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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
4 @* k  `  N2 D1 \% 2007.1.9 By jxy9 s+ B7 t& m8 C1 ~" z2 y
%
测试函数:f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048
1 |0 H% R1 C- X" e%求解函数最小值- O& X! U) |$ K. m  f
5 P' O1 p% X6 y
global popsize; %种群规模
6 c( C. w! ?& R0 h& W8 c& y  f/ r# e%global popnum; %种群数量
# r' I, z3 M  z# d1 H; e# oglobal pop; %种群; {9 z5 k) H  ?3 ^4 ~4 d) n/ k
%global c0; %速度惯性系数,为0—1的随机数
$ n. F" b" k' z* f+ ~+ y& c/ Jglobal c1; %个体最优导向系数
$ p0 O! ^+ s; a' A$ Qglobal c2; %全局最优导向系数
* m* S2 W2 N# l. Mglobal gbest_x; %全局最优解x轴坐标
) G) s0 ^8 D$ j/ g" tglobal gbest_y; %全局最优解y轴坐标
3 q5 F" |, S, S8 Xglobal best_fitness; %最优解5 }3 c8 ?- z0 H( i+ A
global best_in_history; %最优解变化轨迹$ f! v( W* Q" F/ P8 J
global x_min; %x的下限7 f9 U* i4 T. T$ B
global x_max; %x的上限1 I( A' c, \% }8 z5 a7 |5 ?
global y_min; %y的下限
; u" x- i& H" j( Bglobal y_max; %y的上限
; |) v* `& p* W: S1 bglobal gen; %迭代次数
3 E* B# v4 j' [5 z; ~6 tglobal exetime; %当前迭代次数
8 F' O+ B7 G& J& pglobal max_velocity; %最大速度- q, ^) u) I' s7 u! F! z+ l
& c1 j7 s2 x4 ?
initial; %初始化
) Q8 q* C9 Z4 x3 _  [, K, {! N  q" m
for exetime=1:gen
1 {' `6 ?5 q) N! n# i6 Koutputdata; %
实时输出结果
* E  |8 a: C5 W; m  q. i4 Radapting; %计算适应值/ X& b3 c2 H3 @+ A1 ]% i  }2 b
errorcompute(); %计算当前种群适值标准差1 ^. G8 H! [, K# v
updatepop; %更新粒子位置
9 a' d2 g% s9 {* o3 }pause(0.01);. W  T$ b/ y5 n4 N
end$ X$ j0 ^, U9 }% g) O0 N

  l2 d- u2 D+ O0 A0 r5 qclear i;
0 h* L* I" N4 K# Z9 lclear exetime;. @1 I; l1 Z! ~# f1 I. ^( b
clear x_max;
; O8 y# D, K5 ^; S) Q$ cclear x_min;8 {  l( ]2 z  {2 ^
clear y_min;
' Q8 \! Z4 B6 j- _0 v& R7 {3 Rclear y_max;
( D/ F6 X$ [# ~2 s* m- I; D  \+ `, z1 j6 [
%
程序初始化2 @6 N$ e/ h$ D! @3 P0 Z* y

+ d" L* X2 D) F# B- mgen=100; %设置进化代数
8 i7 c6 X. q! ^" y' z* ipopsize=30; %设置种群规模大小
( H4 B' [7 Z9 ?$ ~best_in_history(gen)=inf; %初始化全局历史最优解
, ]' B8 O4 B' k% k1 s  ~best_in_history( =inf; %初始化全局历史最优解
5 v) `1 m( b' M5 hmax_velocity=0.3; %最大速度限制6 W/ q- k% `9 `7 b) z
best_fitness=inf;. J9 L1 s8 Q0 t$ O! h$ `7 I9 w
%popnum=1; %
设置种群数量  S3 m% x8 w, g/ R7 `, ]
/ ]% T, D( o, r4 ?' @9 N
pop(popsize,8)=0; %初始化种群,创建popsize行5列的0矩阵% x6 o# n/ F) K4 T' Z
%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1 \' H0 X5 B" z; g
%第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1 `2 b& g! A8 C6 N5 K
%第7列为个体最优适值,第8列为当前个体适应值
8 r, [* [  H8 r* z% q! r. c9 {0 G& R
0 {$ r: O, K' f; f5 Jfor i=1:popsize
# I+ ?* A6 r* p+ y: F% W  ~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
6 F! P* }# G' p6 ~3 h2 O# wpop(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 t4 b/ _3 |
pop(i,5)=pop(i,1); %初始状态下个体最优值等于初始位置, \+ M$ S/ ^# z! @( N
pop(i,6)=pop(i,2); %初始状态下个体最优值等于初始位置
7 |& U* Z. y, x* m- c$ D( C2 Spop(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/ R5 k2 P) P) J+ @/ p. T( |2 p
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
  o2 n# [8 F4 Npop(i,7)=inf;
1 o: b4 N) U. B2 C! M  s1 U7 K  ^- fpop(i,8)=inf;
5 @1 g: A+ k) y4 Y* m+ f: ^end4 X7 |7 _/ L$ d2 s( d* o( C
8 c' P/ N! w; \3 m0 D( L+ {/ z3 M( {( {6 b
c1=2;
  T  s, ~. b3 N( y" i/ J+ V. Ec2=2;
& t2 p! @! F/ E. z! @x_min=-2;- \# G8 s8 W3 O# W5 M3 v
y_min=-2;
' ?/ i  D: y  \6 h5 B) Gx_max=2;% G" ?* [" ]0 u4 v. l* z  ]! V
y_max=2;
- C* c& Y' ], Z2 x, ?* ~5 O' G; e3 Y  t$ ?* h) z
gbest_x=pop(1,1); %
全局最优初始值为种群第一个粒子的位置
5 E7 L+ T, Y0 G# ]2 W, hgbest_y=pop(1,2);& W. k6 `+ u% ^- r+ r

