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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
. H5 `; g; m2 k( n) g% 2007.1.9 By jxy
+ C2 h* O1 K7 b) Q6 ~% o%
测试函数:f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.0489 P. k4 i  ]: x+ R" D7 Z
%求解函数最小值( c9 C( w* l) w8 H, K& s

0 j" C/ B' r& \9 R+ r( xglobal popsize; %种群规模
" V  m% S, @* i' T" T/ z* A$ g%global popnum; %种群数量
: M8 b, B( _9 S' \/ p. E0 ?" uglobal pop; %种群, P1 A- ?+ I2 g& C4 r  O
%global c0; %速度惯性系数,0—1的随机数
' c$ j2 ^( r: c' E/ \! t; sglobal c1; %个体最优导向系数* U' H, m2 S7 b1 w4 K& J4 e
global c2; %全局最优导向系数: A+ J" D+ T5 |2 v! D
global gbest_x; %全局最优解x轴坐标: z: s. o" c3 n4 k; m
global gbest_y; %全局最优解y轴坐标
, E; X$ {4 }( t' f* B& Iglobal best_fitness; %最优解" t; `7 |( a- b( `) n
global best_in_history; %最优解变化轨迹
: }+ o: @  ~* Q& r+ U5 Cglobal x_min; %x的下限
1 J. S  w/ _& X7 A4 o5 Dglobal x_max; %x的上限! ~5 D2 N5 |# H6 G
global y_min; %y的下限
$ i) ~* F% G+ E! W# a+ Kglobal y_max; %y的上限5 P( |, s4 o8 `! B& Q, j+ e
global gen; %迭代次数: w0 J1 g) D6 w: K
global exetime; %当前迭代次数% G, y( N$ {* J( V
global max_velocity; %最大速度
( ?* _7 r. D* W5 k) a! {3 u7 w; i2 {8 d* }1 p, i2 s
initial; %初始化
) h7 e4 R% W  F, D  a6 ]) d+ Y; t- D" t0 n/ Q+ c
for exetime=1:gen
: U: N6 d' t/ x( A  Coutputdata; %
实时输出结果" U& {. U6 o' n" p" i4 U
adapting; %计算适应值* D, i" X3 _3 N" r: N+ q! y
errorcompute(); %计算当前种群适值标准差9 H$ ]7 [/ S4 u
updatepop; %更新粒子位置! j( W# I: y3 _
pause(0.01);
7 l; `) B6 @, N# T6 s3 R0 G: k8 yend$ E$ O1 w7 k4 D8 ]2 f% W3 G
: g% @; s: P% X- [  W3 O: W9 a8 N
clear i;
. _, J2 w  w: ~clear exetime;
% e8 E4 A4 {" ~, q- \! F7 Aclear x_max;+ w- i' w( i4 x$ n
clear x_min;
8 Q1 a5 G. v$ U. C% U* iclear y_min;9 \% w. \/ C3 g. N" x
clear y_max;
( K2 B' @, l6 p  u* s9 n( c3 C* d8 g; N# W' \
%
程序初始化
+ B- y8 q* ^6 s$ n  H! g0 \" L# Y( l4 Y* I8 j3 G, e. x5 _6 |
gen=100; %设置进化代数
: S& N' J0 V# k3 {6 q& r* cpopsize=30; %设置种群规模大小
: d/ V7 O! {5 o3 h9 v  J$ |best_in_history(gen)=inf; %初始化全局历史最优解1 Q2 N! U7 |; B# B
best_in_history( =inf; %初始化全局历史最优解; S2 D, `2 [- j, K
max_velocity=0.3; %最大速度限制
# u4 P* Z7 Z9 c5 wbest_fitness=inf;
! z" e7 n7 w6 h8 j2 }, k%popnum=1; %
设置种群数量1 A2 {7 T7 L0 w7 C: k

' S1 c2 ]1 |' \, @9 F# E+ r# u- zpop(popsize,8)=0; %初始化种群,创建popsize5列的0矩阵2 q+ |: m2 {7 `  ~
%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
+ T+ E3 h; t" }5 O1 {; q8 `%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$ g  w5 L" \; v$ w5 a. p8 ]
%7列为个体最优适值,第8列为当前个体适应值- {! S# K5 ~* _' Q
1 Y6 K& F8 Q. ~/ z  x4 f% t) O
for i=1:popsize" t' Z! p2 M7 o# i0 t
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" R) B3 e3 I" b2 ~/ ]% a7 `
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
% m5 m, y7 B% n, {, ^# bpop(i,5)=pop(i,1); %初始状态下个体最优值等于初始位置
- t6 x+ [( V, Y: ~pop(i,6)=pop(i,2); %初始状态下个体最优值等于初始位置! r$ c3 G4 C( B3 q0 X, _
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/ K3 a/ ?' r8 N1 O) b! R
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
& K# [( V  ?1 R# j4 i# apop(i,7)=inf;
& P+ x8 l2 P$ L/ f+ T% v4 D1 P: y  qpop(i,8)=inf;
" Y6 G: e7 E) qend9 x- R) z, I$ K6 G. d

