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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- ?! h& R8 h& h
% 2007.1.9 By jxy  t% y- ]/ o% \
%
测试函数:f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.0489 r! B6 j8 k0 _3 _
%求解函数最小值
5 R. w6 a; h( {1 [. I
+ d: @' J- L+ C  bglobal popsize; %种群规模4 }# J2 F3 O6 H  ?# t7 C, J2 P4 X: O; t
%global popnum; %种群数量
+ X5 z0 r2 ^! Hglobal pop; %种群
% J! L6 m3 Q& M7 f+ {' g' }* w%global c0; %速度惯性系数,0—1的随机数+ G1 `* b( K3 o
global c1; %个体最优导向系数, K! P5 \& c" B& l* {
global c2; %全局最优导向系数
5 [. i  e$ Y3 Q( bglobal gbest_x; %全局最优解x轴坐标, l. @4 F4 ~7 Z+ p/ r0 s
global gbest_y; %全局最优解y轴坐标# J* S) j) I; f
global best_fitness; %最优解: w7 r( A  [% H% Q) I. L8 ~( G
global best_in_history; %最优解变化轨迹
$ B' ^! c% x1 t5 B, ]global x_min; %x的下限
$ w, U6 \2 i9 Mglobal x_max; %x的上限- ]) w' j! F5 t% z
global y_min; %y的下限
& f: u# N3 i6 V5 R( aglobal y_max; %y的上限
2 [9 e0 \3 w/ E5 Y! Xglobal gen; %迭代次数
( Z+ m! C. i5 H' i7 U" N% }, h; M& rglobal exetime; %当前迭代次数
; y; D+ d  t, i" x* W3 |* y/ H: Yglobal max_velocity; %最大速度
+ J% _! K: c7 b) b( D, C
  s) O. w0 `& F8 ], D) _initial; %初始化
1 }0 i+ L# U! G* z8 y/ }+ g% @' W7 _1 x* [& t! W4 _9 B) ]
for exetime=1:gen3 ~  V+ s9 o8 P1 q1 ~4 {" h
outputdata; %
实时输出结果
! M8 ]0 f+ ~/ Uadapting; %计算适应值
# h$ ^2 n* j" H. p3 k8 B+ z- Rerrorcompute(); %计算当前种群适值标准差6 W! g9 ^: O: i) o* |' w
updatepop; %更新粒子位置
0 w# b8 {1 o( k8 I/ ^3 tpause(0.01);
8 `3 g! o4 v$ p6 O( i6 _- Q# send- h9 f6 T; Y+ \
9 M5 j0 L' W* E  u$ X
clear i;% d0 a; K) y% \* n) n
clear exetime;+ x/ e- v( i: U# W: g* a, c8 k2 L
clear x_max;/ O. c2 m4 A3 h$ `+ ]/ J
clear x_min;
" E8 t1 F/ S) P' f  Qclear y_min;& }6 S+ d4 ]4 }$ |' n
clear y_max;5 y( H. D# b2 {- m

