapting; %计算适应值
% h0 N7 [* @7 S) ierrorcompute(); %计算当前种群适值标准差
8 p8 j8 I# x, X' O9 s5 g% Wupdatepop; %更新粒子位置
  K: ?  j  e4 q( W# zpause(0.01);3 q  r3 i8 [1 L; [
end) Z& s: c0 z# W+ x% V/ w
* O  q! c6 J; @/ @8 i! C
clear i;0 [5 d. ~# j+ k, q# ~# ]
clear exetime;
0 E. e. f4 y: yclear x_max;
+ U' j: |. ]* M' Y) sclear x_min;8 k4 J) {7 d4 c: [( M
clear y_min;0 r. `% \2 C: b+ l- ^6 @
clear y_max;) P& |7 c1 Z- r- d5 Y- x- ]/ O

8 S, @8 ~8 W$ f7 i+ Z$ [1 o%
程序初始化
: @( z- M' X% s1 m: [" B" g/ [
7 R/ n$ }3 i! ]4 A9 ~5 Q% F0 _gen=100; %设置进化代数
. j/ v& m6 u% y% K' K+ S/ xpopsize=30; %设置种群规模大小4 Q1 R0 \( d3 n& z5 I; s9 B0 _
best_in_history(gen)=inf; %初始化全局历史最优解
3 O4 u9 {4 s/ M# }- Q  l1 h# ~8 abest_in_history( =inf; %初始化全局历史最优解
/ j% _) y9 p# `  {/ D, `& p5 Amax_velocity=0.3; %最大速度限制
/ ?& n# U. c3 a; D; r& U4 mbest_fitness=inf;
/ D% E& b) o0 [. g7 [% l0 V  D%popnum=1; %
设置种群数量
9 I$ d( S" B( i& w8 {- O. O' C! h9 u6 e# `, e1 N: }" \; I" D$ x
pop(popsize,8)=0; %初始化种群,创建popsize5列的0矩阵3 }0 j3 ]4 b" w2 _0 L9 @
%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
+ V$ o0 t9 k: v. c0 ~%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
" C% b+ Q4 N! W! I$ V) ]%7列为个体最优适值,第8列为当前个体适应值
2 W8 a; [. H( a- ~6 L3 @
! n1 O$ h' K2 p* ]for i=1:popsize
, S- _+ S5 {+ Z" t, D# B+ }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. v9 M- B2 H* i/ J: h2 u
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
  o5 b7 M9 {: y8 b; ppop(i,5)=pop(i,1); %初始状态下个体最优值等于初始位置( P" z7 x. K/ a% b* P! l
pop(i,6)=pop(i,2); %初始状态下个体最优值等于初始位置: t: L8 l" B5 v6 Z5 f/ v
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
$ b$ K' O' Q% p" `$ D- d+ B8 \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0.0001
/ P8 {$ }: T& N  h8 N- J, Zpop(i,7)=inf;; t+ |) W9 |) K- q4 o
pop(i,8)=inf;
2 F) v  F1 ]" ?0 h$ B4 `; Eend; J' V% y" k3 g" y/ ^

' P$ l4 U* n) Z' B- ic1=2;, R8 ~2 B+ }7 y! D0 U( @, @' d
c2=2;
6 s( N2 N8 Z- \) P" P: I; kx_min=-2;* p- f; Y. V6 W7 {( v
y_min=-2;
8 Y0 C" K/ v' M$ S  u) t( S# c0 Xx_max=2;
* b* }3 u, L' Z  s2 O. ]y_max=2;% s; M. c; w8 P" ]* R$ ~! E
! G  ~  i+ \3 V, O, i1 O
gbest_x=pop(1,1); %
全局最优初始值为种群第一个粒子的位置
' S3 W; C/ O" jgbest_y=pop(1,2);
7 K8 G' J! o9 R5 I: G- o) k$ p' g) _% e; ]
%
适值计算% R5 O/ I# M& ]' r; h/ e
% 测试函数为f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048$ ?6 \0 ]3 n  {/ x" d
9 u0 j3 m; M% h/ [2 }8 V
%计算适应值并赋值, w! R9 Z, e4 U. m5 n
for i=1:popsize% d; o" ~) u& o* S/ h- r3 c2 O1 M
pop(i,8)=100*(pop(i,1)^2-pop(i,2))^2+(1-pop(i,1))^2;
" C. ^" s% B+ w& X/ n" V. xif 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# \% G6 r4 U3 b& w9 g( Y
pop(i,7)=pop(i,8); %适值更新
0 B& M( @/ b2 O' b  _pop(i,5:6)=pop(i,1:2); %位置坐标更新
% N4 V8 ]4 C1 lend
% V2 J6 z0 [* M% ~* uend1 b: R5 |) F: C

