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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
( O2 l& z) R* G& ^# F% 2007.1.9 By jxy- R3 ^$ F5 L, C: e8 c0 s( C$ i
%
测试函数:f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048
' B3 U% V; d5 X. ]" p/ I2 Z2 v: S%求解函数最小值$ w* n0 l7 }/ M! L. V) J5 A2 f9 k
- }9 O! d# f/ Q2 {6 N
global popsize; %种群规模
, q& W. T8 \& ^9 G3 l6 s( a; t+ D%global popnum; %种群数量2 U, c: j& T$ }  D
global pop; %种群- |5 P# c: v" v
%global c0; %速度惯性系数,0—1的随机数
: _' ]: M: E8 F; K, k; J0 J4 d) U0 lglobal c1; %个体最优导向系数5 G; f6 x) V% |, O
global c2; %全局最优导向系数
" g3 g6 J2 g7 k) ^( {global gbest_x; %全局最优解x轴坐标
% W1 ?3 d! q4 Lglobal gbest_y; %全局最优解y轴坐标" t7 {) R3 ?1 M- t' Y, y" `) [
global best_fitness; %最优解5 @5 j9 q0 M! D
global best_in_history; %最优解变化轨迹! h" \1 K3 q( R% ?! p
global x_min; %x的下限
/ b" r$ a8 o; E: Z2 fglobal x_max; %x的上限
- e( T9 e7 E+ S' s1 q! O! Wglobal y_min; %y的下限' g5 i# N# u( v9 X; M7 T
global y_max; %y的上限
  w" j8 Z  Z7 T7 X! T+ Zglobal gen; %迭代次数
7 {) a6 C" L- w" z  |global exetime; %当前迭代次数
4 h0 ?0 X( S" ^# ?' b) Y: E3 Aglobal max_velocity; %最大速度( F9 ?2 V2 i! i" b; p
8 H4 M4 u) o& E+ ^* v
initial; %初始化
% I4 h. x$ n: L9 V
0 Q* W$ C; V% Z, W1 f4 Nfor exetime=1:gen/ j- j# H/ l3 ?' t# t9 M/ b9 x( s
outputdata; %
实时输出结果
5 L# [9 w" J9 H! t# V6 |0 M- Padapting; %计算适应值7 \* d0 b8 b7 u+ ^. c2 }6 M. _
errorcompute(); %计算当前种群适值标准差
  c5 b) P* p  [  \- h1 _updatepop; %更新粒子位置
' m3 o3 B. [: f( @" N/ C& [pause(0.01);" N, T1 L! {2 R& a' N7 L
end
7 y6 {8 S* o. c  `/ w" Q( M& Z; c$ ~; H% o: m6 a* \' t
clear i;+ l# B# _% v! j8 t: P+ b- N
clear exetime;
% }9 o2 B1 m6 ^1 E/ {5 qclear x_max;. u* \1 u' R, y
clear x_min;& [6 L5 B2 x6 E0 `4 r
clear y_min;
5 w' I; `, Z3 [# Q' \' _) Jclear y_max;
1 F6 k- O5 u+ F4 |3 J9 |( D0 l  h& w- Y% h& K
%
程序初始化1 f& S7 X! l  [9 ]0 A% U

