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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
5 l% r+ a- B& W% 2007.1.9 By jxy
9 A% m+ x$ K4 _6 [%
测试函数:f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048, A' x& z7 p" a: C
%求解函数最小值
0 c3 q4 r/ S8 ]6 G$ M5 j5 {5 F  S# d: ~/ p6 Z$ r
global popsize; %种群规模
7 O' y$ Z4 p3 a" w( f5 }9 ?3 T. O1 ]! C) G%global popnum; %种群数量
! t- X$ c, ^7 [/ W) @0 uglobal pop; %种群
$ W9 a) t3 m( ~# X/ L: n, M%global c0; %速度惯性系数,0—1的随机数% }; M( Y8 d. W* J  K
global c1; %个体最优导向系数! |4 \4 M* @0 A( n+ O0 m
global c2; %全局最优导向系数4 t; B3 [" G2 ?5 e: S) @% g
global gbest_x; %全局最优解x轴坐标
# H* ?  I, y! `. I  N7 |global gbest_y; %全局最优解y轴坐标- v6 }9 P6 c" H. i
global best_fitness; %最优解  i6 a0 \8 b2 x& @- G1 [
global best_in_history; %最优解变化轨迹  l9 x6 Q, J0 h* h
global x_min; %x的下限' g; @5 O5 T  c; w
global x_max; %x的上限/ z8 P6 v- G$ |3 |; h. W
global y_min; %y的下限  i4 @1 V) K. j. N" S( X" }% X0 n/ W
global y_max; %y的上限
$ P8 p% j% @& P9 M0 p- M+ W8 t9 xglobal gen; %迭代次数
; O! ]+ F' j5 [4 |global exetime; %当前迭代次数5 }9 a4 {% W  e) k2 V
global max_velocity; %最大速度8 u% @: o/ Q0 ]; E, `
* Q: t) z( F6 E5 @
initial; %初始化- m2 s: M2 e* `* ~
4 F& D- W& r3 w: Q* a6 ~, M; `8 x
for exetime=1:gen+ v, v- r; s8 W5 t$ T/ k
outputdata; %
实时输出结果8 `, s- {' l, g& D: v3 X
adapting; %计算适应值
* H% v1 g' U% ?3 C* ^. W! yerrorcompute(); %计算当前种群适值标准差  s0 }7 L* j. ?) P. @6 A
updatepop; %更新粒子位置
( e5 W4 L1 I& \, @6 I6 |( zpause(0.01);1 x+ [7 Z5 s% g$ O
end
$ I! s3 b/ [# E- M  C4 m4 k( u6 C- A, x' ?5 N8 m5 K* m
clear i;4 b( w, i8 ?4 h/ Z; D3 |9 S5 |
clear exetime;+ ]. j4 M/ j% ]' L4 a6 y
clear x_max;
8 E$ F8 W4 B# {$ jclear x_min;
% I+ ?; ]2 V, `( ^' {2 w; o* Nclear y_min;( J$ q9 u* p/ Q" k
clear y_max;3 l1 v" [1 |0 e" c  G
/ k" h% x" i6 C2 b+ X6 V) W, W" e
%
程序初始化4 \& O5 {% }; o; I1 V2 k- H! W
- F9 e0 {* C1 R
gen=100; %设置进化代数
* L$ ~  `' W  bpopsize=30; %设置种群规模大小
9 k/ e/ R2 Y2 Z5 L+ b$ j# s- dbest_in_history(gen)=inf; %初始化全局历史最优解, f8 [/ C9 x9 k, X8 V1 V- B
best_in_history( =inf; %初始化全局历史最优解
1 J9 p' J) M- \0 c) _max_velocity=0.3; %最大速度限制4 c! ]$ q4 J$ ~9 D6 Z; ^# P; _' d
best_fitness=inf;
. S' c' H* Q) a$ \6 U6 i%popnum=1; %
设置种群数量
9 }; D$ C" C, V' a0 H7 n$ Y) Y: U) k" B: |' g
pop(popsize,8)=0; %初始化种群,创建popsize5列的0矩阵
4 c6 K  D" W+ M5 m' E0 |%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  L( ?8 ~5 @' Z; f5 S%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# h+ R, O  {. L8 F
%7列为个体最优适值,第8列为当前个体适应值
; }( q, T5 u1 ^1 q9 S# J* `3 ?* j; ]" X' h: w0 K3 p9 v: Y
for i=1:popsize9 E; J- \0 @" ?3 j, \7 v  J6 v
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$ k4 \  e! V1 R: n- D
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" {: j; N/ x1 f1 X
pop(i,5)=pop(i,1); %初始状态下个体最优值等于初始位置+ [5 |& i( z7 G: ~2 d
pop(i,6)=pop(i,2); %初始状态下个体最优值等于初始位置# p: k8 S' o! O0 n# u/ f% [- B
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
. V- I7 t1 B# e! R/ Y6 u' Wpop(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, @3 C* W% Z0 Q; o
pop(i,7)=inf;8 W: e" k4 u* K" r3 |* n% k
pop(i,8)=inf;
& B6 Z1 x/ a3 ^end
; P% e7 C0 G$ R& Z+ l* S+ {0 C, [2 v- r- q: s7 k8 M' I
c1=2;; Z# ?: S: L2 a' I: O; d! W# ^/ q
c2=2;8 o6 v/ I# i$ Z5 X
x_min=-2;
1 p' o: I$ P8 }& v2 wy_min=-2;- f; I4 L+ S; P4 F/ g
x_max=2;9 S% F/ h' O7 R* m7 d/ Q7 F
y_max=2;
/ |0 ~2 K+ N7 t; z& s' `
! a- E  H" t* a; }" igbest_x=pop(1,1); %
全局最优初始值为种群第一个粒子的位置
! T) F, m* A. i+ [1 X0 J; kgbest_y=pop(1,2);
8 F- \4 M( E7 S- w! C
( y  R* P" K" V! ~+ q0 Q# d%
适值计算
: ]4 l7 A+ e7 y4 F- M; O% 测试函数为f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048
1 O6 N7 U! d* y: p- P1 K! H, c* n: O; @
%计算适应值并赋值
, D8 e6 N  {2 p/ ^  W$ {for i=1:popsize
; k* i# ~6 o) q4 O, ?  e+ F" N( Wpop(i,8)=100*(pop(i,1)^2-pop(i,2))^2+(1-pop(i,1))^2;% j3 \' G; f# N) c% T/ z
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' {% }' x, t. Q* ~& K. _
pop(i,7)=pop(i,8); %适值更新% q* ^7 S3 N$ T5 K; e3 G, F
pop(i,5:6)=pop(i,1:2); %位置坐标更新! i4 a8 Z; u8 u$ l: y* t
end( w0 f$ }& t  U
end: _9 n. J% {) a: o! h1 h

