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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$ C7 v) N6 X& ~% p. I1 N
% 2007.1.9 By jxy
4 S4 k9 Z/ E, M9 X, B%
测试函数:f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048
1 f5 f# Z. _/ W3 k2 M8 J/ m%求解函数最小值
- I/ a# V( K% W% e" v) B1 O' u
( M$ I$ w: c) @: F7 u: ~+ B1 uglobal popsize; %种群规模$ }* |+ K+ ~' h8 }9 K
%global popnum; %种群数量. l( c3 g) n3 B; i# [
global pop; %种群0 v% Y9 h, m- ?  r/ [6 `
%global c0; %速度惯性系数,0—1的随机数; p# r: F& y+ t7 \$ U, Y4 E, q; ]% P
global c1; %个体最优导向系数* \' a8 E9 q+ O" |6 a
global c2; %全局最优导向系数" U# K; U9 k# _  u
global gbest_x; %全局最优解x轴坐标9 `# v1 F$ {( ^2 x; B( L& ]+ p
global gbest_y; %全局最优解y轴坐标
4 w( v5 S! u% M  Rglobal best_fitness; %最优解+ B9 I2 |+ r0 z# D# U% O: t
global best_in_history; %最优解变化轨迹
# @! j; v$ S8 N) r: {global x_min; %x的下限
  v. j# z- c- uglobal x_max; %x的上限
6 B3 |) ]& K7 ^, ?# A' w) h" ~8 ?8 Hglobal y_min; %y的下限4 @. |" _1 d( _' T/ M
global y_max; %y的上限
9 v$ p7 G, @0 k4 A/ p' Q/ Cglobal gen; %迭代次数& h3 V% P8 O6 }2 x2 h6 V4 X
global exetime; %当前迭代次数0 ]8 G; c& k6 M0 f& Q2 S
global max_velocity; %最大速度9 f& a/ L& w4 G8 R, `2 ]# i

0 }# Q% K& T0 E% Y6 binitial; %初始化  d( h2 a; j( p
' J8 k) S$ m5 k% r9 _
for exetime=1:gen& n4 h  w% W; j0 E% o4 N
outputdata; %
实时输出结果' D1 {2 W% t2 \# W2 T
adapting; %计算适应值$ C! \& e# o1 n
errorcompute(); %计算当前种群适值标准差
) `/ q& c7 K/ B! y6 b8 Tupdatepop; %更新粒子位置
! h9 c- ]0 j( ^& G% spause(0.01);
, Q8 ]0 u+ V8 `  M' aend; J, h) L) r4 c# H& t

& R3 x' w1 Z" h9 K: L8 _clear i;: {$ R: K/ w( T0 R
clear exetime;* k  k9 N& \" d; m3 m9 C
clear x_max;
. M1 E6 A6 G3 S* R8 Bclear x_min;
: \9 w% z! _8 rclear y_min;
) g4 r3 t' m0 f& r# G0 w) h8 M: mclear y_max;5 P( t, P" l/ ^+ H; l# p6 ^3 v
: ?# J& ?; n+ b" \
%
程序初始化( Z0 k" K' r; s$ B- O1 o, O

6 q$ R( A. H0 v) Ngen=100; %设置进化代数
6 ?) q# B" T, B; y8 i0 s. opopsize=30; %设置种群规模大小4 x8 @. l! p5 S7 O! P
best_in_history(gen)=inf; %初始化全局历史最优解
+ ~5 I/ v+ U6 bbest_in_history( =inf; %初始化全局历史最优解
4 C2 O) E; H. v4 N, }$ s3 }max_velocity=0.3; %最大速度限制8 g' A8 F) l2 E7 p/ c; k
best_fitness=inf;
, Y) T! Y. y8 @2 S) v, H%popnum=1; %
设置种群数量& \3 J& t- O' U& Z
2 W0 O& S3 B/ ]; \: F$ L& L# _3 a- n
pop(popsize,8)=0; %初始化种群,创建popsize5列的0矩阵
* h  x- t" n+ i+ i* Y%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3 _2 a$ e- u" b/ K, w3 L' H+ B
%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
" f7 {: [* M' f6 i; d%7列为个体最优适值,第8列为当前个体适应值6 s& g! @0 {0 z( B. j. I