+ ]1 d8 s9 t  j$ K9 N( C%
计算完适应值后寻找当前全局最优位置并记录其坐标
. w  c+ w; c: ^8 M1 m6 dif best_fitness>min(pop(:,7))
" x6 a$ c  o1 i6 B9 tbest_fitness=min(pop(:,7)); %
全局最优值* U% N$ X: i+ d, D: ~0 W
gbest_x=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),1); %全局最优粒子的位置9 M1 b( B: F( }; m' \1 J. r' X4 g; e

, Q% l' d) v' w* y: {gbest_y=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),2);
. ~( `! ?! h& B# g$ `; T! Rend
' ^+ S5 s- z, @' ^6 v
) n6 @* L9 x* Dbest_in_history(exetime)=best_fitness; %
记录当前全局最优* L& a, J- h2 _5 Q
/ `* H. ~2 b$ m0 C- {. O
%实时输出结果( L  S# {: q$ x& L) A. C

: Q+ Y1 ]5 z5 P9 S%输出当前种群中粒子位置
7 {7 o; V  T2 d$ W) X$ Dsubplot(1,2,1);
9 E& ^% A: p/ {) h2 T# _" Gfor i=1:popsize# y4 H& F0 ?* v9 K5 g# j2 G; f
plot(pop(i,1),pop(i,2),'b*');
! s6 W( h3 Q9 t' y9 P6 Q6 l- U0 rhold on;" K" x; k0 z4 C! d$ w* \
end
9 w/ p  q6 k9 D' U* _- ?! }) l: \! j1 x. D; N5 Y. R
plot(gbest_x,gbest_y,'r.','markersize',20);axis([-2,2,-2,2]);5 p# o0 W) k' P( ~
hold off;
8 J% i/ z4 Z& w( V0 s
( ~6 I. ~. N+ [( A& j$ C7 S& e. S3 Qsubplot(1,2,2);
+ L: ~- s4 e2 C+ @axis([0,gen,-0.00005,0.00005]);
+ r7 `+ f# G, u% j) y; s9 k/ h4 j" l# d/ i& {
if exetime-1>0$ o5 v  r: u+ a/ e2 o" W& G
line([exetime-1,exetime],[best_in_history(exetime-1),best_fitness]);hold on;
. S4 t" f- l* o$ f4 w$ T9 qend+ a; }; D( S3 x& M5 I: p  L

4 g) \( X. p. Q%
粒子群速度与位置更新0 a0 g. S/ U$ F! E8 e

! \4 H( Y& X8 E) K; U( h%更新粒子速度
7 z$ K4 ^2 z% Q% ~2 D9 A9 D/ Sfor i=1:popsize' P3 ]+ N3 e* P. E2 r; f
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 W" i6 g* q3 u* H3 H: f4 V7 F& }7 Q
pop(i,4)=rand()*pop(i,4)+c1*rand()*(pop(i,6)-pop(i,2))+c2*rand()*(gbest_x-pop(i,2)); + H( ?2 s8 n- p- W; N$ B! O
if abs(pop(i,3))>max_velocity
- D! A6 P+ ^2 i: ^; |4 tif pop(i,3)>0
5 N  w' h4 N+ s2 Mpop(i,3)=max_velocity;
* z" J* N: ^1 Z$ N$ b' e; S& zelse
2 s1 I$ \- n( q* K6 }/ o" E& fpop(i,3)=-max_velocity;; ?# k0 E3 @" F/ T5 f
end9 j7 o, K5 A- \- V) u" d8 e
end
% A0 r% D0 `/ A. r( Mif abs(pop(i,4))>max_velocity. a8 R) r: Y2 x0 F2 o# x
if pop(i,4)>0
) Q. Q) h0 ]; {5 ~. \' Z8 Gpop(i,4)=max_velocity;
; ?9 a9 I. z3 X, W/ ]' A2 t3 Zelse9 a" \' i7 b) I: ?
pop(i,4)=-max_velocity;
; e# V6 g: O1 Aend
2 }* D& W' o  J) _end% B% x9 B2 N- E2 r/ L. i4 M* e
end* B, `2 ~# g# a: i; P$ Q8 ^& |
# W- D) h) x& M6 n' T
%
更新粒子位置
: d$ q8 C# Y% E8 Ofor i=1:popsize  E6 O. Q! w$ N: |: f
pop(i,1)=pop(i,1)+pop(i,3);* `7 C! Q. K# K( u" f2 i
pop(i,2)=pop(i,2)+pop(i,4);( c9 m+ P* b" C  s1 H0 d
end
7 Q( m9 B3 s5 p7 y& x" U