, H1 H7 g( ?$ ^( R. T& w7 R, F# N%
适值计算- X2 p5 r; \( y# v& M8 R7 C4 ?; i
% 测试函数为f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048
( o' C4 {2 V& \8 K9 |+ c0 T0 c" K
: ]) m# O5 y5 C3 l% r9 f%计算适应值并赋值
+ P  O4 \* \- o/ M7 [# D$ ?for i=1:popsize; m5 x0 m+ B5 M, [7 I) i6 D2 S
pop(i,8)=100*(pop(i,1)^2-pop(i,2))^2+(1-pop(i,1))^2;8 ~8 _% ?/ o1 n, Z8 ]
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
* k; v# e0 h0 `& q3 W& A" l3 ~pop(i,7)=pop(i,8); %适值更新
% ^  N/ P3 O0 Z- upop(i,5:6)=pop(i,1:2); %位置坐标更新
  d: @/ Q; q# E+ s- ]end6 }% r7 J& T5 D! z2 I& ~/ r7 |
end
% S; I( G/ o/ s2 I+ [$ E! T: U! M4 J2 m% S! s
%
计算完适应值后寻找当前全局最优位置并记录其坐标" s( p9 k0 y4 g. A7 t# S9 I
if best_fitness>min(pop(:,7))7 q& p3 g# \4 i3 l
best_fitness=min(pop(:,7)); %
全局最优值9 ~. f! w5 N  m. u3 t# S, c
gbest_x=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),1); %全局最优粒子的位置
7 o1 H, h; L/ Z. t7 v

9 J7 D8 g9 c6 {# l8 Z# G8 F7 xgbest_y=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),2);
3 E  I  a9 [- i9 a/ L4 Kend
* [+ R9 C5 T8 y: H& l: F
3 E1 Q4 _* n) i' a# l. {best_in_history(exetime)=best_fitness; %
记录当前全局最优+ c, F! l; A0 l4 |$ u

- Y9 e, w: E) \) d%实时输出结果( a4 M/ [' A7 O9 @

& x8 m* {/ ]  G# a3 T& M0 w, N%输出当前种群中粒子位置, v& x% V. a) ]
subplot(1,2,1);
3 f7 X! n# h3 Q6 D4 G) p2 ~, tfor i=1:popsize% o" c% V" N+ Q$ b5 N
plot(pop(i,1),pop(i,2),'b*');
0 ~- n3 M4 {, T' `9 Chold on;
6 k/ g) f, Q' L3 hend
! B1 b+ o! I% k4 _6 R* G, E) q; j  \& a0 h& F0 b0 z7 s
plot(gbest_x,gbest_y,'r.','markersize',20);axis([-2,2,-2,2]);* e9 C* Z) \4 y- _; U4 Y# u
hold off;" r) e9 s6 Z0 r/ t& ^& H4 q
' ^  i9 n( A/ X; W( C) K; K% n
subplot(1,2,2);% B6 E3 y/ r" ?9 ~
axis([0,gen,-0.00005,0.00005]);* [4 y5 Y, J, S- L8 j2 x

: o+ [9 s3 R! ^if exetime-1>0/ T# M: l$ L' L# W3 _( R  m( `$ i5 a
line([exetime-1,exetime],[best_in_history(exetime-1),best_fitness]);hold on;
  E7 ]# G  v* @4 G* L* hend
$ b$ F/ u' }3 Y2 C$ T' ?! F, O1 s/ w% P0 y& P# [
%
粒子群速度与位置更新1 U  f1 H/ Q" W: W, E; b

