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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" p4 z1 t+ R1 f5 C8 V7 N$ m0 b
% 2007.1.9 By jxy
8 ~0 O. n2 |9 M8 v& j+ B- P% b" Q) g%
测试函数:f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048
+ ?% L; E( B! m' q0 r0 O%求解函数最小值
3 L  i3 R1 X7 k7 E, {/ R& Y8 h0 @1 _) a, o5 r7 u  i
global popsize; %种群规模
, D, n) ]( i, C  h* L8 W. x# X%global popnum; %种群数量: _. C( y! B* L' T/ A
global pop; %种群
" o1 M( g; k  g% W3 H%global c0; %速度惯性系数,0—1的随机数7 Q2 V( L, s) |8 k/ b
global c1; %个体最优导向系数7 Q' t& j( Q2 {. ^* r
global c2; %全局最优导向系数
* r% R" E* O- U' Q  ~3 Xglobal gbest_x; %全局最优解x轴坐标
" v% w+ _" e' }( l& aglobal gbest_y; %全局最优解y轴坐标
  @, G; @1 L5 k  p0 Lglobal best_fitness; %最优解! S3 y) D4 Z5 n9 \: n& [
global best_in_history; %最优解变化轨迹
/ g0 @& I2 U3 I) ~9 L- N; u' A0 Jglobal x_min; %x的下限
# d3 k% o2 f/ ~  {4 `% s- n$ vglobal x_max; %x的上限. z% D, K" x6 N4 Z
global y_min; %y的下限" ^9 m+ P" A- D; Z& O& r# ?! `
global y_max; %y的上限4 ~$ s) n0 h' S3 e4 ]. l( f& [- L
global gen; %迭代次数+ o" x2 e  w" [# i* w  A7 t
global exetime; %当前迭代次数+ w+ m; R/ e+ t0 |6 a1 E+ P
global max_velocity; %最大速度
8 X' P" [9 o! @: L: w: T7 R. c
( w4 A3 u  o& q5 M# {9 T6 Xinitial; %初始化' W) z. S* Y2 d4 K

$ F$ R3 k; r  \9 k6 e( Vfor exetime=1:gen
' c, g4 B: n/ D9 q) o6 \outputdata; %
实时输出结果: d0 p/ [* Q9 R3 N  E: _1 b! a, Q. I
adapting; %计算适应值2 c7 R) _5 }" V8 g9 C
errorcompute(); %计算当前种群适值标准差
) _' z3 J9 R" U2 Supdatepop; %更新粒子位置, Z+ K. ^% c# ?- ^
pause(0.01);5 S8 @& n  C; C; v9 ?
end
) N# e% h; t, T6 B2 }8 V; m4 u- d8 d' {& L! N3 n0 c
clear i;2 X# b& X0 T2 z2 ^
clear exetime;
, r7 g; F$ l5 m1 p3 Lclear x_max;
0 e+ V1 L) E% `$ f7 G2 h! vclear x_min;
0 Y9 P& {0 w$ ?" G5 r. Qclear y_min;% A  u) y- M. Z( v% ]& g
clear y_max;$ P( _/ `2 L2 O& G! X  G  _: w5 @

2 M* u! `( F* K% s/ T- V+ B%
程序初始化
% O- P7 f* ?1 }$ C7 n8 c
" m6 v, T. M) ^$ E5 Zgen=100; %设置进化代数
2 E! K  u) g4 L+ fpopsize=30; %设置种群规模大小3 ~2 T" u. C. M
best_in_history(gen)=inf; %初始化全局历史最优解9 w7 m3 ?* w' @/ w3 l
best_in_history( =inf; %初始化全局历史最优解
3 ~1 {! n: }' E, P8 l$ fmax_velocity=0.3; %最大速度限制
+ Z! h+ t; q4 O; I$ xbest_fitness=inf;) ~- \& I* b4 T) I/ o. Y
%popnum=1; %
设置种群数量
' f( Q3 J% E( x! c
' u, @* m3 }" ^pop(popsize,8)=0; %初始化种群,创建popsize5列的0矩阵% w. }0 |2 e8 s( u& S
%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- o. ^% Y$ p2 J! Q
%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( p9 p8 Q: X& r4 W0 Y
%7列为个体最优适值,第8列为当前个体适应值
, w- K2 R4 s( z- m# [
6 g+ c/ h1 l6 Efor i=1:popsize0 J& \) V2 i6 N5 B
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
/ D5 i7 R& Q7 H$ opop(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! V( [) w6 ~& C; P# N8 K
pop(i,5)=pop(i,1); %初始状态下个体最优值等于初始位置4 \3 u, J# S" L; ~9 l9 l; `+ H7 D
pop(i,6)=pop(i,2); %初始状态下个体最优值等于初始位置- Z; N3 A: x  A- n1 p+ N
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" @( z+ c+ q& @& a8 a  m
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
) P: G; d/ ?' K' A( Spop(i,7)=inf;
$ m( ?0 e" ?, p4 epop(i,8)=inf;
. Q5 o. H. A( f7 b2 B" Q# jend
6 f/ X' m7 O+ Y, C# o3 Z+ P5 @0 x( h# j9 S! b
c1=2;
" b% z3 [$ n0 \; dc2=2;
1 ?$ `+ p9 z! S$ mx_min=-2;
& @. k* |( j5 H5 m5 t1 |y_min=-2;
# O: e$ p; J, ^5 |6 s% Y: B" px_max=2;
4 k9 ]7 \$ p8 Xy_max=2;, d" J0 v$ |5 r/ M