2 Y- J9 n+ e6 N%
程序初始化' k/ N. h2 r# |# ~7 ?+ Q  B7 O% X
- c! @3 I& F7 A. f
gen=100; %设置进化代数
1 W- Q6 I# r3 t: g1 Bpopsize=30; %设置种群规模大小" t" x: R( p! Z8 X
best_in_history(gen)=inf; %初始化全局历史最优解
$ @, Q6 J# c' Zbest_in_history( =inf; %初始化全局历史最优解: Q) E9 `3 s- k% }; h
max_velocity=0.3; %最大速度限制
$ y7 v$ A9 c. @7 `; X- ybest_fitness=inf;
( _( o; z; }8 G$ Z6 ]' q1 R" a%popnum=1; %
设置种群数量
. X4 H8 Y4 ]' M$ O8 }1 ^8 ?
9 [& J: I2 E; z3 w  C  tpop(popsize,8)=0; %初始化种群,创建popsize5列的0矩阵9 `3 l6 [4 Z6 [  P6 n
%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 @, m. A8 ~8 C% m4 O: Q6 S+ v4 T" M( i%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
: u. |3 b6 G+ N7 x$ g%7列为个体最优适值,第8列为当前个体适应值
& j# D2 X5 V8 r" V' v& }. \' X- u3 l( Q' F# E
for i=1:popsize
/ e* k3 m/ r+ i2 i8 h( P7 _, u' ~1 lpop(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0 [: t# I# n6 u( ~
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 G# J' c% r/ l1 N, v& Mpop(i,5)=pop(i,1); %初始状态下个体最优值等于初始位置
+ y( m5 N: G! S/ b* b5 o2 ~5 x* W+ |pop(i,6)=pop(i,2); %初始状态下个体最优值等于初始位置
9 J4 c8 c/ _  V) Xpop(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* S3 p7 s3 X' ~; ^) \7 L# l( Y4 I* H
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
4 E) P7 u9 g8 \pop(i,7)=inf;
( p+ [5 X8 F+ {* v8 upop(i,8)=inf;
5 Y) e. ?# b2 ~7 w" Pend
( N) g' Q4 k' J. I8 L* o' f5 }! [8 ^' _! Y
c1=2;
1 ~. n+ H; A& e7 a$ x1 T5 b3 yc2=2;9 `7 S* I: V5 B; _
x_min=-2;
0 |4 H% F& R$ y8 R( y3 b' _y_min=-2;3 J0 A4 S  ^) b
x_max=2;& k1 u0 X( g4 U" {/ _
y_max=2;8 M" B$ @& w" Q

! ], T  @' @# G/ Y$ \; G& ogbest_x=pop(1,1); %
全局最优初始值为种群第一个粒子的位置7 \3 q- W. I3 |) I1 Y$ a" u
gbest_y=pop(1,2);
& p7 x, R" v; u  Q- ~! G
) R: a- T0 w0 h; w4 `%
适值计算, Y  l2 B: {" ^2 f5 k8 H
% 测试函数为f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048, S! u" x8 d) O
* r6 V& R3 z- M& L% |
%计算适应值并赋值
! p' E$ S* y( y5 v3 Gfor i=1:popsize6 T8 X' `: }9 S8 S( a5 Z4 S' r
pop(i,8)=100*(pop(i,1)^2-pop(i,2))^2+(1-pop(i,1))^2;3 l' w7 l2 h5 ]5 \$ J
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
, w  z4 I0 |: P# o, V" _3 ypop(i,7)=pop(i,8); %适值更新5 [: `0 U4 D& V9 S
pop(i,5:6)=pop(i,1:2); %位置坐标更新
3 C  e/ J4 J1 O' G: t# X+ bend
5 K; w1 a, ~9 s% y: ^+ ~; k3 Rend
$ x' h# ^9 q- o' n) e% Y+ z6 `. @( }8 M  ~2 A
%
计算完适应值后寻找当前全局最优位置并记录其坐标4 t+ i+ c# A, E: W: c$ e7 `
if best_fitness>min(pop(:,7))* F. H2 I4 F; @. U/ F1 e# ?4 Z( f, d
best_fitness=min(pop(:,7)); %
全局最优值0 V+ D5 V0 Q. r/ M  D+ m& h/ u6 g
gbest_x=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),1); %全局最优粒子的位置
5 ?' o& p% e5 V% A9 i+ V# R

  ?* A0 t8 d5 Zgbest_y=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),2);
. `& C" C; j: P; z% D3 qend% X) X+ g1 {& F" @3 S* W. {

) E0 E0 N6 {7 cbest_in_history(exetime)=best_fitness; %
记录当前全局最优
& Z) K$ T) }1 x2 A3 d" ?3 H( D
( x" O0 N7 `: }- ]. q%实时输出结果) a: E8 b$ Y4 E" B. z' W