$ Z# F; f8 J2 T& [# q8 j. Tc1=2;  w8 Q# p5 q* P* [
c2=2;* b1 U" k4 r" r  j+ W
x_min=-2;
8 e7 X$ h; p0 W5 s2 ry_min=-2;( H* o, {# @9 s
x_max=2;
& Y7 h4 [- v8 T7 r3 C7 O. I1 ^y_max=2;
5 c: r; F! \# T8 F4 p$ c9 k8 s, M* b9 v' s# @" J' B  T
gbest_x=pop(1,1); %
全局最优初始值为种群第一个粒子的位置2 i6 {. ^" V. r# S
gbest_y=pop(1,2);
2 j) {' I9 s8 V' P0 D* n$ R# P, k. P( {( O* g
%
适值计算
% l1 G: G( J( t% 测试函数为f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048
" s- h* V5 B0 c5 C7 |, c8 P; J6 h. _6 p( t3 n3 n
%计算适应值并赋值
9 ~# f2 k! Q7 V/ J1 A  i. Ifor i=1:popsize
/ ]6 B+ s7 }2 L- s; X- ppop(i,8)=100*(pop(i,1)^2-pop(i,2))^2+(1-pop(i,1))^2;$ ]! n* s" R- ?; F
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1 n7 \2 O/ p1 y4 |
pop(i,7)=pop(i,8); %适值更新1 j8 {' x" c1 w1 g" g+ u- ]
pop(i,5:6)=pop(i,1:2); %位置坐标更新
# @/ S# j7 n' c: send
. V( [& g7 y$ _7 Q! r/ {0 g5 E6 zend
% K4 r" A& L1 v3 u" z0 r: @( o+ Y* q, _' T! y  f% R
%
计算完适应值后寻找当前全局最优位置并记录其坐标
! H' D8 A9 I3 m8 n$ c: H2 Jif best_fitness>min(pop(:,7))
/ f& K5 p1 s4 a! f/ U& t7 [best_fitness=min(pop(:,7)); %
全局最优值% v* o* a6 F5 t9 w
gbest_x=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),1); %全局最优粒子的位置
* E1 \/ M4 i7 S+ P8 ]: F. V- Q8 R- Y: b

- d* P3 M3 ^) z- vgbest_y=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),2);# Q& X! b" ~2 C$ P
end
* g- J+ p6 O& x% O0 x8 A
% T- v% F# H7 G2 F* Y6 obest_in_history(exetime)=best_fitness; %
记录当前全局最优3 x0 P& {  k( p; \& n0 J

$ }2 s* ?# x$ a, a: h%实时输出结果
: ^: l- j4 `0 h1 ~
& D- H% K  R* H' h%输出当前种群中粒子位置
9 o! g* ]7 }- y0 O! i# p! osubplot(1,2,1);
) ]2 ?: N- O" g% w- e/ bfor i=1:popsize/ J1 V; D. ~' y
plot(pop(i,1),pop(i,2),'b*');
1 g  z3 j% f1 S# Thold on;( o; N7 k2 E5 P  k! Z6 I
end# `7 r% Z+ i0 d9 B: G

' I; g. g- e. _* _' t: U) X' ~; |plot(gbest_x,gbest_y,'r.','markersize',20);axis([-2,2,-2,2]);
- _9 O) y: Z# x$ u& @+ M5 D# L  ihold off;  k: b& d- Z8 L/ ~9 R
; _1 v6 S9 e; I3 I
subplot(1,2,2);$ g, X3 b2 l" {1 l/ I; H* s! c3 A
axis([0,gen,-0.00005,0.00005]);" g9 P) f+ q0 U; D" t6 N# _