- Y* H! T3 J2 _" ~
, \1 h1 S( {# b4 k , L9 d( a! \. {

% p. Y6 B- {# ^& C% W0 J 4 {2 B6 c8 q7 D* ~2 T7 w- ^3 S
$ U4 c) Y0 D% L9 _% D7 X! A( M1 k

& A- r9 w# H9 E, S$ C1 `7 t" P " {0 x5 X9 x% H* l, l3 d+ U

! d: Y: l' W- M7 ~! o3 d* h , [5 ~* ?) R: X% W

7 m2 z+ V/ c* S8 ^8 E, ]1 h
, t5 S5 T0 o  T" B2 p: N9 g& Q$ B
0 F3 B% K3 ^* q5 U* A! B7 H  K
% o+ o( ]/ Q) {1 B! T6 T4 k ) r) ]$ U! w, L

' n5 G" e5 G0 ?9 `" g 5 q5 I$ F7 `) u3 i. |( H
% A SIMPLE IMPLEMENTATION OF THE  J3 i! S  K4 h3 `; z- k# H( v( j
% Particle Swarm Optimization IN MATLAB! @4 G1 {4 u1 @! a9 a
function [xmin, fxmin, iter] = PSO()- N, l7 g* Z9 |5 R$ A
% Initializing variables) B  |4 p3 e" |' {6 v+ r0 I7 q: _
success = 0;                    % Success flag
! B3 ]8 N% O$ Z! {. M; APopSize = 30;                   % Size of the swarm
3 v( S9 y. ^4 M: |4 y% S+ L* o% jMaxIt = 100;                   % Maximum number of iterations. H3 j# W2 |0 M+ y; L9 A+ `2 q% V
iter = 0;                       % Iterations’counter
& F* n; S/ V! |fevals = 0;                     % Function evaluations’ counter) Z+ g* z1 k& f: k- f
c1 = 2;                       % PSO parameter C
1% ]0 E  d5 m/ {. i
c2 = 2;                       % PSO parameter C2' |  l6 H2 W; F1 w
w = 0.6;                       % inertia weight) [& S6 ]( S: k2 h
                  % Objective Function4 n0 R, C$ j- B4 B, R
f = ^DeJong^;
* R& }9 L  r; r. u2 Z" mdim = 10;                        % Dimension of the problem
7 G$ x% X* v! zupbnd = 10;                      % Upper bound for init. of the swarm
/ ?, J+ x" l% k. b8 Nlwbnd = -5;                     % Lower bound for init. of the swarm
' ^- A4 t& q8 A( lGM = 0;                         % Global minimum (used in the stopping criterion)
% r* O( i( V& MErrGoal = 0.0001;                % Desired accuracy
8 K; i  i" U  S
6 J1 _1 Z  N  u% Initializing swarm and velocities
6 z; Q7 G0 f- w8 r6 e1 f7 Npopul = rand(dim, PopSize)*(upbnd-lwbnd) + lwbnd;: k% T5 \0 i9 E' g! [' a4 F8 u! t
vel = rand(dim, PopSize);
/ E2 y7 {" R2 H6 j$ b/ w) I3 l$ T' ^
for i = 1opSize,
8 Z" c+ q7 \& N, e    fpopul(i) = feval(f, popul(:,i));
' c- h: o- @; Y/ g+ a    fevals = fevals + 1;
3 A& L% M/ J& P5 q* M* yend
: A2 d6 Q( g/ }+ F, w0 e) h& }6 m; i, ^# C* i. M7 z/ ?9 d
bestpos = popul;
; V8 ~& E+ ?  j. U2 @fbestpos = fpopul;  j& [% h/ j& F% y& f
% Finding best particle in initial population5 W2 A2 M& |( F  B