  L* R* y# O% ^) c, ogbest_x=pop(1,1); %
全局最优初始值为种群第一个粒子的位置0 j2 A+ R# N- ?8 ?' m9 S
gbest_y=pop(1,2);' s  A# }  J5 N0 l9 c+ Z
- V* Q7 j$ z% x6 B
%
适值计算/ T$ U# {9 K3 L/ X0 l; Y' h
% 测试函数为f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048! q: a! D2 x& _2 a0 {/ V3 I! a

; \$ m1 N: X. e/ o) Q0 n%计算适应值并赋值0 g- e: M; `5 W8 {$ i2 C' x
for i=1:popsize
! J8 R8 \# L& I6 c/ d4 Spop(i,8)=100*(pop(i,1)^2-pop(i,2))^2+(1-pop(i,1))^2;
/ b# @+ ~+ P6 c- Y& g2 J. 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3 G! Y/ _0 i7 j' D3 r/ _; H
pop(i,7)=pop(i,8); %适值更新* z0 ~: G. l1 m2 a/ D$ |
pop(i,5:6)=pop(i,1:2); %位置坐标更新
' X7 ~7 Y. G. z5 lend/ u( u7 o6 a* J' M5 ?
end6 ]7 r) @+ P" Q, r' V6 i

( q% A- r" X% z" @$ @7 a0 A$ P! V# t%
计算完适应值后寻找当前全局最优位置并记录其坐标
: j( \, U: P, @9 K7 p. Cif best_fitness>min(pop(:,7))3 m& J2 p& G2 F; g5 j
best_fitness=min(pop(:,7)); %
全局最优值
! I: y7 K/ c1 Q, ]. L  v9 p; V; J: }gbest_x=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),1); %全局最优粒子的位置( }' W2 P/ c4 Z0 g) d9 S. |

2 N$ Z/ Q' Z9 v0 ggbest_y=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),2);+ f! u& a& q; \+ {- H8 e7 J0 T# ^
end
$ o) m, \( c, a/ K
6 W1 m. r% H1 r5 o% {/ Nbest_in_history(exetime)=best_fitness; %
记录当前全局最优7 {$ D# A$ V3 P1 i
  Q1 z. T8 d( L1 D
%实时输出结果) O7 _8 P/ L3 a/ m
5 k  g( U) z  s& g0 z( q
%输出当前种群中粒子位置' t, K& b7 F% o7 Y+ f
subplot(1,2,1);, B( }5 t# d& i8 n- Y7 y
for i=1:popsize
2 K- K# F+ Y: U! E( x8 _/ l$ Mplot(pop(i,1),pop(i,2),'b*');
+ Q* Z% A- w" [% I, _+ q" ]- l2 a) Lhold on;
6 ]' Z( \3 R/ eend3 j1 ?( ^# u/ N1 v( Y; |- c

" m0 V1 _& v8 H* X: ^9 C" t5 S9 j0 X  splot(gbest_x,gbest_y,'r.','markersize',20);axis([-2,2,-2,2]);( Z- d; S9 }  D/ O8 j  `
hold off;. D" Q) y3 ^, y+ {3 `8 k* Z/ k

1 H7 G1 s3 `- Isubplot(1,2,2);
% _( n* k+ C% z# s7 Aaxis([0,gen,-0.00005,0.00005]);4 J9 c  P. q- N8 S5 [$ U  w
3 }; ]8 M5 i' I$ y
if exetime-1>0
; |( [* ^8 L6 T; Jline([exetime-1,exetime],[best_in_history(exetime-1),best_fitness]);hold on;
7 X0 K4 Z( A" G# V. ~end# q9 \6 s, e/ n! e3 l. `