/ _9 c/ I9 c5 r2 O7 Qif exetime-1>0
9 V8 B0 `; S* r/ V% Y! m3 p& yline([exetime-1,exetime],[best_in_history(exetime-1),best_fitness]);hold on;4 `# J3 S! X# z: I" v
end
3 p1 E* G' |4 b* {" Z2 k- W7 A+ \$ @( f$ a. h- ^: j
%
粒子群速度与位置更新. ^/ a1 V- b5 i6 w
! V1 q; D( P9 V2 |2 h
%更新粒子速度
" I' Q7 d% ~4 T2 e: vfor i=1:popsize
; f) a$ {; r) D9 D" v$ s5 tpop(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9 O4 X) Q+ m' p/ K3 `$ c
pop(i,4)=rand()*pop(i,4)+c1*rand()*(pop(i,6)-pop(i,2))+c2*rand()*(gbest_x-pop(i,2)); * W0 G5 ]6 E. A+ H
if abs(pop(i,3))>max_velocity
8 ~2 l6 N# H  D0 yif pop(i,3)>0
( {( x5 s# @4 h$ N4 j: ^! Z! |pop(i,3)=max_velocity;& x+ m% i" X  j/ ~1 g4 Y
else
  a( n9 b8 P: ^( G: Q* {pop(i,3)=-max_velocity;  F+ D- y! Y) k0 y0 U; ?
end
7 Z* \2 c2 h- N( j  E0 N5 Xend
$ g; C$ G( \. xif abs(pop(i,4))>max_velocity
1 X5 \- P4 }2 H9 Vif pop(i,4)>01 Y1 Y  _% u$ X) I
pop(i,4)=max_velocity;& A8 S/ k+ t% X# D2 b
else
9 d$ T# D+ r- P' D2 q/ a3 ~pop(i,4)=-max_velocity;
3 P; ]4 {9 u/ j- B9 R& lend
  u- F7 ~7 I2 `) }0 G3 r$ H" ~4 Gend
4 r6 P) e. c8 |end
7 D, L0 W7 V) N% R: R5 {* ]5 }7 B3 y$ y! B: H. g
%
更新粒子位置3 v' ^  h% g) [; s$ v
for i=1:popsize
, G6 l4 _2 R4 |) K2 vpop(i,1)=pop(i,1)+pop(i,3);2 \; `1 i" t: w
pop(i,2)=pop(i,2)+pop(i,4);
/ }' i9 R( M, j6 q6 `3 j. rend
# V6 t8 _- V$ G) t" N) t# e% R

2 D/ Q; y& p% }% d- \; }; I
: }9 a5 o# R  z  e" P0 X
" K; @1 z( G; t9 [! x- y0 t1 j
. J7 l' C' X$ l6 b5 N* g 9 c; Z3 k3 W3 q- n. |: q- D- N* {

6 w8 L$ _8 X  g# p: a& R& i
! t  |0 ~/ }+ {- t* R
$ S; I, ~9 c. q1 V* ^; K( V- a
2 u9 s7 {6 P: q: c7 {* f
; W) d5 x7 @1 u
% m6 R" s) u  d& Z3 O
  Q+ K+ Y# N$ G! y5 o4 e0 z. `
3 e" Z  _0 b( T3 ~ , s- b5 j" g" y- W( P7 \# c8 r

  i# {: m+ K& i+ N
5 `5 Z2 J/ @, ?+ B
% c% {& s- s5 A% ~) r9 \! F5 Q% A SIMPLE IMPLEMENTATION OF THE
" Z, A# \$ e* u" }8 Z5 C  ^% Particle Swarm Optimization IN MATLAB' o- \4 u$ }) A2 M  z0 O
function [xmin, fxmin, iter] = PSO()
- z5 N+ O1 N7 q; S6 d( _& l' c( [% Initializing variables5 U- y) W' n! v- F
success = 0;                    % Success flag
, {- W0 W) m" S/ b+ ^* z( QPopSize = 30;                   % Size of the swarm
! n0 A7 y; \" b6 E5 ~MaxIt = 100;                   % Maximum number of iterations
' @0 n! ]3 ?6 F! ^* H. Kiter = 0;                       % Iterations’counter4 F% {1 m9 g9 ~. Y; q! [% [1 q4 e0 @
fevals = 0;                     % Function evaluations’ counter
; \- H) u1 ~8 k, c9 ]! q/ Pc1 = 2;                       % PSO parameter C
1% P1 b+ h! ]0 e! [. m
c2 = 2;                       % PSO parameter C2
( X0 ^0 P% s" f4 S; mw = 0.6;                       % inertia weight2 i5 ?8 W) w6 U( W
                  % Objective Function& U8 V/ X8 G$ j$ Z. K
f = ^DeJong^; ) C) u. u" w5 Z; S9 b' |$ Z3 l
dim = 10;                        % Dimension of the problem
! D" p9 H/ ]  c. K6 Supbnd = 10;                      % Upper bound for init. of the swarm; A0 c3 w6 }9 Q& o6 J3 E
lwbnd = -5;                     % Lower bound for init. of the swarm
5 M/ E. a& V( m0 qGM = 0;                         % Global minimum (used in the stopping criterion)/ E# Q& a6 a" O. x
ErrGoal = 0.0001;                % Desired accuracy
5 i4 ]3 u' Q, W* V& n; c; V. L  O9 P& i/ W1 U$ ^! ~5 Q
% Initializing swarm and velocities
$ y. p3 b6 J2 J. Gpopul = rand(dim, PopSize)*(upbnd-lwbnd) + lwbnd;
8 \4 D  S- g2 B/ ~) E7 tvel = rand(dim, PopSize);8 @/ n4 ^/ C9 T5 I" {- M

