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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
0 i( X' _8 n& ~, D5 ^; ~! n( c% 2007.1.9 By jxy- K* [9 s. o" ^4 w5 k  |! F" I
%
测试函数:f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048
) _' i0 x- y+ h$ d%求解函数最小值
# V/ w& j6 j( l. g" T
7 K2 e/ |% P9 K' A* ~7 zglobal popsize; %种群规模
: y6 e4 a( R: G%global popnum; %种群数量6 a7 B7 S3 \/ I7 J2 K/ o
global pop; %种群& Z3 I/ f  n2 v/ v
%global c0; %速度惯性系数,0—1的随机数
2 @% w0 B1 u6 S$ y1 W6 Hglobal c1; %个体最优导向系数; `. h; a$ ^" B1 U( V
global c2; %全局最优导向系数
; A6 ~0 l4 D( e) _: \, C* u+ X, rglobal gbest_x; %全局最优解x轴坐标" f0 ~  f( ^3 s+ d& X3 }& M
global gbest_y; %全局最优解y轴坐标' A. u* P9 n( q9 s8 q* h. \2 R
global best_fitness; %最优解/ \: @/ Q' b) H. |" g; k* }
global best_in_history; %最优解变化轨迹
/ C" E" u& `1 J/ W1 P  w: |global x_min; %x的下限
6 z3 F; G( @0 m  B' o* _- x5 S( Sglobal x_max; %x的上限
  Z# x; N& X4 l* ~7 n) [global y_min; %y的下限
+ r5 }( u4 v* j" Bglobal y_max; %y的上限
5 w5 c2 e3 B3 L6 \5 `0 n, _global gen; %迭代次数
0 m8 u, [4 m) s$ Nglobal exetime; %当前迭代次数
$ Q. D6 _  M( K# ]: k% Jglobal max_velocity; %最大速度
$ {) F  Y6 g3 v# K7 R0 {& F# H5 ?( h4 \5 r/ e3 G
initial; %初始化4 v  K  U) e; ?6 M6 v
5 y' B( n9 N7 [9 [. a
for exetime=1:gen6 f; o' P: V- f+ F+ w  f1 ~' \
outputdata; %
实时输出结果/ I1 L. J& F3 R- u; l
adapting; %计算适应值$ A9 m) @: c) y  J5 v; K9 ^+ W
errorcompute(); %计算当前种群适值标准差7 y3 Z$ J: Y  P$ u6 O2 l
updatepop; %更新粒子位置
* \4 f; k- x! Q/ i5 _pause(0.01);( F! [1 T1 H1 i8 p2 x  i
end
0 h9 N# M8 P% V- C
( s1 `1 X1 n8 O7 bclear i;
( I, G! F2 X& h0 r. X4 fclear exetime;
% c/ Y/ j0 N. c8 P9 W2 z$ B6 oclear x_max;0 [: f/ r& m  ?# e; s5 B
clear x_min;
! t0 P4 m; [6 x* Nclear y_min;
- |4 ~; C7 g: h7 }! `! |& {. {clear y_max;
& m% F3 P4 N7 O3 c4 K) \
  C+ f" t4 [3 l) Q: P%
程序初始化
- O0 [, b6 s& v* G
5 B5 Q" f6 R/ w+ n) p8 vgen=100; %设置进化代数
7 _/ i+ B0 B7 _4 [4 n+ y2 ?popsize=30; %设置种群规模大小
2 F6 f+ n- g  w+ ^1 j8 wbest_in_history(gen)=inf; %初始化全局历史最优解
$ r8 y% L7 a* m3 P0 A; qbest_in_history( =inf; %初始化全局历史最优解' Y3 g% `; o) ?2 a6 K, R$ X& Y$ F
max_velocity=0.3; %最大速度限制; I3 n# i4 [8 t6 [, R! D
best_fitness=inf;+ Z  N9 e0 ~8 v, C0 p
%popnum=1; %
设置种群数量' N- ?2 w7 e9 d
7 k/ ]2 [, V0 d1 q
pop(popsize,8)=0; %初始化种群,创建popsize5列的0矩阵
1 \) T/ K9 |# r, [) }( C; 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
9 U; @0 s! H! c7 Y%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
  X. t$ e- j4 X- I3 U%7列为个体最优适值,第8列为当前个体适应值
) P8 J+ @! A( I
+ c( Q/ ]; h, M$ ^# V, W$ `for i=1:popsize
1 G9 v$ P' L! P' m4 O7 `) w8 M* apop(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
/ M/ z! w( E" A& z) d' Dpop(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, [4 |. m/ b  f: A4 Z6 R1 [' Y, x
pop(i,5)=pop(i,1); %初始状态下个体最优值等于初始位置
/ b. X4 v' j2 h# A: npop(i,6)=pop(i,2); %初始状态下个体最优值等于初始位置* z; j0 k) E0 i( Y: M8 A
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
; {( j' u8 g' t( s9 u# {' Opop(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
5 {" L- T  U1 Y- `: _, H8 t) gpop(i,7)=inf;, \2 z/ K5 O& z: \2 w0 H& Q
pop(i,8)=inf;
% Q- k; d$ ]  N0 \3 n# X' {end
. L7 ?7 x  ]+ F* y& T2 F6 a5 a, R3 r) h1 Q; i
c1=2;2 Z9 {( e) [2 f. G7 b* Z
c2=2;
8 q3 V: ?" H8 V: ?1 G+ _x_min=-2;3 ]' u. R/ [4 q6 M- R3 Z7 J
y_min=-2;9 h6 Y, z) g( l# v( Z9 ~
x_max=2;
2 N1 z: R( L9 v8 Jy_max=2;0 c3 R* o8 f6 K0 s: ]8 k