% B2 C6 g5 `1 M%更新粒子速度
( l) I1 a, s# M8 Z* ^. e/ ]for i=1:popsize& F# Q; X+ v) ]' Y
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  M1 G9 t& ^# N
pop(i,4)=rand()*pop(i,4)+c1*rand()*(pop(i,6)-pop(i,2))+c2*rand()*(gbest_x-pop(i,2));
3 ^5 K. p. g8 `8 v8 @if abs(pop(i,3))>max_velocity
. M! V: x: U: R9 o' N4 E- i; qif pop(i,3)>0& n+ Z; y( `' M- d$ e
pop(i,3)=max_velocity;
1 n$ o9 s! t. Welse: a( n; x' k0 E9 G8 M2 V/ O% d
pop(i,3)=-max_velocity;
# x7 Q! C) t8 K# ^end$ u  g9 z$ }' H' q
end
5 w  W& d, d" \0 H6 fif abs(pop(i,4))>max_velocity+ g' ~% b, N& R; k- @2 X! b: {
if pop(i,4)>0
/ E$ a1 g. G" U  Y) {pop(i,4)=max_velocity;
0 W" u6 k$ E- ~! k9 C  C( \else
" Y4 W! L3 v2 \% Lpop(i,4)=-max_velocity;
; P$ R* k9 f. g4 A8 b* pend/ Y$ c0 ~6 z. u! ?
end& M2 G  y. x- S3 t
end& z9 P) X$ z7 ^- a6 F

) Q2 w3 N9 J# Z! f, K& x%
更新粒子位置
. n3 Y" I6 g4 Ifor i=1:popsize
' k' P5 \' G+ l  u9 t$ T5 vpop(i,1)=pop(i,1)+pop(i,3);* w- O/ b  v- k" p3 v# t
pop(i,2)=pop(i,2)+pop(i,4);
2 ]: V# A: m7 l6 K7 i3 yend
4 C( z- V- y) x8 T: b! w
# O! J7 T; B/ [  @
, W3 A) |( k  X# [& [

0 B4 D  w1 ^: u6 f 3 B: u& ?$ j  @7 V

0 T7 S( z# [, O) A  x' i+ g
" X3 S% e  u+ ^3 K2 m . Z- V9 y4 ^. d7 J2 D; F

3 Q2 ?) J& m8 ]$ o
$ T2 c) v1 C0 b4 U4 k1 C( u0 ]7 { ) e/ ^2 l- a; I3 J6 k

5 i- }1 S5 _6 N5 T- w1 l
# s2 N2 _2 O7 }0 l& _
% B! J& q5 y) V; y
2 x/ ?5 H( `) W4 \ 7 i$ p' ?* k9 A: ~% H! F4 `
& S* Q/ Y8 e% ^" t: A4 _* }: T
1 D: _# ]9 f! a8 }
% A SIMPLE IMPLEMENTATION OF THE9 W5 Q) C( i$ A7 Z
% Particle Swarm Optimization IN MATLAB
2 F  f# z6 L0 {function [xmin, fxmin, iter] = PSO()3 ^+ _- f- W  h3 y
% Initializing variables
8 Q* G/ w3 i6 x& p% ksuccess = 0;                    % Success flag
3 W3 @3 n' q, k1 [PopSize = 30;                   % Size of the swarm) B. c% Z: Y9 W. ?  G, [9 p8 i
MaxIt = 100;                   % Maximum number of iterations
; c" a6 I/ P3 J- B; P" a* Kiter = 0;                       % Iterations’counter2 ^) O" ^! _/ @. q4 P
fevals = 0;                     % Function evaluations’ counter' A: e, V8 ~% N+ j5 J- `
c1 = 2;                       % PSO parameter C
1
' {8 H( x3 T, V  ec2 = 2;                       % PSO parameter C20 d  i% V. n: A' R: ]. X
w = 0.6;                       % inertia weight
. C* x8 o1 |7 P" y9 `                  % Objective Function
8 J, V, a& q: S4 u/ E; [4 ef = ^DeJong^; - O! l+ W  p, U0 E
dim = 10;                        % Dimension of the problem
8 y7 u/ w3 ~- |3 x7 y/ Aupbnd = 10;                      % Upper bound for init. of the swarm
5 o, j8 j, r) tlwbnd = -5;                     % Lower bound for init. of the swarm
6 `: R! N1 m8 D9 z! [GM = 0;                         % Global minimum (used in the stopping criterion)! f8 C' y, X: j4 R) b/ c! T+ F+ Z
ErrGoal = 0.0001;                % Desired accuracy
# G4 o+ ~, ^( B) ^
3 y2 d/ w8 O, T6 c# y% Initializing swarm and velocities
$ K1 _9 ]9 K; e$ k3 B8 u; ypopul = rand(dim, PopSize)*(upbnd-lwbnd) + lwbnd;
! V/ z2 t: F5 Rvel = rand(dim, PopSize);
2 t( O1 O1 T; ?& m$ u4 p/ R$ ^5 t- |$ w( R9 G' I0 A/ x& P
for i = 1opSize,2 T1 y- T1 d/ F7 x5 e
    fpopul(i) = feval(f, popul(:,i));8 B. y' i' y0 `+ @& q0 z: ~) M
    fevals = fevals + 1;9 m/ v+ m$ X4 R) d, m$ t
end( v# {7 ~8 ~5 t5 Z( x
# M+ r0 X2 x" t, `3 ^$ t4 d) S
bestpos = popul;+ U9 i9 o( W" R- h% @
fbestpos = fpopul;; W/ ?  Q; [# R/ y4 I( c
% Finding best particle in initial population( S% Y/ F' L# t/ c% A
[fbestpart,g] = min(fpopul);
( n( b- I) Z* e& D2 ylastbpf = fbestpart;7 D0 t) W; O% R% y, `+ H
7 a. d* ~, {3 m
while (success == 0) & (iter < MaxIt),   
' Q; F, d" T% e$ K3 |    iter = iter + 1;( Z3 E' P# t% M0 e7 ?+ v# ?5 F8 j

