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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% @$ Q9 v# z0 K) Z/ `  v
% 2007.1.9 By jxy/ ~& D- b; y. x
%
测试函数:f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048( \% J; J" Q, ^, E0 z+ L& g. B( X
%求解函数最小值+ ]2 X& b+ S- T& L& q$ r

# v, s1 n2 |$ G' k8 \" zglobal popsize; %种群规模' J" v- ?6 m/ n! T$ \
%global popnum; %种群数量0 \" ], t' O9 f" ?" f
global pop; %种群' }. F* Q9 X8 E) s; O. x# C
%global c0; %速度惯性系数,0—1的随机数
- b0 c8 p& G9 F" \8 \/ @; ~! nglobal c1; %个体最优导向系数; s4 O* {  X2 ^+ v+ G
global c2; %全局最优导向系数( j% B1 N( J2 m: d7 n+ a2 Y6 n* s
global gbest_x; %全局最优解x轴坐标9 X  n1 _' t5 J1 v. X/ R
global gbest_y; %全局最优解y轴坐标
4 H4 o% j/ m! S- w+ C+ j7 F# Cglobal best_fitness; %最优解
: }0 S2 `) r* u- eglobal best_in_history; %最优解变化轨迹% [: G1 e) e/ X. u
global x_min; %x的下限; B# a) J5 i- x1 w1 M  B
global x_max; %x的上限* J' F; E) i8 ~3 ~* N1 j! K( S0 B
global y_min; %y的下限
  Q; z7 Z8 X. X' Jglobal y_max; %y的上限
* i, h, c, Z; I' H5 U# Gglobal gen; %迭代次数
6 {: s3 i2 w- p) X5 n0 [# Yglobal exetime; %当前迭代次数
% N5 }  k9 @+ |1 ]; W$ b5 Xglobal max_velocity; %最大速度
- m& M2 g8 Z7 W4 u) ]2 l0 a, O9 ^' H, l$ \
initial; %初始化7 |8 Q8 x8 u1 W- c' M