- \, L$ N/ v# X: ogbest_x=pop(1,1); %
全局最优初始值为种群第一个粒子的位置
8 ~+ M; A5 d6 ?5 z2 z, G3 Y+ Igbest_y=pop(1,2);  y9 d6 R0 G1 ~  a0 H/ }: e
% L: ^: w+ j- @
%
适值计算, Z+ h6 R+ |( G
% 测试函数为f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.0485 Y; i1 k' ~/ W/ y% Y

8 F) x- z% m" P* B1 @9 M7 h4 V%计算适应值并赋值
0 I+ I4 z& {# `) \3 `( v7 Cfor i=1:popsize2 K$ H9 L2 T# N7 ^
pop(i,8)=100*(pop(i,1)^2-pop(i,2))^2+(1-pop(i,1))^2;! P% g( I) G% Y/ G4 G. R
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
8 ^  W! A. [! g; L' v4 l' g+ Z- |pop(i,7)=pop(i,8); %适值更新
8 v! [: {% |0 ^# }: P) {5 |pop(i,5:6)=pop(i,1:2); %位置坐标更新! B" }, I" }. w, V8 d
end
' k$ @, H/ v3 uend
1 A2 j' E6 Z8 L2 N) d" i  g& p$ q% i# a, h
%
计算完适应值后寻找当前全局最优位置并记录其坐标0 y, }4 T- |) |8 `) k4 y
if best_fitness>min(pop(:,7))
( b' [+ O, v- U2 W9 y& w  y8 Xbest_fitness=min(pop(:,7)); %
全局最优值
4 d. k; q- [( {9 sgbest_x=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),1); %全局最优粒子的位置
5 u  n' g7 E0 \5 b! q% r- |3 P
, p% I, j& ?2 Q% ^, e
gbest_y=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),2);$ f- m% G7 M! z# \+ I" y$ }
end6 g' [) D# J2 u: L  I
3 F: P4 x" w5 P* p) e* x$ K
best_in_history(exetime)=best_fitness; %
记录当前全局最优6 Y+ p! P' Z0 _: q) ?# K' X
: O. l6 R  Q) m# u4 u
%实时输出结果4 P3 {7 J8 ?0 s. V8 B/ r1 }

0 q9 K5 Q4 V! c%输出当前种群中粒子位置
$ J' r$ d0 ]; _& ?subplot(1,2,1);
. E2 b; l0 O( efor i=1:popsize
* U- |: c# Q/ Tplot(pop(i,1),pop(i,2),'b*');3 d* f: u% G5 G, h; c7 a
hold on;
7 f( {, h! A+ o9 m- |7 }end- e* a/ Z7 _7 O; s: r

( C" z6 D0 @6 F2 d  s5 V/ O' Jplot(gbest_x,gbest_y,'r.','markersize',20);axis([-2,2,-2,2]);
6 r/ X* L% P7 yhold off;
7 ]( ~/ v9 d: e" ?- ~9 o: J, u/ h# h5 A2 ~' [# Q. ]0 N% V
subplot(1,2,2);
% t  M7 e' Z# w; R) P* x1 Caxis([0,gen,-0.00005,0.00005]);5 V. g: @* s! F
- s2 n( {3 I) E! a2 E4 @8 }$ F
if exetime-1>0
2 Y0 U% i" _/ C0 Zline([exetime-1,exetime],[best_in_history(exetime-1),best_fitness]);hold on;( \' ^# V( S3 W/ Q" q
end* e) W. W$ O9 M% d5 a5 z7 Z( B