# Z5 y$ |( l3 t+ f4 Ifor i = 1opSize,6 D- ?( i: i1 V% c3 v9 |3 t; [. [
    fpopul(i) = feval(f, popul(:,i));
, m4 R0 P* y6 G/ ?. m7 l    fevals = fevals + 1;
4 z' k5 P9 M0 t8 C# Xend, Q. e8 ?8 y7 S# E+ Q! b
- z$ ?) v- b6 E/ z! h& a! z. K0 A
bestpos = popul;
! T8 M! v! q& a9 N, V. Afbestpos = fpopul;8 |& `9 L/ x7 }, Y
% Finding best particle in initial population
2 W( X9 c& H6 l[fbestpart,g] = min(fpopul);6 W7 ?# _/ G) {/ u8 ^+ o$ J
lastbpf = fbestpart;
; Y0 ~# a" H& x1 r1 N3 ~( D2 c" D% z2 M0 t& b7 v; _
while (success == 0) & (iter < MaxIt),    . n& X$ C+ E/ F4 l# g
    iter = iter + 1;
( O8 ~7 k. _5 {( i) y3 s* a3 V! I! W, h0 c
    % VELOCITY UPDATE6 K; R9 f! T5 L$ V2 J
    for i=1opSize,
' y, |  [  J( Q! j+ p  S/ }) F        A(:,i) = bestpos(:,g);
: e2 G1 S! ]; z/ z$ h+ z    end8 V3 n6 C$ n0 H' ~$ o
    R1 = rand(dim, PopSize);
0 a1 M' D2 |# D  }    R2 = rand(dim, PopSize);
; @( ?1 e2 \- k. Z3 w    vel = w*vel + c1*R1.*(bestpos-popul) + c2*R2.*(A-popul);
# k8 c( M; G& z( w" x
9 `2 d8 Q. b5 P7 }/ Z    % SWARMUPDATE1 b- U) g% h' W- O
    popul = popul + vel;
9 f8 d: O1 }1 f0 f6 x+ {    % Evaluate the new swarm; `+ y5 Q" @6 v( s6 N6 \- ?
    for i = 1opSize,
, e/ m' t( c  H! X5 A& z6 P        fpopul(i) = feval(f,popul(:, i));7 i$ e; H7 b: J% d( h
        fevals = fevals + 1;
# O7 M- d! `' B3 j  n+ M9 q    end/ T2 e' n$ t* D9 i$ e, p9 c2 P
    % Updating the best position for each particle
1 O' _9 D; P6 ]. u; L/ j6 t8 s# A    changeColumns = fpopul < fbestpos;& _! O. F8 X; ]9 I8 R8 I% R- d
    fbestpos = fbestpos.*( 1-changeColumns) + fpopul.*changeColumns;7 R0 n* [' p" O' p6 A6 C: i
    bestpos(:, find(changeColumns)) = popul(:, find(changeColumns));1 K6 z3 u: V1 Y% r& ?2 x. g
    % Updating index g  D; R) b( T6 u# w9 F$ W
    [fbestpart, g] = min(fbestpos);
2 k. d) U3 x$ O! p3 I; ~& p    currentTime = etime(clock,startTime);% \' u+ k4 A5 l# x& o
    % Checking stopping criterion6 J4 [8 Z6 Y3 l3 Q! A; q- n5 x+ J+ P
    if abs(fbestpart-GM) <= ErrGoal: {1 O1 e/ J6 U/ c4 t! f" a
        success = 1;
- P/ h3 i8 }& M# L9 S    else/ y/ \# S6 D: j
        lastbpf = fbestpart;
# F( I$ G, Z8 g! w" a" j  `    end
( V6 Q* L+ R. y2 s2 o% I
; |+ }& D. u- b; B% g/ I; aend* }+ s- _7 Q& A; E& w9 c

) ~6 h- L" x/ x* P1 b+ D0 F; j' b& o% Output arguments
1 H" ~! {2 M! i4 e: Z5 ]xmin = popul(:,g);1 [+ y  n0 |5 I2 |2 {2 e
fxmin = fbestpos(g);
5 G. y: Q# _' X( {: W! @0 q! B" T9 w- K* J7 x9 e) g6 A
fprintf(^ The best vector is : \n^);
9 e4 ?2 h  a$ a) E5 x# `fprintf(^---  %g  ^,xmin);
  J4 l3 @: T# ?, r$ |! xfprintf(^\n^);
* n$ Y: }# R! v8 \0 `& A%==========================================( P( @& h: }9 d4 d7 v
function DeJong=DeJong(x)
6 Z  Q4 t/ a2 |: z1 n& t+ u5 t$ TDeJong = sum(x.^2);
zan
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