( M% b- Q$ R$ X% y" i1 H4 c%
计算完适应值后寻找当前全局最优位置并记录其坐标
( \, e$ n/ @2 }# H  G) e6 [if best_fitness>min(pop(:,7))4 E3 Q7 a$ w$ M4 K( t& n& L' n; z
best_fitness=min(pop(:,7)); %
全局最优值% G9 ?) ]# C2 Y  @- U# R
gbest_x=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),1); %全局最优粒子的位置
3 e' W# H$ ~& {) ~  f

; D. `( @3 D5 V: C% x+ A2 m5 U# Fgbest_y=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),2);1 t' u" d: D) a. p9 d) H4 k
end8 z. j. w, b% X6 X, \

8 j: W# _0 N& `" wbest_in_history(exetime)=best_fitness; %
记录当前全局最优
. K! ], ]! x" T) P& r  V
, v8 P  |) g- x%实时输出结果) e. i/ N& q( B# A4 i/ m* i7 Y
: C  }1 V2 ~0 ~/ R+ F  W
%输出当前种群中粒子位置
. C3 ~, W' I  F) A" n( ssubplot(1,2,1);( n; L3 F9 ~( |2 Z# T' L
for i=1:popsize5 ~" C- @) ~* J/ N4 X  q7 q. v" |
plot(pop(i,1),pop(i,2),'b*');  x0 E2 n. c0 v; I0 m% G
hold on;
  R! q, @6 V6 U2 f4 \end' V; i( y9 d9 b5 D( j" T

& N" ]* a3 i: ~; W1 t' tplot(gbest_x,gbest_y,'r.','markersize',20);axis([-2,2,-2,2]);
2 d& U7 e+ _; J$ ?% ehold off;
4 w. F% n! ?4 r7 f7 V* X1 e3 x5 m* ^  ~  Z* T  c
subplot(1,2,2);
8 i2 I5 I: V5 Xaxis([0,gen,-0.00005,0.00005]);2 L, c5 P  v* c( D" _4 N2 P9 L