+ A* A) y6 M( L, J* n9 bfor exetime=1:gen7 h$ E: U0 O# Q/ z5 p: z8 i$ g
outputdata; %
实时输出结果
; B# K- l& O8 ^. Q6 v1 Vadapting; %计算适应值# b) k& B5 v& r6 a9 O$ ^0 N* b
errorcompute(); %计算当前种群适值标准差4 n- z: t* b% [% B
updatepop; %更新粒子位置
2 J. V9 }  v0 K( }! y% @pause(0.01);
9 Z* `2 `) O$ t" bend
* k& t+ e" ~8 T; o
; u: ~* Q5 Z) j0 }8 iclear i;
7 s; ]- n/ t% h" [$ |  ]- Fclear exetime;. d. u: ]& R. h( E5 f4 R& t6 b5 Q' a
clear x_max;; k3 ~! |7 c+ ?' J9 l. h- k# l
clear x_min;; ~3 ]$ A0 E! m( ~2 N$ H5 S& [
clear y_min;
' |( }( e8 Z$ r/ V( T. C" W4 _$ T+ mclear y_max;
+ j- e1 q) G1 J: Y4 w, ~5 C) @: w9 \. R- a/ h3 ]
%
程序初始化
' e/ e) F. e3 S+ g4 [8 y7 d6 S- n6 i
gen=100; %设置进化代数
+ N8 Q1 k7 R5 m  apopsize=30; %设置种群规模大小) t! O' e6 E4 j* B% y8 M) E# T
best_in_history(gen)=inf; %初始化全局历史最优解
. q. v$ v) V7 ^; v1 c/ Z$ @best_in_history( =inf; %初始化全局历史最优解, n' n. O8 I7 `3 M. Q' C
max_velocity=0.3; %最大速度限制. S( [5 J: E8 Z" e
best_fitness=inf;7 Z1 C# N' ?) g# p8 c
%popnum=1; %
设置种群数量
2 W* e; @% }0 w
6 @" |) z+ n' G6 D2 r4 J- a% }pop(popsize,8)=0; %初始化种群,创建popsize5列的0矩阵
* D. O/ t1 p% N5 j%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2 X' s+ z$ Y2 d; t" p# \4 p0 h2 E) g6 V
%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
4 |  s$ u& @5 l+ c# w  V& r" ^%7列为个体最优适值,第8列为当前个体适应值6 k  z. q, \- S% {
' L1 C; }8 w& h( a3 k
for i=1:popsize+ c9 ]% G7 `2 T& h% Y( ~6 G7 Z: o
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
; W" {0 \4 o  `8 ~2 _( s6 n) I( F( tpop(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
$ Q3 S3 Z- s( [" ?5 K8 T6 K& zpop(i,5)=pop(i,1); %初始状态下个体最优值等于初始位置
# Y- p: D9 }0 w. D! ~pop(i,6)=pop(i,2); %初始状态下个体最优值等于初始位置
) L3 z! F. k3 W1 I$ d/ Apop(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
, E% i. ?& b- B. [) L9 Tpop(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; P# P6 _; h6 ?* L1 y( T- R8 _
pop(i,7)=inf;' R: E4 N5 ?; U) L" g7 a3 e
pop(i,8)=inf;- P, l  z& V/ Q( p! ]8 v( Q% b
end
3 j) S5 J6 Y9 K) {" G1 M
9 D) J7 ^" _) t, f) F+ Oc1=2;
, f5 H1 `2 ^* r0 C3 a7 Ic2=2;
6 z. x  \; N, |- Kx_min=-2;
' V) D6 Y+ k1 y+ `4 y1 g5 }& g% uy_min=-2;
; Q  d% F; r$ t; @x_max=2;# D8 j3 N* j1 O. Y
y_max=2;
& ~& S* _' j! [- \; T6 Z) h! `7 B' U
gbest_x=pop(1,1); %
全局最优初始值为种群第一个粒子的位置, r3 l" _0 |$ x
gbest_y=pop(1,2);
+ U: P. B5 T( b2 M
! |4 u3 W- C/ A1 @, J/ M# Y%
适值计算" z9 J2 q, y; i, k9 J! Z
% 测试函数为f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048
$ n# @+ O* f* g# z9 {
' i' Y, S5 b/ o/ D0 `, O; V% X/ O( T%计算适应值并赋值  h6 s# C5 R! A, I
for i=1:popsize
: v  N! g) `8 ^8 a" G5 B$ Spop(i,8)=100*(pop(i,1)^2-pop(i,2))^2+(1-pop(i,1))^2;
' f, U, |8 H& F7 Aif 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
9 z  j0 L  U9 d/ Rpop(i,7)=pop(i,8); %适值更新
) m9 W( Z/ K1 l# U: tpop(i,5:6)=pop(i,1:2); %位置坐标更新5 A/ I9 C. s; z
end! W: L: ?3 j! |* u* {  a- T
end4 _; p" c2 Q. G( y$ g
4 E! u3 N( H0 M) e% _
%
计算完适应值后寻找当前全局最优位置并记录其坐标0 C/ N/ _% n  t3 w4 e  l1 g4 `
if best_fitness>min(pop(:,7))
/ z/ ~: ?% L5 j$ v; d! j; s# Qbest_fitness=min(pop(:,7)); %
全局最优值; F/ x2 ^, c, e. c- {$ J
gbest_x=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),1); %全局最优粒子的位置
5 x0 ]) ]) w( [+ E
+ f" U+ k* ]: w1 O4 P8 s
gbest_y=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),2);
3 ]' q2 w7 N) |6 ?8 B8 i3 N- oend
* h' H! J" ?* i1 T* z9 m( e! Y1 T, `8 n* X  K1 g) g- P6 Y+ i
best_in_history(exetime)=best_fitness; %
记录当前全局最优4 c0 u9 N# c: T( ^/ e- z0 U

( g  D( n/ R) n; O8 J9 n6 F! h%实时输出结果8 |4 G( N8 {0 F2 I; L" m- l
5 _7 m& o( ?  d- }: D$ ^+ n
%输出当前种群中粒子位置
5 N% b4 Z5 D- csubplot(1,2,1);8 r+ [4 d0 |' W$ v( w, A4 B
for i=1:popsize
. W7 y1 ]* ~4 ?. lplot(pop(i,1),pop(i,2),'b*');4 P: ?: h9 R" k1 S9 d! w  |/ V
hold on;  G- l) k# i) z2 ^7 O3 j8 {+ }2 |4 i
end
" u: H# x! M! @* w# C( L. Z4 [; Z8 \# O$ c" V
plot(gbest_x,gbest_y,'r.','markersize',20);axis([-2,2,-2,2]);
) z. C' T1 u) H/ \, p* {7 qhold off;% V) C- h$ g# U. f7 b

+ z- i' Z+ u# Y2 v! `% d; usubplot(1,2,2);3 e/ [, ]/ g* H, I. k" m& L
axis([0,gen,-0.00005,0.00005]);
0 ]5 P  q( w5 d. k+ S0 B0 e# B5 r7 ^# B) P
if exetime-1>0* A5 v' N' ~' @4 F% |
line([exetime-1,exetime],[best_in_history(exetime-1),best_fitness]);hold on;
) [" L5 h: `) z6 q' Bend' ^5 u" U! ^1 K& P