6 U/ u% a8 U, t! D7 d1 y0 Ogen=100; %设置进化代数
4 P  V3 }0 H. f& `6 h- Q* dpopsize=30; %设置种群规模大小- X6 K& U2 u! E, e' q# k
best_in_history(gen)=inf; %初始化全局历史最优解
) k( C9 ~; g0 h  G; Fbest_in_history( =inf; %初始化全局历史最优解
5 u, g) T: \0 o9 j& [' \% o3 I$ Vmax_velocity=0.3; %最大速度限制
3 ~4 C, _0 d7 t7 y- ~! C: l5 Qbest_fitness=inf;# |; u7 l$ J2 ~8 S* t
%popnum=1; %
设置种群数量
9 n, W/ h* M9 r# N+ Q5 m! p) w2 j3 A7 H+ I/ e" T
pop(popsize,8)=0; %初始化种群,创建popsize5列的0矩阵
# y+ o/ t" d4 j9 g+ x: x%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' a! c2 I0 K  \$ Z3 _' m0 s7 A
%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! T' F& B" ~( |) t! T
%7列为个体最优适值,第8列为当前个体适应值
- f! ^, h9 ~5 O- `% w' V% R+ [! G  ^
for i=1:popsize
- J) v9 K/ c6 J  T4 ]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3 I6 t% }( y! N- ?
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7 R" H! w) L+ R, {
pop(i,5)=pop(i,1); %初始状态下个体最优值等于初始位置
$ i+ C; }1 P  m( g' \3 g6 F- ?! E" vpop(i,6)=pop(i,2); %初始状态下个体最优值等于初始位置
' c) n) F. D' K3 M) Q# Npop(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0.00014 Q9 D% L2 b# a( `1 Y! ^
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0.00016 W* i9 U5 @9 B) e& N
pop(i,7)=inf;
! g+ C- ?6 l$ O- [6 {! qpop(i,8)=inf;
! T0 A! W! k8 x3 F# y7 }end8 A( y: t, O) I  U! t4 b( n
% {4 r0 K" D) e: |5 d" A5 U+ U
c1=2;
* F' }9 }. \6 lc2=2;# _  j" O5 a1 H
x_min=-2;
2 M( x1 L2 w0 ^5 K% U- Q' Yy_min=-2;
  x0 z- t# `$ t) \& ^3 n% E- h+ [x_max=2;0 P& R% e4 b, W; ^4 P4 l  o
y_max=2;6 c. D6 m1 D( N
/ L" h% s+ p5 W9 t: P' R: y
gbest_x=pop(1,1); %
全局最优初始值为种群第一个粒子的位置
$ C) m6 u; o4 L: s$ Y! Pgbest_y=pop(1,2);
4 f) k0 G3 V4 m0 l7 H: T+ N* a$ p2 l  u# K$ m* H* u5 k
%
适值计算* x5 M0 l" h* T
% 测试函数为f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048& ^. d6 r9 O- s( X: b+ `- q8 ^
6 D% X0 O/ M( a3 M
%计算适应值并赋值% Z: P% Y" B: _2 ?/ c4 x
for i=1:popsize
* W' M0 G/ I2 p$ a) o% npop(i,8)=100*(pop(i,1)^2-pop(i,2))^2+(1-pop(i,1))^2;
6 D/ p# n% f" `: U, D3 Kif 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
; G/ S# G& b: O% i. Xpop(i,7)=pop(i,8); %适值更新( ~" \& v4 z3 R6 w2 q
pop(i,5:6)=pop(i,1:2); %位置坐标更新* a8 a" w1 m; C
end
" O8 _- {1 E7 oend- k1 H) d+ r$ ]) s; f9 D9 D

) d" [$ o: d( |) J6 g" M%
计算完适应值后寻找当前全局最优位置并记录其坐标
* I3 d- D+ |6 dif best_fitness>min(pop(:,7))% Q, b( b: q  b
best_fitness=min(pop(:,7)); %
全局最优值
' X0 f, @. I+ g2 s! Qgbest_x=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),1); %全局最优粒子的位置' c- ~3 ^$ v% ^2 r9 _0 b
4 P1 d. O0 n) p) ?$ U. I! \& ]) ~
gbest_y=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),2);) M7 n; p5 r9 C* K( [4 b
end
( R1 V7 W7 Z. e% s2 D. p* M% q. f) s$ D# k5 U
best_in_history(exetime)=best_fitness; %
记录当前全局最优% M2 z; I+ ?; C5 g; @6 R) D2 [

2 {$ @' }- D  z6 \$ h% N& r%实时输出结果
) e4 a' j2 |( K7 s1 j8 P$ K% M$ T( n5 @! L7 N' q) N0 V
%输出当前种群中粒子位置
# \4 W2 S; t. t- L8 D! Z# u- t/ K+ xsubplot(1,2,1);
# H: ?4 C. t7 [' ~) q/ Qfor i=1:popsize
0 T" k* V; a2 _9 t) ~4 Wplot(pop(i,1),pop(i,2),'b*');
! L* B" i/ z0 Khold on;/ |  V  @; M2 g: D: i+ A
end
$ c! F' y, z- B9 O3 a2 n) u' K. A' I
plot(gbest_x,gbest_y,'r.','markersize',20);axis([-2,2,-2,2]);
4 E0 x* V4 l$ Ohold off;" T& ~8 e% D, W0 ^5 S

9 q: z$ h6 e2 I. t7 psubplot(1,2,2);
2 O3 u3 V1 T  q. z8 uaxis([0,gen,-0.00005,0.00005]);4 c% v  @: I* C, S