% {1 u7 j% w# h, ~% n+ p8 g% \    % VELOCITY UPDATE
" [+ f! l! X' a  Z5 h  Q4 I" V4 \    for i=1opSize,+ S% f- t  f" @. p% U
        A(:,i) = bestpos(:,g);
  \$ J3 R+ @* y  E! e    end
# N7 F# ~" d' S( ]$ h) }9 g: f* ]    R1 = rand(dim, PopSize);
8 `0 F0 i& q" G9 g+ M- x    R2 = rand(dim, PopSize);
( I; H  |+ C) t& m, ~8 }; E7 l    vel = w*vel + c1*R1.*(bestpos-popul) + c2*R2.*(A-popul);4 q$ G: C% S0 g9 c

0 `. a9 C* |" J    % SWARMUPDATE+ N% F' k4 e" q9 b& r1 Q7 W
    popul = popul + vel;8 m6 m$ M/ w7 X5 t  _7 I: Z- D8 S
    % Evaluate the new swarm% S. M6 v* c9 P
    for i = 1opSize,
& G* L9 s7 L( C/ o9 |7 s4 g        fpopul(i) = feval(f,popul(:, i));
( R) v* k) j$ P7 n2 W6 G        fevals = fevals + 1;
7 P0 V6 j* J, {% t7 K: l    end
* I/ g+ J. J$ i    % Updating the best position for each particle* z  ?* |- b) {
    changeColumns = fpopul < fbestpos;5 q) {1 q: p( U- D9 k4 x
    fbestpos = fbestpos.*( 1-changeColumns) + fpopul.*changeColumns;
- h& f% M2 z( K' E    bestpos(:, find(changeColumns)) = popul(:, find(changeColumns));
1 H' u1 \5 @: z    % Updating index g
% y6 s$ c% J; q* F4 J; l    [fbestpart, g] = min(fbestpos);
% T& z) N0 V9 u/ G7 x9 [2 |    currentTime = etime(clock,startTime);. q8 G; B; N  b
    % Checking stopping criterion6 Y, Q8 G% `! ~, S6 T1 `7 \) |- H
    if abs(fbestpart-GM) <= ErrGoal
5 h+ M2 ~% w- K- u, f: q        success = 1;& l$ ~1 W  {) |1 X
    else
6 h: }; Y% l* W: B& F        lastbpf = fbestpart;
2 F. M0 w* E4 V" S& c! e1 w    end
. n& s) g/ B5 u* ?8 p% k5 w8 {1 T* V7 A1 ?. r% _8 o+ L
end( y  J) ~3 o6 L3 Q* y% @4 d* L

$ @$ r5 y$ N! u% q5 R5 L% Output arguments
: E7 C5 u2 U" A: `  w8 ]xmin = popul(:,g);  ^  a+ \5 N/ Q9 F
fxmin = fbestpos(g);, C. I) S" N9 m2 Y" k

! b% C; y6 N: e8 r9 n" \  H; Sfprintf(^ The best vector is : \n^);
5 B1 T  O! U7 b% K! r  Yfprintf(^---  %g  ^,xmin);7 B$ {( Z- X7 h* Z1 p) U
fprintf(^\n^);
( y' X2 e$ s6 Z$ a* e& r%==========================================7 T" C3 N) B+ Z, b9 ^* a3 S
function DeJong=DeJong(x)
6 D/ R, J* Z# W, R! Z) [DeJong = sum(x.^2);
zan
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