9 T- @2 ]- N: [0 C6 t5 g%
粒子群速度与位置更新: n: B# B& v& {4 r+ J

! p7 z  y  U& {1 o5 _4 d%更新粒子速度* s+ I" _1 \4 H, Q# y' A9 `* {
for i=1:popsize  ^+ X/ ]: F* p+ h8 l  D4 D
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2 h3 u* M0 L, \7 {' u5 s
pop(i,4)=rand()*pop(i,4)+c1*rand()*(pop(i,6)-pop(i,2))+c2*rand()*(gbest_x-pop(i,2));
9 d* c/ \2 {- C5 i* Mif abs(pop(i,3))>max_velocity4 @6 F! O, `, ^+ S4 b. B; c
if pop(i,3)>0
/ g6 \  W2 r% ppop(i,3)=max_velocity;7 f7 Y! j6 ], |% o% W9 ^
else+ S/ s: a) y6 ~& D( H0 N
pop(i,3)=-max_velocity;, `6 b7 k) c% N% o3 }
end
' o( X; |0 h* j6 z* C" H# y2 w# @end
; D( n9 a9 x( x9 mif abs(pop(i,4))>max_velocity6 A0 c+ s) @4 G6 t- H8 K% z. Q; Y
if pop(i,4)>0
+ t: [4 Z* R2 e5 y% dpop(i,4)=max_velocity;& Y! L4 t; |$ Y
else
8 [: l1 a6 S& W! G5 \pop(i,4)=-max_velocity;" e. [5 q% I/ B2 C2 a% {) O
end4 S( H/ G, c. l0 B* P  {, `
end
7 F! T. X4 x; Y0 W9 T4 o1 T' ]2 I0 Uend, X" E; V- X7 T/ E

$ L; `5 N" a" l& v8 w. ?4 ~+ O%
更新粒子位置' B6 k+ M1 w9 i9 J" X# f$ L
for i=1:popsize
; d7 L& L# W( h$ Z/ i, apop(i,1)=pop(i,1)+pop(i,3);2 U* G0 \) \/ d1 [% J( E; q
pop(i,2)=pop(i,2)+pop(i,4);
3 T+ y7 z5 o5 O$ Hend
# e  h& v' A; L/ z' G1 ~0 A
: ?1 ]. @. W3 I* ]0 v4 {1 J
2 Y8 T3 m5 ^4 u% S+ y2 _" L! ?

- \( Q# |, F: ?: P/ F 1 a5 i( E9 [8 K3 t% {( B- L# N
2 ?& m$ X  C. @, Z! n
/ v+ h' |$ _0 s* v# U; g
) z, g" f7 k! }5 o* f8 z: W
! Z* p7 s: O+ X! h/ B" W" X
5 [: f% a8 L$ P8 B$ [( L$ B
2 X; d9 Y& c1 Y- H4 U
2 d( u, b$ w  ~+ O
0 R5 f' T' d! K

6 W; M2 M! p. K7 Y& M0 A
* f0 X2 h$ I7 ^, W! u
9 @" G+ [6 p8 E/ t $ l9 `$ Y+ c; k3 Y# e- t4 u

" [* h3 O% m, z, j% A SIMPLE IMPLEMENTATION OF THE" a# Z. l$ O. o( }
% Particle Swarm Optimization IN MATLAB+ ^9 V& z, t/ J( E( o
function [xmin, fxmin, iter] = PSO()& L+ i/ k. m! W2 d$ P; ^
% Initializing variables
. j' L! c# h8 fsuccess = 0;                    % Success flag
: y- D) o% u2 I! _  MPopSize = 30;                   % Size of the swarm
. {  o+ q, W5 q( ?* K! z: SMaxIt = 100;                   % Maximum number of iterations( ^/ k# N  i0 n( K# Y% P
iter = 0;                       % Iterations’counter2 T; u" S2 ?% C. `% y: W
fevals = 0;                     % Function evaluations’ counter
! H2 W1 |3 L7 [( D: hc1 = 2;                       % PSO parameter C
1  y2 Z8 o+ H' i/ Q
c2 = 2;                       % PSO parameter C24 v* y7 K8 k& a& i" I$ e) E
w = 0.6;                       % inertia weight4 [9 {: f+ g3 W. h5 X
                  % Objective Function
* G: L& p" c! d8 I& M5 I& Jf = ^DeJong^;
2 E  V. T+ w* P0 Ndim = 10;                        % Dimension of the problem
# F2 {* E9 S4 T9 G" q7 g! Z7 l, cupbnd = 10;                      % Upper bound for init. of the swarm
) d7 p% _% C, ]! Q* T0 F5 F- z- |. V" vlwbnd = -5;                     % Lower bound for init. of the swarm1 W8 A0 Z- `+ v2 s; x- s
GM = 0;                         % Global minimum (used in the stopping criterion)+ p4 e2 k/ o: }* w9 G; T6 }7 Y5 D
ErrGoal = 0.0001;                % Desired accuracy" U- I! ~# z% S8 i