9 J4 p0 B. y6 Z: c+ W' i%
粒子群速度与位置更新! E+ O( i1 g. {6 R: n
1 Z/ O. M' x7 I! i1 x0 k
%更新粒子速度
( x# ~2 U7 d3 Efor i=1:popsize0 v- U& l3 G' @" ~9 o/ y
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0 w) s6 `) _7 s4 K, S3 C
pop(i,4)=rand()*pop(i,4)+c1*rand()*(pop(i,6)-pop(i,2))+c2*rand()*(gbest_x-pop(i,2));
' a8 K! J' d* d0 B$ l- B% Lif abs(pop(i,3))>max_velocity" e3 F6 e- w! S
if pop(i,3)>0
% c& O, x0 y4 D  I$ upop(i,3)=max_velocity;
% z+ B6 t8 b) G" Q/ H3 F6 C& [1 g( Oelse; @# r' x- J  W! Q
pop(i,3)=-max_velocity;
+ r$ X" E( W4 Z# g( Oend
- A2 s" X# l/ Y; k8 w. p/ }end2 B! b& }( d+ |3 h, Q# W
if abs(pop(i,4))>max_velocity5 k) `. t, r# _6 C  }% h; J
if pop(i,4)>0
  @0 u$ N. g/ \4 Opop(i,4)=max_velocity;9 L  x0 Z& m8 N& z: ~
else
6 u( D# f1 U7 `1 B, W: gpop(i,4)=-max_velocity;
& T  `3 {" e, R/ H9 ^/ \# ~# q. Cend
( b( B# a  t, L6 vend, r% K, H4 x' _* ~
end
. ~" H" I' |2 j% b5 @/ g3 t# ~
' ~8 G2 X2 t1 R1 \%
更新粒子位置& D0 T- ^' Y& R( B6 g8 S
for i=1:popsize
& F/ [' ?. `1 U4 {  o3 Kpop(i,1)=pop(i,1)+pop(i,3);2 H- V: N2 I* w# O
pop(i,2)=pop(i,2)+pop(i,4);
7 `) x2 _1 W& Send

# u$ v8 ]' c3 c* ?& ~/ R9 u
# F4 M+ K. J9 d& @
: C: Y* ^/ h4 [/ _! W4 G
8 ]9 S4 A8 g, O' e' n( M: J1 ?
( N) P( O4 A  x& O( d0 o* r
% L3 K% [1 O( e  Q 3 C$ x9 [5 Z* E% `* H0 _
+ J9 l0 s, L! e" k* Y

( x# `* N. `5 {  n; _  W5 x# w' z6 i - ^2 s& T0 S0 p; L; T
) a" J  Y0 U( T3 Y
& z8 V& `! k( p% e

  t+ C5 P# j. D* p. r : I4 a1 `6 D) u( S& A% s; r. t
! S4 s0 b3 v" ]( W" G* |
3 K: }1 Z; g. {+ `0 ^% m  d' w( M