; b% G" c& I$ w/ g2 z: z7 p4 Jfor i=1:popsize( \) j, t" i" y- `+ I# }2 A% l3 f
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
% I" x$ C6 n, f4 `+ c$ @4 ipop(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
. @" j7 s4 `. k/ Q& gpop(i,5)=pop(i,1); %初始状态下个体最优值等于初始位置
* t. U8 F  S7 _2 H1 f% a& Ppop(i,6)=pop(i,2); %初始状态下个体最优值等于初始位置/ s! l# b8 G! S& o, ~4 s$ {$ U8 s8 d
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0.00015 h9 N" L0 j" c" v
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
8 l1 b( W  {7 Jpop(i,7)=inf;
  Z4 P0 F9 v& g# J" spop(i,8)=inf;' v9 l) o5 x8 U  X& W- g' X
end
9 K- ?3 {5 a: E* g" i1 {+ V) S5 Q2 U, X# }
c1=2;
% N- f% t2 \- y1 `c2=2;
' A. l- ~) T% c. M6 G( W2 \x_min=-2;
2 k. T% e' |+ L" |* s* a$ dy_min=-2;
$ u4 k0 t0 L% Y+ s0 E/ I, Fx_max=2;- H: I) U, ^; S% d# N. p
y_max=2;
; p# h. i2 {' H6 |3 y
: t4 J2 N5 L: Wgbest_x=pop(1,1); %
全局最优初始值为种群第一个粒子的位置
* T0 _, w5 K0 \" V  U  egbest_y=pop(1,2);. c+ j2 f8 V8 v! F
: ^, H  S9 s4 F+ Q3 ~; Z. f, [( _
%
适值计算. q/ ^/ T8 e- I- B5 t
% 测试函数为f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048
6 _! y- v2 ~  [" {' P8 q
3 u# t# K+ V. w5 E0 s! |%计算适应值并赋值
0 Q2 v1 x- d8 p: u. g( `6 E- ifor i=1:popsize9 X. U  x) h2 B2 t, [
pop(i,8)=100*(pop(i,1)^2-pop(i,2))^2+(1-pop(i,1))^2;. v# {0 U4 f  v+ I8 l5 ?
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+ s, U6 ^5 n' w* n
pop(i,7)=pop(i,8); %适值更新
4 H& I" ^: x  }7 i+ npop(i,5:6)=pop(i,1:2); %位置坐标更新7 a7 P0 }2 Y, ]* `
end6 R- r( H4 g3 n# O& {& G
end
9 D6 {; ]; r$ r2 y* S3 P3 H& [
/ a: F: X+ _4 y  F' `$ w& u%
计算完适应值后寻找当前全局最优位置并记录其坐标
4 ^" W& y8 @6 W, N2 v) hif best_fitness>min(pop(:,7))
5 E( b' R4 M9 v& f$ l8 ebest_fitness=min(pop(:,7)); %
全局最优值
/ q8 h& a, h" I8 x1 d  a" Zgbest_x=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),1); %全局最优粒子的位置2 v; W/ |" x# h
+ J6 d# t1 y! ]+ E1 L
gbest_y=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),2);
. S4 j0 U5 u  a% K% ~end
( j2 ~, X! A$ @3 W3 I( M5 |4 q8 U. l0 K# W# J
best_in_history(exetime)=best_fitness; %
记录当前全局最优
9 I4 i" H1 {& I. S$ q2 X( K5 f# R% `) o* l" K+ P
%实时输出结果' F! `, I$ _) B  h: ], k) X, ~

6 J9 \* v; I2 d, w- T- Z%输出当前种群中粒子位置" i: h$ V- K9 B+ E! C, }
subplot(1,2,1);: ^5 C5 F2 s5 U* A9 ?
for i=1:popsize1 u0 p6 X, ?! C$ L1 j3 l; r% P6 K
plot(pop(i,1),pop(i,2),'b*');% M5 c' z- F' v9 J
hold on;
# f: W, f( C3 c5 x6 ]' ?! pend' x0 u1 v: ?* s2 y& o

7 `3 J1 i2 R0 [: _% z( F1 O! |plot(gbest_x,gbest_y,'r.','markersize',20);axis([-2,2,-2,2]);
+ A/ _( x8 E, a7 r1 qhold off;7 z9 h- Z% h* _1 B+ V

* z+ }) ]2 g5 \5 Zsubplot(1,2,2);
! H8 o# |% \5 baxis([0,gen,-0.00005,0.00005]);9 d6 a1 q" B; A( S9 |3 o