1 Q+ }% ~2 V' H/ {2 Q; K) tif exetime-1>04 z5 {- p4 U9 _6 |! K
line([exetime-1,exetime],[best_in_history(exetime-1),best_fitness]);hold on;
) t& u- Y( l* b3 S6 `0 iend
- r( i+ v& Q) s2 E% B2 |; V9 e3 |+ `& d" ~
%
粒子群速度与位置更新
0 S3 p$ a( Y! h' U) {4 c4 ~# c6 M* E& j
%更新粒子速度
1 l7 k# ~( \" [0 k6 p+ Cfor i=1:popsize
0 K: e( y$ G0 g; a9 ^6 opop(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. m, d3 B1 @% i( K9 j! @2 h+ h
pop(i,4)=rand()*pop(i,4)+c1*rand()*(pop(i,6)-pop(i,2))+c2*rand()*(gbest_x-pop(i,2)); " e1 R2 P9 Z$ p* G# h
if abs(pop(i,3))>max_velocity# q0 z. q4 }, ?& d$ l
if pop(i,3)>0
# k7 {2 s: G* k! Y0 W$ rpop(i,3)=max_velocity;. ]- i  y3 J6 A% S- K1 f
else
( g1 V" ~0 w" W1 O7 mpop(i,3)=-max_velocity;5 C7 }! ]# W7 }- u
end
3 ?/ r' h4 w' Zend. u0 v. U6 C/ C9 b$ H
if abs(pop(i,4))>max_velocity+ Q/ Y' C0 L# K2 _
if pop(i,4)>0
, L; B3 ]+ Y3 S/ gpop(i,4)=max_velocity;
8 R1 j5 ~& |" r$ j& O% [else5 j. K" L% p% s# Z
pop(i,4)=-max_velocity;
  I$ ?) I* w2 j3 Eend/ H7 q! d2 A1 r  K6 x8 v3 i
end
: }# y9 X' q4 w% f( G3 v5 E2 x5 H" gend+ n  s0 g' h  z6 p' u

' L5 d- g! h4 h" |, x  i% B%
更新粒子位置, g- T; p+ d! i" S& D, ~
for i=1:popsize) P8 r. i% |& d, j* f
pop(i,1)=pop(i,1)+pop(i,3);& w* p  @  h4 M! g3 }0 q3 s
pop(i,2)=pop(i,2)+pop(i,4);
0 M; f* y, I$ f" Jend

* X+ `  d* h' ?5 o8 K   U  W; I# ~4 C! W, k1 v# j
2 X0 M* Z, r, f
& r! x0 p# m( J% _# \7 N

4 M" w+ W! T- L7 C$ w' i
5 C" W! g* H: K; G
: D! _6 G  w3 x9 f
" x  `+ `7 S7 R! ?! X - b0 z2 W; Q3 U

* F* \. Q# N  j" ^: O ! x1 j0 C/ I6 Z

9 ^8 l( e/ B7 q, p. G  t
, X2 t) L$ J; @* L  |( k5 K+ [ 7 \# V. a. r: s$ R+ s6 J
/ @5 N( a5 r' [; U

. g9 V/ S1 U4 t% R8 L * S8 |: y5 \2 @4 Z( S
. y# i/ C$ R* ^3 W; [& r. l
% A SIMPLE IMPLEMENTATION OF THE' G7 z+ T0 x9 E* N9 d2 B
% Particle Swarm Optimization IN MATLAB
  O6 F" j7 f* p9 I. g4 ofunction [xmin, fxmin, iter] = PSO()
1 s# m% b* e+ O7 V6 d% Initializing variables3 P* Y9 @8 K& X4 F. D6 |
success = 0;                    % Success flag
# S0 ^! I1 F0 ?PopSize = 30;                   % Size of the swarm
! U( |- P9 L+ U9 B0 B- w9 h+ `9 zMaxIt = 100;                   % Maximum number of iterations* M: {/ n) f! o  p% j
iter = 0;                       % Iterations’counter
6 w6 s7 ~1 a6 b( c- c3 K) Pfevals = 0;                     % Function evaluations’ counter
* A) H/ I' Z  z2 {2 sc1 = 2;                       % PSO parameter C
1/ Q' t7 R/ g7 ^. |4 B
c2 = 2;                       % PSO parameter C2. k  Y0 m- D$ \. u
w = 0.6;                       % inertia weight
3 \( o+ U& [) i3 l                  % Objective Function
6 f3 C/ a4 D9 w3 Cf = ^DeJong^; $ I: f2 `& N# g5 `/ A9 _
dim = 10;                        % Dimension of the problem
5 F8 Q: }$ K3 I' b- l3 ?; w3 P7 Xupbnd = 10;                      % Upper bound for init. of the swarm) K, t, J  Y. ^3 k0 d# G
lwbnd = -5;                     % Lower bound for init. of the swarm
2 S: ~, }1 V! O+ A$ L% x8 sGM = 0;                         % Global minimum (used in the stopping criterion)
$ m- W# L* C4 W; }/ o. `9 O( VErrGoal = 0.0001;                % Desired accuracy( o  N6 g; c% A" p' Z4 M0 ~3 r