4 x$ X9 L5 T8 H. \8 @
6 m- \/ K0 |# o" Y8 I% A SIMPLE IMPLEMENTATION OF THE6 x/ t4 A$ \+ Z* x$ ^2 d( C
% Particle Swarm Optimization IN MATLAB% T, ]# N$ \  o  ~/ a& ?, [
function [xmin, fxmin, iter] = PSO(), ?: c7 S- g" I
% Initializing variables' K. |+ }7 e3 P  ^; j
success = 0;                    % Success flag
2 {, a5 q5 a3 {+ Y2 s& P; ?7 yPopSize = 30;                   % Size of the swarm
/ G; S0 K; {7 A: {+ s8 B1 u- {MaxIt = 100;                   % Maximum number of iterations
2 I+ ~1 q. i6 ~; e6 A$ j7 J# Hiter = 0;                       % Iterations’counter
8 s3 m/ \1 D5 ?2 ^( }fevals = 0;                     % Function evaluations’ counter
% @. C8 T$ k. y$ P4 w& d( Dc1 = 2;                       % PSO parameter C
1
) M; N0 e( q: u( k; }( Pc2 = 2;                       % PSO parameter C22 ?) ?( @/ N( r3 V
w = 0.6;                       % inertia weight
3 c  E) Y/ z/ _- w6 ~& N9 [                  % Objective Function7 I4 B4 w: b/ W
f = ^DeJong^;
5 Q0 S; h, e8 J; w2 pdim = 10;                        % Dimension of the problem) C# l. D. B, M  Q* D
upbnd = 10;                      % Upper bound for init. of the swarm7 o6 \  Y1 T7 l( |
lwbnd = -5;                     % Lower bound for init. of the swarm
- N: ~9 u- B5 T$ QGM = 0;                         % Global minimum (used in the stopping criterion)$ |3 F& ~) _; H
ErrGoal = 0.0001;                % Desired accuracy
. t" p5 Z' x6 b: R
* S; ?7 s+ V% W" l' \% Initializing swarm and velocities
, e" H2 N7 c; Z( M3 m0 r+ cpopul = rand(dim, PopSize)*(upbnd-lwbnd) + lwbnd;# j9 L  s9 @4 g1 w; m
vel = rand(dim, PopSize);
% I$ N* g) d% y& o0 r. X  t" e/ D
for i = 1opSize,; O$ g- i9 [. p
    fpopul(i) = feval(f, popul(:,i));
. |6 B1 C5 \2 C5 A1 R7 S    fevals = fevals + 1;4 j' m, ]# h4 Z! s* ?
end
7 N6 R+ n8 \% N* a( Q
  B. @6 A9 S" B3 Hbestpos = popul;
# o5 x* n' g1 b$ Cfbestpos = fpopul;0 ^( v, P. ]* m
% Finding best particle in initial population
$ g. m! T6 a6 m/ U6 b6 ~& ~[fbestpart,g] = min(fpopul);
6 J7 {7 N3 i# `! V4 @lastbpf = fbestpart;% j' O3 a( u6 I
& a% u: L8 q* {' z4 V$ Y7 f) @6 K. M
while (success == 0) & (iter < MaxIt),      e6 ?0 N0 n2 w+ `) z
    iter = iter + 1;
' m, {$ \! Z3 z* R/ @/ ^9 S( H+ C3 L- F5 P
    % VELOCITY UPDATE
' h; O, ^/ G3 {% ]    for i=1opSize,7 f" }: \4 [. U0 W
        A(:,i) = bestpos(:,g);
  j& u! _* `2 `8 I) W' a" w    end7 r- h% t8 ?5 ?
    R1 = rand(dim, PopSize);
. d  O: x* r4 G$ C9 V# v) I    R2 = rand(dim, PopSize);
, w- B/ [& W: ^, |    vel = w*vel + c1*R1.*(bestpos-popul) + c2*R2.*(A-popul);  ]3 V/ X2 L% U6 N0 E) ]
: c. Q1 a5 B: W1 Q. A. S* x- Y( A
    % SWARMUPDATE& g3 Y) r  d2 _
    popul = popul + vel;
+ {* I9 _3 Q1 E: t' `" M    % Evaluate the new swarm
  U1 w0 M$ o; s! n    for i = 1opSize,, c6 C; v* @/ z: ?
        fpopul(i) = feval(f,popul(:, i));
* `" q5 S- m& u* z        fevals = fevals + 1;
& P& _' d, l5 J8 c. x    end: @# ]) b+ {* P
    % Updating the best position for each particle
" c2 V) n" T$ p' T4 }% M" r    changeColumns = fpopul < fbestpos;9 ~" n& e$ h! Y1 P1 O& m
    fbestpos = fbestpos.*( 1-changeColumns) + fpopul.*changeColumns;) @0 W  a& @: A: s
    bestpos(:, find(changeColumns)) = popul(:, find(changeColumns));
+ |2 z) W9 @+ p    % Updating index g
( z$ T' E0 k: Z. L; h% x    [fbestpart, g] = min(fbestpos);
$ U5 Q6 a* l3 \    currentTime = etime(clock,startTime);
/ L8 ^- M- P, l    % Checking stopping criterion
. Y0 }) \' k& Z" X. d' n5 M    if abs(fbestpart-GM) <= ErrGoal; p7 D( F9 C/ F" L4 R, i
        success = 1;" d) \9 N5 m: o; Q
    else
1 P( P8 u2 P! \; a/ I        lastbpf = fbestpart;; u$ Y/ y" @% [' b
    end# v4 L0 u8 _! U& p+ t7 g; Z

/ K* P! T) F/ I% Vend
& Q! i1 e+ D$ @- c( F4 c! K, U2 g
% Output arguments
! v5 q' S1 h" Jxmin = popul(:,g);/ ]9 }5 m5 g$ Q* o: X5 a
fxmin = fbestpos(g);0 \* V7 p! u. @& r( w: x
4 p# a0 S% K8 n9 c. s5 A8 b3 P% C
fprintf(^ The best vector is : \n^);
, k" C0 z- P: J5 gfprintf(^---  %g  ^,xmin);1 f7 J+ o* h$ G  ^# V- |! n
fprintf(^\n^);
! n6 ~2 [' q& w6 c%==========================================
$ M  q* s# A4 Z1 ~function DeJong=DeJong(x)
, k% A  F/ O* B: LDeJong = sum(x.^2);
zan
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