2 D2 q9 d% g8 v" j5 W9 S* }8 `0 L%
粒子群速度与位置更新% v6 r" f( _: f3 u* l9 U
5 c5 G+ h% c& {7 H# A9 ~
%更新粒子速度# \, H5 O+ ^6 Y9 }. P
for i=1:popsize
2 M3 a. y. g: W2 Z7 K' Wpop(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 f! m* _- U8 p) G0 V" l/ S) Zpop(i,4)=rand()*pop(i,4)+c1*rand()*(pop(i,6)-pop(i,2))+c2*rand()*(gbest_x-pop(i,2));
+ |1 a% a+ K- ?' Vif abs(pop(i,3))>max_velocity
' P: P4 L% E4 U- L/ |8 v2 eif pop(i,3)>0) p+ F" L6 U! R. R0 T0 b3 |: j3 c
pop(i,3)=max_velocity;
' s& ^3 \- @) [else5 Y, V1 q/ F0 @& ^, T  R7 h9 F$ l8 Z
pop(i,3)=-max_velocity;
4 R/ Y1 _# w+ R% H5 \end
" F  Z2 _) C5 F" qend! ]7 @9 \( b* a& x8 J, u
if abs(pop(i,4))>max_velocity; j1 x1 U" Y3 M
if pop(i,4)>0
( L9 S9 ~) F: n( x1 P9 O2 Apop(i,4)=max_velocity;
6 A7 S# V% I; i8 P+ ?else
: u* P8 h4 w3 F7 R/ k( C% D, epop(i,4)=-max_velocity;
8 r: v, F/ J9 Kend
( ~' T1 s! x. k/ X+ n9 |0 I  O1 f+ Jend
  }, E$ ~3 U8 H  tend# L& e5 a& _4 s

( [: P  _* }7 c/ b9 R7 m( p%
更新粒子位置
6 M! _  ~" z( o1 S6 yfor i=1:popsize
% g; A8 i4 b  f# s$ H) Hpop(i,1)=pop(i,1)+pop(i,3);; p) \  s, E, ]4 S1 Z/ r+ d
pop(i,2)=pop(i,2)+pop(i,4);
2 y; u2 L8 I$ S' T  |3 ~; \end
' g4 y, E, S, a7 Z  @
6 C3 ^! u3 d2 ~7 r" y
- m6 U8 b! h8 e% Z" n' g
5 W$ x1 U& _; E( w/ m, H

) l4 c: J2 Q+ z  M/ D ' k: e3 j0 {5 q) M5 _8 O4 A7 B
6 l3 c$ ]$ y3 i  _2 k+ a
' N0 T/ t5 e* a4 e

/ @5 \5 N" W, f" l; h
* S* `  ?" ~% \* w" W
# o6 V0 y4 L) G ( ^- `$ _/ V6 J4 L& y$ P) K
" I2 ?3 b( H+ z1 Z' @$ m" K

# l# I8 J; i$ U3 u1 a   `; i6 `9 W* M$ ?( L. }& c' B
" G# p% m: S& o+ P+ n

4 k2 u' J* T6 ?3 u3 M & J) Y0 X0 U7 Q2 f7 ^
% A SIMPLE IMPLEMENTATION OF THE
+ i* Q# g+ r5 {  P* B. }, Q% Particle Swarm Optimization IN MATLAB8 {: c* N3 d, q9 O& A
function [xmin, fxmin, iter] = PSO()
# M/ q& x1 f5 a: M' o% Initializing variables3 ^  e* k1 @+ I( b
success = 0;                    % Success flag% K' m$ B0 R, O* [- i% T$ S
PopSize = 30;                   % Size of the swarm
2 u: I/ M) j1 z$ ]  n9 y; Z$ VMaxIt = 100;                   % Maximum number of iterations4 F4 d( a6 a' d$ ]3 ~
iter = 0;                       % Iterations’counter
! e5 R5 @* u( }( g  bfevals = 0;                     % Function evaluations’ counter
# M  }6 z2 i0 k& o6 a/ {c1 = 2;                       % PSO parameter C
1, }9 K4 R4 j6 v
c2 = 2;                       % PSO parameter C2# ~1 W: q2 e% t: p: m+ R7 N; W( l) H
w = 0.6;                       % inertia weight  a& c/ U; ~* K0 Z+ E6 O
                  % Objective Function
4 u0 ~( R0 }. g5 Q  sf = ^DeJong^;
7 H0 g( \) a, V7 ?8 Fdim = 10;                        % Dimension of the problem
! c0 ]. ~' c+ Q9 {4 Kupbnd = 10;                      % Upper bound for init. of the swarm% d0 t) d' [, h! h
lwbnd = -5;                     % Lower bound for init. of the swarm3 J* K5 e1 u  g$ n
GM = 0;                         % Global minimum (used in the stopping criterion)! ?; t1 E( Y6 b- x% T
ErrGoal = 0.0001;                % Desired accuracy8 Y) _6 |; D4 x7 X* X( z+ \" e