" k& _/ Q6 d! w( c" ]%输出当前种群中粒子位置
$ |6 ]1 h8 [% c& p( Rsubplot(1,2,1);
; Q9 [6 Q$ A8 @for i=1:popsize9 s7 ~4 X  U5 a+ v$ b9 e
plot(pop(i,1),pop(i,2),'b*');
: k- y0 Z0 X  N; chold on;3 v" f2 _  {$ N* y: Z- g
end: l! G, V- x/ z( ], B2 S

; \/ e  A" S* A. jplot(gbest_x,gbest_y,'r.','markersize',20);axis([-2,2,-2,2]);  f7 w2 e8 S& M4 ]6 _
hold off;
5 R. G: L+ ]) }8 ^2 D( W' r% t; z6 ^1 u
subplot(1,2,2);1 j0 \/ w8 C! M8 E; m9 Z
axis([0,gen,-0.00005,0.00005]);9 L  f9 Q5 ?% `2 v
, p" i- Z4 J+ d" p0 U9 Y
if exetime-1>0
5 Q8 f( g- n0 t; ~line([exetime-1,exetime],[best_in_history(exetime-1),best_fitness]);hold on;8 ^  {9 m: ]) K
end
. D0 }* y9 |$ V& k
6 o$ }5 b, t6 G/ O0 u%
粒子群速度与位置更新
# M6 e: R7 q/ S7 G3 l  ~4 q
- p9 e: Z/ G5 ?6 Z# X%更新粒子速度
9 c9 B" E% i+ C& T4 \* f( [for i=1:popsize9 U5 |7 ^  D' o! |+ [% u; g
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5 ~+ G( E- p; T0 @( A9 |6 z# f
pop(i,4)=rand()*pop(i,4)+c1*rand()*(pop(i,6)-pop(i,2))+c2*rand()*(gbest_x-pop(i,2));
5 T5 f5 h9 u% x. I8 A, w* oif abs(pop(i,3))>max_velocity) f! Q0 h* \, v3 E$ I# Q# x
if pop(i,3)>09 t2 Z# J4 _; [; _
pop(i,3)=max_velocity;
, _$ n# N) ]' f3 ]1 _5 velse
( d! W+ X: I  ?9 k) T- V* Q3 tpop(i,3)=-max_velocity;% {% e8 S# x1 V* `" [3 r/ D
end
+ ]! A- B- d" u. bend, W1 d; V7 J1 u3 }" Q+ |' P
if abs(pop(i,4))>max_velocity0 S, a: J- M: ]. c
if pop(i,4)>0
3 ?4 V) d  T+ x3 W4 Q: _3 H7 b4 l! A/ ipop(i,4)=max_velocity;7 }( N7 |9 _  w  @7 _& R
else
" z7 J$ `% v, u$ `% C; ypop(i,4)=-max_velocity;" s* @4 C1 f' Z+ Q  X9 N! Y7 c# l
end$ e( k& K( c- q& I
end! X4 ~7 v  Y0 }$ e; A6 h2 n/ i
end3 D( {, H  u+ Z

' R. j; A& E# x; r/ G! x%
更新粒子位置
5 G0 L; N& j/ t2 L9 s! sfor i=1:popsize7 `. s! w, R# S  ^9 _  Y* l
pop(i,1)=pop(i,1)+pop(i,3);
/ H/ K; r" c: g) o. X1 R# x4 q+ Mpop(i,2)=pop(i,2)+pop(i,4);
6 @, s: p' p! r; q2 @, N/ `end
7 k: Y1 i6 X1 D! N0 C/ ~

* D3 R5 S2 l: }' u7 \8 D
3 [6 g4 X: l" t2 v9 G, y7 c  E 7 `/ t% y* U& D$ M2 A+ B
$ z. v# E2 n2 g( d; S3 _4 p
7 i: [# q6 B2 ~6 C& |7 V