' v; O( S7 i8 d' oif exetime-1>0! G6 Y: @) R& A) [4 J$ g" E+ X
line([exetime-1,exetime],[best_in_history(exetime-1),best_fitness]);hold on;
% [: D* i. S' Hend
4 g" r. ?% Q/ |3 g% o/ F; M' [. ]/ S+ h
%
粒子群速度与位置更新
( T$ b$ n" N! s
8 [# f# V0 E* ^% X" Q! J%更新粒子速度$ M5 K0 e9 q5 @
for i=1:popsize
: I2 ~% g6 f/ e# G8 d. ypop(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$ r" A: g( B" m- C9 F9 y2 w
pop(i,4)=rand()*pop(i,4)+c1*rand()*(pop(i,6)-pop(i,2))+c2*rand()*(gbest_x-pop(i,2));
( E" z5 g9 I1 ~: {# A- J- pif abs(pop(i,3))>max_velocity
6 Z+ c7 C' Q$ B6 L5 ~5 ~1 nif pop(i,3)>0* i+ h' N: G9 H, @, l( E6 o
pop(i,3)=max_velocity;
; H% C9 s8 ^$ e" zelse1 r$ D& L* U) K( J# g/ b8 ~
pop(i,3)=-max_velocity;
% {* B2 U* F9 x& C% A& Lend" z+ g" c5 y& |' q( S9 z
end
" w; ?8 I6 X' K3 k0 e. B9 mif abs(pop(i,4))>max_velocity
8 O+ c3 w; B: |9 v. C' F/ ?4 mif pop(i,4)>0
4 E7 U1 ^# Y, d8 c3 kpop(i,4)=max_velocity;
, ]: O2 L. t5 J: `% @else) j! K! s7 ]. n1 P' t7 F& ^
pop(i,4)=-max_velocity;+ a1 u# ~8 i' a9 \+ Y  `1 N+ y
end
) o) ]. K* ?" [& ]$ p; [4 jend
' z( R" S: Q( O* bend: y- B1 b' _( J. N& V, [
. G$ E$ X; C: X: j  e6 f
%
更新粒子位置
/ e* j/ d4 `3 e8 t) r! p0 A$ Bfor i=1:popsize0 d3 `$ ~' A# u: f  K! I8 ]
pop(i,1)=pop(i,1)+pop(i,3);8 J7 K* B( L& t9 i* `
pop(i,2)=pop(i,2)+pop(i,4);
/ C# I7 B3 E3 D- ]9 Hend

. l5 ^5 X2 g3 v & z& q+ w  m& b+ k

0 t6 ?! _" v) `% U! I) C$ L
- L2 O7 h; r. D: R! l0 H
4 i* p" x# h! { ! u8 [0 s+ _& e% n4 i/ G8 b+ v0 b
" |, U  E6 j1 [/ O" p4 l7 b9 I# e; o

* {6 f7 f1 w4 K2 q
9 w( @% [0 `' x' m5 `
1 I, {1 k* g% U7 O # P" l3 z3 w0 o, J6 d$ @

- `2 O) \9 U1 L7 s + h3 d  W" R9 e+ Z
; q$ Y% b0 w2 D' K# {

3 y6 q8 V* F) A( t2 [# p% w3 l
; m6 R: `3 }7 Y' d% t+ I/ x6 [ 9 u' U2 ~0 B9 C, X( b- }6 T
6 r+ m0 G) a- M8 x  B% |
% A SIMPLE IMPLEMENTATION OF THE# A, M+ d+ U: o2 O' Q7 b. m9 M0 A7 D
% Particle Swarm Optimization IN MATLAB
: Q+ z9 p9 Y6 G, F) Qfunction [xmin, fxmin, iter] = PSO()7 y; h+ w$ q1 b6 k% L. d! y5 ~
% Initializing variables
+ n& t% G& P2 y; @9 {0 H' v2 Dsuccess = 0;                    % Success flag
. |  q# \4 _) S$ r; }: f! xPopSize = 30;                   % Size of the swarm2 B, @( {4 q) \
MaxIt = 100;                   % Maximum number of iterations
' }+ r3 b1 Z- Liter = 0;                       % Iterations’counter
7 M' D1 q& ]. E8 Jfevals = 0;                     % Function evaluations’ counter
/ H0 D( X6 ?4 ?$ D$ xc1 = 2;                       % PSO parameter C
1
* X! ]+ j; g0 P7 e7 Wc2 = 2;                       % PSO parameter C2
5 V  }  [+ L0 H' i" S4 Cw = 0.6;                       % inertia weight" U$ [3 z" w1 U, y" n
                  % Objective Function3 N% z' E+ |0 E# d6 @
f = ^DeJong^;
! g6 d) M1 i% X) f. Z/ `0 I6 X, Mdim = 10;                        % Dimension of the problem% _3 D( u6 _" D% k8 C/ P
upbnd = 10;                      % Upper bound for init. of the swarm
6 q& o* l/ [  j6 t' C" o$ k2 Ilwbnd = -5;                     % Lower bound for init. of the swarm+ c" A+ z1 I/ ~
GM = 0;                         % Global minimum (used in the stopping criterion)) L, C$ y! a3 y! Q, `
ErrGoal = 0.0001;                % Desired accuracy
, V2 a* T5 Y0 {. O; O: P) G2 }: O: M& m
% Initializing swarm and velocities
& t$ T" L1 V8 p- p% Q% }popul = rand(dim, PopSize)*(upbnd-lwbnd) + lwbnd;! @" ?8 q% Y' X0 B9 r
vel = rand(dim, PopSize);
% {" m& ?  c! y% `5 L5 x8 i8 y, h
& w9 a+ A! b1 {# q5 z6 P: ^for i = 1opSize,8 v# E; y; ~8 Z# @, q' Q  _" Y. b
    fpopul(i) = feval(f, popul(:,i));
- _, G; Y" l0 e- Q% N. z2 Y    fevals = fevals + 1;
3 R$ [' R! R4 `! ]end5 y& X; L9 P# ~' \- a! A
7 ]4 l( |8 \' p& S" |4 Q: F
bestpos = popul;( S, A; F' k) ?1 c
fbestpos = fpopul;! n7 k8 {2 k8 ?1 i
% Finding best particle in initial population
) f9 _3 o$ F( |( u2 r1 R[fbestpart,g] = min(fpopul);
1 i1 `6 m9 ]9 {" S+ K- J4 Clastbpf = fbestpart;
. ?6 n, \1 B. I! D# U+ s
% _3 H% P" `" S/ Vwhile (success == 0) & (iter < MaxIt),   
2 G" @- b$ h6 O5 ?5 _' e! t    iter = iter + 1;- U! u2 H8 D6 N) C, H