; t/ f: a: d* z) _! g4 Q% Initializing swarm and velocities
$ q8 F& p3 z4 Q# Fpopul = rand(dim, PopSize)*(upbnd-lwbnd) + lwbnd;
4 c) m" }: I5 ^! g; q4 y: bvel = rand(dim, PopSize);6 G! r& G; @8 i6 P) E

9 H$ u3 ~) g; n( j9 g  t# Afor i = 1opSize,
* n$ \* T9 R" o2 K    fpopul(i) = feval(f, popul(:,i));
- K8 o0 A" E3 c8 o    fevals = fevals + 1;8 \" R- a4 d2 B- q/ ~0 q( [6 C0 _
end* \+ V) B4 G% {+ t0 e
4 |! p8 n) l# X
bestpos = popul;! s. u, M. Q# M4 }2 k
fbestpos = fpopul;8 a) G; b6 R. w* ^6 a
% Finding best particle in initial population* J) \" @- _  f
[fbestpart,g] = min(fpopul);
" T" Z+ ~: R3 I  P3 T2 Qlastbpf = fbestpart;: G. i, I- }6 ~" m3 |
& l! s# F) f% k
while (success == 0) & (iter < MaxIt),    ( C/ t( @  S) g' q, N& [' P/ A# T
    iter = iter + 1;2 f7 V$ I: ~9 P# [
* z8 C9 S9 X$ I, a( J
    % VELOCITY UPDATE) N1 m% j* j- e% q7 ?3 K  U
    for i=1opSize,6 ~' p$ W+ m' u4 M3 Y* s: m
        A(:,i) = bestpos(:,g);
  W$ m4 E1 R. \- \/ X    end
, Y( ~3 z/ N7 n( |' ~. N- d    R1 = rand(dim, PopSize);7 u4 k8 A7 O7 y- q1 X
    R2 = rand(dim, PopSize);: P! `) x- W" j: M# H' V
    vel = w*vel + c1*R1.*(bestpos-popul) + c2*R2.*(A-popul);
- A6 X& `# j5 {0 [
, n1 S# M" Z" v) ]2 c) U% ^    % SWARMUPDATE  x: G9 p9 a# i: C
    popul = popul + vel;( O* |# m7 D5 z- B4 H% D3 M
    % Evaluate the new swarm' D' Z& L! h; d) D$ M5 G
    for i = 1opSize,
4 S# u6 T* g' b* B9 M        fpopul(i) = feval(f,popul(:, i));2 v  B: a1 `$ v9 r& I
        fevals = fevals + 1;$ j) q" z8 e/ J  b8 c
    end
; C0 K$ s( O' [1 K: m  R7 G    % Updating the best position for each particle
! `. M! d* y2 Q! r& U5 W    changeColumns = fpopul < fbestpos;
+ H( T% K2 \- H0 g    fbestpos = fbestpos.*( 1-changeColumns) + fpopul.*changeColumns;
7 U' O0 i8 i4 S% n+ s0 e/ f6 O4 F3 M    bestpos(:, find(changeColumns)) = popul(:, find(changeColumns));
  t- i6 X% `# l& `    % Updating index g
+ R4 }/ c! ]3 g: Z& m+ x- G5 U    [fbestpart, g] = min(fbestpos);
# Z) m& ^* ?0 d# z    currentTime = etime(clock,startTime);
6 ~8 O$ n1 ]* \2 c    % Checking stopping criterion
, p: C; K4 j0 ^' k- s8 z' o: X    if abs(fbestpart-GM) <= ErrGoal
: b/ ~7 x( W6 m2 i7 c( A& c        success = 1;
# |) Q; s4 h5 ^2 F0 m! ?    else8 }/ p) B- {, A# U
        lastbpf = fbestpart;, u, L5 o- t; d) X4 l2 @
    end* i& j& W  X6 f! [& n7 V/ r
, E. i6 c# C! k. e' m! n$ D+ n
end
3 {7 K* J: f) w8 q/ r) m2 T; U  v* S0 O+ p7 C- T+ S9 Y8 v
% Output arguments
% U  W% Q' B% V; q; n! S) }" Uxmin = popul(:,g);
% j" \4 o, O2 vfxmin = fbestpos(g);
! G7 I+ P/ _2 ]
6 u+ i/ U8 H) ^$ Z' Zfprintf(^ The best vector is : \n^);
, B: Q" J( ]- Y+ g0 pfprintf(^---  %g  ^,xmin);' R4 h# P( `# g& Q
fprintf(^\n^);' c6 E1 X& Y& [+ u" V4 a
%==========================================- W- r/ G! M. A- g: e+ `4 t# B7 q
function DeJong=DeJong(x)5 M; c: d3 K4 M9 t! U3 I- w
DeJong = sum(x.^2);
zan
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