[fbestpart,g] = min(fpopul);/ u, ^1 h3 b3 c5 T  M
lastbpf = fbestpart;
% T: ]6 D# ]0 x( y& u2 n+ ^0 K4 Z
while (success == 0) & (iter < MaxIt),    1 y) \9 u- ?& a: _  ?
    iter = iter + 1;
6 S3 @9 o, ~* s& t$ z. N& q! d% Z. W) A) B" y
    % VELOCITY UPDATE) e7 d' t4 {' L1 g
    for i=1opSize,
8 i' }7 R: z) o( ]9 x' U        A(:,i) = bestpos(:,g);! b5 w; R5 B1 [5 u/ l
    end
& l  r9 b% a$ b; E: F  {5 p    R1 = rand(dim, PopSize);
  \7 M& O( A" W' q4 E6 i0 V    R2 = rand(dim, PopSize);( {' L+ B2 H) a
    vel = w*vel + c1*R1.*(bestpos-popul) + c2*R2.*(A-popul);
" Z" p! z( p  Y* \- s( y3 O
- \% s2 ?, G% W5 n! z    % SWARMUPDATE( P2 l" V( W% Y. B
    popul = popul + vel;
, @* |7 v% {: c$ u( y    % Evaluate the new swarm) K0 ^, V; i* K! B
    for i = 1opSize,
: ]: R: E  `$ k) |        fpopul(i) = feval(f,popul(:, i));
% k. ~" _& U! F% S        fevals = fevals + 1;
1 v* ]& {. M, J% p- y$ h    end" F* ]" v! g) B0 Z! H  h. s4 T3 E8 x
    % Updating the best position for each particle. _6 M3 Q+ X- G1 H" T7 j
    changeColumns = fpopul < fbestpos;9 `1 L8 [+ v& C6 f8 C( h& K: L
    fbestpos = fbestpos.*( 1-changeColumns) + fpopul.*changeColumns;+ O6 i6 E( b) ~0 D& w
    bestpos(:, find(changeColumns)) = popul(:, find(changeColumns));
( w2 d- {7 d, Z  s  z" k- I9 d) j    % Updating index g
7 G) U+ r+ ]' ^7 i7 n    [fbestpart, g] = min(fbestpos);& Q7 K1 S9 Z  ~( B
    currentTime = etime(clock,startTime);
7 J) M: b; {# O5 ^7 r# L" t5 K- K# P    % Checking stopping criterion
' y7 ~, h; S0 m  }    if abs(fbestpart-GM) <= ErrGoal0 N: M& Q, x& L9 q; z& [
        success = 1;) Q6 a. Q) k4 I$ U
    else7 L: x1 R( K) a5 `* ~+ x5 i$ {, v4 k
        lastbpf = fbestpart;
: r: w; a- f! ~- t3 @1 q) n) Y7 p$ |0 f    end
* X& Y! m3 q; [& U) o, J
/ t1 `4 w, T' @. yend0 d. F' i8 ^; @" S$ x" l) u; t
0 [! ~( A! H8 J8 ~* G
% Output arguments, @  i1 }# o6 L
xmin = popul(:,g);
6 M0 k% K5 |6 D3 U% Pfxmin = fbestpos(g);  [  F! Z! B- K/ P+ z" T

2 p; u9 M9 G1 L  o1 X% e3 @: @fprintf(^ The best vector is : \n^);- K/ e- u5 A" E( n/ O$ T# Q) I
fprintf(^---  %g  ^,xmin);5 b# ?9 i2 }3 b; X* j4 `
fprintf(^\n^);
- m1 J5 }! b$ R3 c1 K%==========================================
# N- w+ j' L- l1 @+ Afunction DeJong=DeJong(x). {9 q! a+ i/ E7 N& |( A: r
DeJong = sum(x.^2);
zan
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