( a' y2 [- H' y& X; {, T6 a  r% Initializing swarm and velocities
) q/ H- j7 ^% E+ A7 f% }" @4 tpopul = rand(dim, PopSize)*(upbnd-lwbnd) + lwbnd;1 `2 m# r# g$ f" g$ {% g& w
vel = rand(dim, PopSize);
- H1 q) V/ T! q/ R5 f
9 j/ z+ _  `/ @. K. m4 I9 N( f6 zfor i = 1opSize,! B; B3 c2 W: c; \) C
    fpopul(i) = feval(f, popul(:,i));
( B( a5 A% P$ K8 U/ Q7 U2 I: r( y/ f    fevals = fevals + 1;
# {, i4 r7 j1 W. Q7 fend
: o) d2 d; S# z( @* x7 @  `; }+ b# S4 i* O4 J3 X$ w
bestpos = popul;
( c: b8 J3 b% D3 `% Bfbestpos = fpopul;) n& l3 \7 K5 ]( N: n+ h: i
% Finding best particle in initial population! F% x- P6 ]1 O$ J/ E' b$ h0 N" X  P
[fbestpart,g] = min(fpopul);- Q1 c1 {) S; j; v" i' D
lastbpf = fbestpart;
8 w. h8 {5 k; a( ?5 u/ _) U0 ~' Q# j* y& q6 }8 y7 P/ F) ~$ c/ g
while (success == 0) & (iter < MaxIt),    & r1 s8 d  g3 ]
    iter = iter + 1;
- F% a+ a% x; M7 W+ _
9 p6 V0 z$ N7 N. Y* t  y    % VELOCITY UPDATE) E% w% F7 @6 O/ _1 S% H7 R) ?$ v3 z9 {3 a
    for i=1opSize,+ f- L2 `& Q+ }- B
        A(:,i) = bestpos(:,g);; s0 z1 E1 h& z
    end
( o9 r1 c7 x* K" ]0 B& p" {    R1 = rand(dim, PopSize);! @. V9 E' o3 v
    R2 = rand(dim, PopSize);
8 e4 Q, B$ e$ }$ M1 m  n( c    vel = w*vel + c1*R1.*(bestpos-popul) + c2*R2.*(A-popul);* y  i  d8 i! W0 ^. d- R
( F7 p% T% L' b/ n! G: J
    % SWARMUPDATE6 z0 p2 g7 s6 Y. w' D/ x2 g5 ^/ o; v9 @
    popul = popul + vel;8 H" x. `& y# }1 A0 W
    % Evaluate the new swarm  s# N+ v6 q1 h0 A$ N$ w4 d
    for i = 1opSize,
$ e; ?2 f% O4 n' E! b3 F        fpopul(i) = feval(f,popul(:, i));' d! x9 M! {/ }% }& ^1 r- g, \+ ]
        fevals = fevals + 1;, e/ `0 r9 s, y
    end- M# _) O, l3 N3 s3 x
    % Updating the best position for each particle3 Z7 T' C; L+ Q. Q+ R3 V6 s5 g
    changeColumns = fpopul < fbestpos;
) y6 ^- ~: [, f    fbestpos = fbestpos.*( 1-changeColumns) + fpopul.*changeColumns;
% b- Z/ B: C1 q9 e( N7 n    bestpos(:, find(changeColumns)) = popul(:, find(changeColumns));/ @$ p3 W9 ]$ k7 f
    % Updating index g) z# i" R2 [4 q9 n9 q$ B8 i
    [fbestpart, g] = min(fbestpos);* R' I8 D* C. c! A% y1 Z
    currentTime = etime(clock,startTime);
* ]- ~) q4 L1 |4 m' Q; t) l    % Checking stopping criterion
+ u. x7 D5 H3 f& I! j    if abs(fbestpart-GM) <= ErrGoal! u2 t% ^' A* m
        success = 1;
+ I* C0 A3 W6 B    else8 [" t# D* o" k
        lastbpf = fbestpart;* [+ \3 e& r3 D, Z5 `4 q# e( c' ?
    end
( T( l( S0 x8 o
. d' H1 x  u; h3 X6 a+ P2 j4 N( Xend
- g: s  m% |" {5 Z$ p9 @
# F/ h& `. W  x& N' C% Output arguments7 C9 g8 x2 s- L9 r8 S
xmin = popul(:,g);6 T$ v) W+ Q& Q3 L8 g5 T
fxmin = fbestpos(g);1 N! p% [$ a# M
0 O: ~, }; `7 o3 \+ X) n- k4 q
fprintf(^ The best vector is : \n^);
; B2 B& I# D, ~fprintf(^---  %g  ^,xmin);% \, u6 {: b' m
fprintf(^\n^);
$ k" {2 a7 {( S4 H7 F%==========================================
7 V  |, e+ [; |) Z, dfunction DeJong=DeJong(x)* x; L' C/ P5 V3 t
DeJong = sum(x.^2);
zan
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