" X9 M  m9 ^, P% Initializing swarm and velocities
- R3 `: ?* X$ x4 U4 h' h3 Z8 ]# `popul = rand(dim, PopSize)*(upbnd-lwbnd) + lwbnd;) _$ Q1 `7 ]8 T6 F6 j" {9 ~
vel = rand(dim, PopSize);
9 S2 e! q/ e" d9 P$ p0 @+ t" Y! Z- D# n. O. ~6 w, V
for i = 1opSize,3 J6 h- P" f, D! @7 g% z
    fpopul(i) = feval(f, popul(:,i));
  W6 @' F* f. q" d    fevals = fevals + 1;# |" n) i* y6 j3 g: C6 F
end
6 A& H; c6 g) h- u( Z
% B3 G' u8 ^5 _, H9 k9 T9 ]bestpos = popul;
+ N7 n* ]# a3 D6 \% f0 P$ |3 xfbestpos = fpopul;. u* j# x* k( {
% Finding best particle in initial population
: J( X3 l1 M; Z* }: Z: d3 ^[fbestpart,g] = min(fpopul);
6 v; ?/ C6 }$ t0 M  e. H% xlastbpf = fbestpart;
( i$ \# q7 ]. K: c; e& ?
8 X/ a0 t& H8 @while (success == 0) & (iter < MaxIt),    8 r! i+ M+ V, h( H. `
    iter = iter + 1;" Y: x6 O( y& R9 ~1 y' f- m

4 f5 r6 d" q! R5 s& V1 X/ z6 ~9 ?    % VELOCITY UPDATE8 y" i" T4 E7 C8 K$ |
    for i=1opSize,
- T! ?. |( B! p1 L6 Z        A(:,i) = bestpos(:,g);& z+ L0 Q* z& B6 ]  ~  ^& E/ W
    end
$ `2 U. b2 J, Z9 J2 D) q2 O3 S4 \    R1 = rand(dim, PopSize);
2 }! Y" m3 l3 ~9 U4 m    R2 = rand(dim, PopSize);' [7 w% Q( _! ^8 o
    vel = w*vel + c1*R1.*(bestpos-popul) + c2*R2.*(A-popul);, |% K, q4 |# I, p0 ]4 j+ e1 E% A

2 Z5 r4 Z( E, z" J    % SWARMUPDATE2 v/ D& V$ s1 w6 r; L5 r
    popul = popul + vel;* v2 @) f) q% H: {9 \6 v6 |
    % Evaluate the new swarm
, U; z4 L: |8 B7 V    for i = 1opSize,
- I/ T- p6 J' y. A$ P1 x/ P6 Y        fpopul(i) = feval(f,popul(:, i));! t& ?; j$ d) ?0 R1 F8 l9 x
        fevals = fevals + 1;1 W5 ]; Y5 p1 a
    end
( \' Y& i4 V) }. f' B! U* h    % Updating the best position for each particle
. G% k- B1 R; y, S( [! P+ y  G1 M    changeColumns = fpopul < fbestpos;
* z- m2 t3 L2 o& c. b    fbestpos = fbestpos.*( 1-changeColumns) + fpopul.*changeColumns;
7 Q$ P5 E8 n7 g& j2 n: U. @    bestpos(:, find(changeColumns)) = popul(:, find(changeColumns));/ b9 s: R" L% F' T2 |& o1 y; w
    % Updating index g( \2 g- B& I7 X1 F7 O' C: j3 x' m
    [fbestpart, g] = min(fbestpos);
5 p) v( ^$ D+ ^! S* V    currentTime = etime(clock,startTime);7 ]5 v6 Z- h0 Q. k
    % Checking stopping criterion
1 q, R5 R0 }& s+ _/ j    if abs(fbestpart-GM) <= ErrGoal
' E- e  [) I& Z0 J! u7 b- v        success = 1;
, B4 W  c. a9 V# \2 v    else
2 I7 E: d% O) d7 e9 _, g/ I9 Z        lastbpf = fbestpart;
+ s4 \" A0 ]0 g9 P    end
" }. n( R/ j! ?3 }
$ J* U# i# L/ cend
6 u3 F1 W9 V, z9 ~% D: d, ]( f6 W  D. b( h
% Output arguments
7 Q0 ]4 S& k  |# k" Zxmin = popul(:,g);' x6 F, a3 B2 p( R- D, R
fxmin = fbestpos(g);
: r4 X; x9 C, U; q; c
( X1 U6 C/ @9 v( {* T1 X2 E$ wfprintf(^ The best vector is : \n^);8 J" Y. ~5 [/ x- a
fprintf(^---  %g  ^,xmin);1 t( q4 u' u8 D% q& @; M. m
fprintf(^\n^);/ h: p4 j- A5 A' x, V' ?/ @/ g9 l
%==========================================: J: K5 I; J( E1 L
function DeJong=DeJong(x)
, j3 _% O4 v3 E7 {; s& PDeJong = sum(x.^2);
zan
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