# h& m, M) b0 m  ~1 ?* g4 e7 l6 H    % VELOCITY UPDATE, \/ S& T" ?# K6 F" `; q0 v
    for i=1opSize,
$ C) _" g- V9 _8 ~2 G* D        A(:,i) = bestpos(:,g);  m! A8 G7 T9 E  p, s4 j
    end
1 z; n9 f+ [" b    R1 = rand(dim, PopSize);
6 v( L7 `/ m4 x    R2 = rand(dim, PopSize);
' R. N) [' H: {    vel = w*vel + c1*R1.*(bestpos-popul) + c2*R2.*(A-popul);
- R( H( \0 e# V) D5 D2 h. V  B+ m- I; l
    % SWARMUPDATE
0 x4 D& H) ^/ B0 H- c3 G$ ^& P    popul = popul + vel;4 J. J8 q9 i- _) R$ t: \
    % Evaluate the new swarm
+ D1 Z( t( m) x2 M9 ?    for i = 1opSize,4 N2 i& |# e1 z, \8 E# A
        fpopul(i) = feval(f,popul(:, i));8 Z2 P. m" M5 d
        fevals = fevals + 1;
+ T) u& y. s; D3 j( V    end) V) M0 B6 M: p" |
    % Updating the best position for each particle. I. L. @" D! w8 U$ V8 l
    changeColumns = fpopul < fbestpos;
% T" b: D4 k0 C* I8 m0 q    fbestpos = fbestpos.*( 1-changeColumns) + fpopul.*changeColumns;2 `7 r) p8 o# v: [
    bestpos(:, find(changeColumns)) = popul(:, find(changeColumns));
  Y! {: c3 Y0 ~5 y! }/ \    % Updating index g7 p3 R/ r6 R( E
    [fbestpart, g] = min(fbestpos);) \4 [  |/ l+ T# |: K
    currentTime = etime(clock,startTime);
) y/ J- l! S6 V/ p    % Checking stopping criterion
& D5 `- Y9 }) f    if abs(fbestpart-GM) <= ErrGoal7 P( K1 u5 n; r" a! O6 \# M
        success = 1;" ]2 W) _/ W5 M9 R. j, g8 c
    else, ?6 ], y- c; A0 _
        lastbpf = fbestpart;
) i) |+ x* N/ ~2 w! n    end& e  D* F' N( S5 o! w

5 B* V" P9 Y4 Vend! O. D0 h$ o5 f. @0 G

  x9 v. s6 f; U% Output arguments
3 K! a5 V/ n( Z9 ?4 ?( Xxmin = popul(:,g);
3 K9 l5 ^' c0 Z1 e( Ofxmin = fbestpos(g);# i! X4 C3 x2 [/ b6 r# l7 A! t  Z
: s/ s: {  p' d8 d2 [* o9 f
fprintf(^ The best vector is : \n^);' z2 q0 T1 D; w8 H4 V- ?. H, k( Q: a
fprintf(^---  %g  ^,xmin);
$ P; q) R. e; J- I* B0 Qfprintf(^\n^);. |) [* n% f7 R1 @
%==========================================
$ `$ \; a5 M+ I" p( P2 x8 lfunction DeJong=DeJong(x)
" B  S  e: ?$ }1 {, yDeJong = sum(x.^2);
zan
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