. l/ M* _% R$ g3 P' i! ~# g& nif exetime-1>0
: m9 O4 D' E7 j! U4 `line([exetime-1,exetime],[best_in_history(exetime-1),best_fitness]);hold on;
1 c. P8 k& b( S3 G- T7 D. Hend6 V7 z7 m% J! A0 r' J
* S: k2 p" X' f9 J8 H1 Y( v
%
粒子群速度与位置更新
$ q7 J8 H$ ^. I1 {2 B  R6 Q  P4 G  b9 A# \) j
%更新粒子速度
# Y# b3 _) f/ vfor i=1:popsize
3 b/ P1 ^9 U' r' dpop(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+ l# f2 l' V! {# I) c
pop(i,4)=rand()*pop(i,4)+c1*rand()*(pop(i,6)-pop(i,2))+c2*rand()*(gbest_x-pop(i,2)); 0 L! w) S: g' n7 M3 s1 G
if abs(pop(i,3))>max_velocity% {4 P; Y# Q  k- i
if pop(i,3)>0  `) d0 }3 B. N" r# c+ n
pop(i,3)=max_velocity;
4 s# \9 g0 w5 W% }1 [else
, O# \, G3 \& _! i: ~0 K1 m( Xpop(i,3)=-max_velocity;! M, j- _0 z5 U/ e% ?
end
6 m& A# p+ Z( f# l/ s$ p7 Bend( s& A3 R) J) e5 w9 `/ S* n- u9 f: ?
if abs(pop(i,4))>max_velocity
+ {1 i& e, G! @+ T* wif pop(i,4)>05 a# o4 }! A0 O$ w7 h3 I; r4 F
pop(i,4)=max_velocity;
' x. a1 h3 H* h; delse% y( a' c5 z% x- b, k
pop(i,4)=-max_velocity;
* y1 k% l, d9 ^: bend9 g# i7 t8 j8 S: J$ x
end
6 A4 n- C) W& U% a9 H/ Zend
; w& ^4 W  ^! N% d
. I0 |+ z/ K3 W0 l6 [, F%
更新粒子位置7 \0 N6 W! z5 |: S
for i=1:popsize; l  ?1 M( b. n
pop(i,1)=pop(i,1)+pop(i,3);
1 r" c" [: @+ g+ dpop(i,2)=pop(i,2)+pop(i,4);
7 T5 V5 h, c! Zend
6 D1 q2 X- [# X- E5 L
; }, {, Q6 z5 v, l

  S; l* R% B. o/ ], C$ P, C$ A7 h" u
4 i; E3 t4 \7 S4 A% N% h
3 K- V: M# k5 X5 O- _8 n' | & m; \$ J8 F% A% D" b3 O8 c* K$ Y
8 A' q% C7 d, Y) t4 x. E6 I
( x$ N% C, `1 n& v+ b8 ]

( l3 I3 m0 q; m/ o. }6 B
2 b! @; N. J4 R" \; T8 q
% O$ v  r. O3 V ! W0 U# J8 n$ e! s, a5 ]7 o
4 j$ a+ k4 G* u; N2 r7 d: q8 r7 j
% M- L  ?* A+ N$ F
# H" ^$ x9 C& S4 O9 i4 N; N7 C& @6 l

, X% o5 H. q, w) z6 z: j4 n1 n / B+ n0 G8 ?; a

6 N" u& u* U6 G% w! o% A SIMPLE IMPLEMENTATION OF THE3 I4 z+ }  a- v" z+ N
% Particle Swarm Optimization IN MATLAB7 Q# u' Y2 E) r& Q
function [xmin, fxmin, iter] = PSO()1 f' E7 c3 ]! s$ ^1 P: b4 L, R
% Initializing variables
) o) k3 t2 O: |1 k+ T) C: A- Zsuccess = 0;                    % Success flag
* H: @  k, d8 @7 S: f, o2 U; PPopSize = 30;                   % Size of the swarm
( c2 X, C8 C6 q; d/ f! {) n5 FMaxIt = 100;                   % Maximum number of iterations# O8 L* }$ ]7 z7 c5 b
iter = 0;                       % Iterations’counter5 v) E) ~; w' ~
fevals = 0;                     % Function evaluations’ counter
4 q# c( x! v* z3 @- g$ ~; oc1 = 2;                       % PSO parameter C
1, f" T, ~& N7 p. R. j3 R7 S
c2 = 2;                       % PSO parameter C2
0 p( G6 v6 Y. f* w9 l4 J, ~w = 0.6;                       % inertia weight
* U' f9 Y, I  G* K5 G* r$ R( v% o                  % Objective Function0 d# L; s; \3 T1 S1 N2 L
f = ^DeJong^;
! V& ~9 g+ K: n2 Vdim = 10;                        % Dimension of the problem
) I, R, p+ a6 ]/ x# Eupbnd = 10;                      % Upper bound for init. of the swarm, c$ Z0 E0 b1 `$ q) ^
lwbnd = -5;                     % Lower bound for init. of the swarm# G) _& M' I0 y% x, ?! b+ J/ v5 X
GM = 0;                         % Global minimum (used in the stopping criterion)" P# L& I. V! f9 U( [
ErrGoal = 0.0001;                % Desired accuracy
  C& D) r) a# U9 M9 r6 V" P9 w  e* T- b2 a
% Initializing swarm and velocities
9 n0 K: `* `8 _6 Y( I6 U! xpopul = rand(dim, PopSize)*(upbnd-lwbnd) + lwbnd;3 M3 J1 [4 g% ?" D5 j+ o
vel = rand(dim, PopSize);
6 k& W" }* _& K  x* o* l% V, J
, r- R6 s2 T( b9 F+ `1 D3 pfor i = 1opSize,
- L; ?2 h8 p' m" t1 {8 q    fpopul(i) = feval(f, popul(:,i));
9 T2 V3 G: F- F# t8 U. h% h4 K    fevals = fevals + 1;
2 k% N4 `- V$ L1 M. I- H- `end
: |: S. E) |7 K+ H' f5 l6 P
8 Q. G0 ?7 T2 W6 zbestpos = popul;
- j$ O4 b  u9 [+ cfbestpos = fpopul;
& B# D; H2 n( |, G3 e% Finding best particle in initial population! @% [5 K8 Q$ X, O% W  G) Z- l7 v
[fbestpart,g] = min(fpopul);
2 ~' Q2 t: f8 P; \; b8 elastbpf = fbestpart;
" @5 |8 P8 s+ }5 n
0 V/ a9 ^& n  [3 M/ hwhile (success == 0) & (iter < MaxIt),    9 v* [( @) ?, ]/ d# X1 m
    iter = iter + 1;3 }; K' L  L* p8 b8 O" a7 A0 T

2 B: g- C9 Y+ W( [) p4 D    % VELOCITY UPDATE3 h6 y1 r( v; D0 R$ E' p, e; j
    for i=1opSize,
! U+ [0 a4 w' e0 ?2 p        A(:,i) = bestpos(:,g);, x5 q& n  ]. t- r
    end
  o2 T) [; p4 v9 ]8 U    R1 = rand(dim, PopSize);; Y- R4 U/ N6 C
    R2 = rand(dim, PopSize);$ F- U( s" o1 S! E
    vel = w*vel + c1*R1.*(bestpos-popul) + c2*R2.*(A-popul);
  z( q+ O# F, M' t1 u1 X
1 a9 y9 g" _* ~/ i3 J6 s, g    % SWARMUPDATE
+ f1 Z6 m+ x- {9 o; q6 `) V    popul = popul + vel;4 t0 Q* ~" M  j- p9 O3 c4 ?
    % Evaluate the new swarm
* ~! s+ }  z+ {; S. D% F( H    for i = 1opSize,
8 y  J6 b7 c4 ~9 _! e/ c* L! [4 P5 S' B        fpopul(i) = feval(f,popul(:, i));
( f1 I" H# ^% l# f; a        fevals = fevals + 1;' q: u. A6 d% o3 h. ~
    end% ?. @! M  M% ~4 |( x% t! l
    % Updating the best position for each particle
; i. }  V- p- q( P0 m2 K; G7 m    changeColumns = fpopul < fbestpos;0 O; o; o) @: k/ C7 p2 ~5 a
    fbestpos = fbestpos.*( 1-changeColumns) + fpopul.*changeColumns;8 b! ^4 u* ~4 l! l! f" y2 a
    bestpos(:, find(changeColumns)) = popul(:, find(changeColumns));6 Q( e3 r  S) N
    % Updating index g
, U2 M' F( O& V" @( g    [fbestpart, g] = min(fbestpos);; m3 Q& ]( `6 V+ c' \& j. K
    currentTime = etime(clock,startTime);! I+ D' m6 u2 ]- E5 q; h* W
    % Checking stopping criterion& ~! F3 y# C7 N4 \  [4 u
    if abs(fbestpart-GM) <= ErrGoal0 _# ?. U7 U6 A
        success = 1;# O# }9 S6 n/ M8 N: ?# \5 }
    else  N  b  F+ t7 w  I6 B) J9 k
        lastbpf = fbestpart;
' [2 U5 x* d4 B  s" Q& n5 Q    end
) a) F0 S8 h3 [) z
7 o# ]6 f% h7 G2 @& Nend
- u0 D5 X9 B2 U) g# q! {! P6 X3 r, a- ^' t! e
% Output arguments
# l! z6 E- j* E3 y* k6 B: f! Hxmin = popul(:,g);
5 o, q7 M- S8 r6 T# K, H, Q& e. t5 vfxmin = fbestpos(g);9 k5 ^. ?9 t7 P1 _2 Z

; X) z8 h( @2 G* Lfprintf(^ The best vector is : \n^);
4 Y  h2 N9 o: _fprintf(^---  %g  ^,xmin);/ U5 F0 P' U' y: }" e  o
fprintf(^\n^);8 w& X8 Y2 a* q% `6 x
%==========================================6 x9 |6 H) T: \+ `8 D4 J6 e
function DeJong=DeJong(x)
; }4 E2 A7 L: z/ O* F7 ZDeJong = sum(x.^2);
zan
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