% S; Q& A; s9 p+ \2 o% J
/ U0 {7 o; f  l9 m2 h" N* T. Q
& c  s9 c: f- i- Q- P7 W% i
& ^4 O, @3 }. G$ g) g- h( r2 n; }
6 d( H) v; T9 x- g 5 v# X4 n- ?: ~* M
  T# M. U/ a( D% ~
% }7 s/ @7 b8 n2 E, H+ J
  I* x6 q# N- \$ C7 G! c0 i  K4 x

) M; e: k5 q" M5 q, F; A( Y0 s
2 b) H  \4 o0 b/ Y4 B, g! ^
  B* w$ w  g' \0 N% W1 v% A SIMPLE IMPLEMENTATION OF THE
; d: X5 ~. _, h- m  Z+ M% Particle Swarm Optimization IN MATLAB0 K  p2 ]5 q- h) F* c* i( g
function [xmin, fxmin, iter] = PSO()# H9 x( p0 W) n  k7 h# W: H4 y/ k6 C
% Initializing variables0 \7 Q- @6 @1 G; M$ F
success = 0;                    % Success flag
% W" V7 `0 Y8 a5 D5 O) xPopSize = 30;                   % Size of the swarm# A' C3 X0 G/ x# r- y
MaxIt = 100;                   % Maximum number of iterations
$ J& t4 g& w: N/ O4 W1 X/ l& Titer = 0;                       % Iterations’counter2 O0 \7 I2 c; N* K3 d6 N. {$ e, Q5 U8 A
fevals = 0;                     % Function evaluations’ counter
. [0 ?1 P  |0 Dc1 = 2;                       % PSO parameter C
14 X' I$ z  U* V8 h
c2 = 2;                       % PSO parameter C2
6 f. _" D0 @( H0 c: P' M; jw = 0.6;                       % inertia weight0 P9 d; N  y# n; Q6 q
                  % Objective Function7 k' G  p0 Q. O9 p3 `% A2 {
f = ^DeJong^;
4 n0 R: D$ k$ o: X, Y; ]dim = 10;                        % Dimension of the problem# G0 A" s; c5 r$ f
upbnd = 10;                      % Upper bound for init. of the swarm6 e7 ?% _$ X2 v  T8 v$ W) B
lwbnd = -5;                     % Lower bound for init. of the swarm* k. }" D9 J) A( T
GM = 0;                         % Global minimum (used in the stopping criterion)
, \" V. t/ f" q: B0 ]ErrGoal = 0.0001;                % Desired accuracy* M0 b+ S; r6 k- n9 [9 u
) v* G! Q5 ?8 B# {+ h1 v+ r
% Initializing swarm and velocities
* w$ G1 q( T. n: _+ l& Xpopul = rand(dim, PopSize)*(upbnd-lwbnd) + lwbnd;
! B/ I) w/ Y( @8 ^vel = rand(dim, PopSize);
+ Q6 q! S: G8 `6 R9 p& ~' e0 G$ a4 M
for i = 1opSize,! T& C- L4 j/ k
    fpopul(i) = feval(f, popul(:,i));
* }9 o8 ^" ^+ F/ O- {2 j" |    fevals = fevals + 1;/ [3 M+ T. n/ c4 l- |2 H. E( I! u
end" Z; O. l" w5 m  n

/ W0 o6 ^6 q" {7 ~bestpos = popul;( L' t  A- N& K2 h8 P
fbestpos = fpopul;
* W$ N# W) }+ q: P% Finding best particle in initial population7 Q: ^1 F+ v# s. ~; |
[fbestpart,g] = min(fpopul);/ y- |. K9 _  F+ T
lastbpf = fbestpart;. Q% d/ w. U4 |, V- _0 @1 n
1 Y1 k+ ~4 L0 |! C, l
while (success == 0) & (iter < MaxIt),    : f7 `" K5 E2 k0 ^* h
    iter = iter + 1;
% J: K8 r$ W  h. `/ _  u5 n- V: C3 A. r4 J% {0 g5 C8 ]; y
    % VELOCITY UPDATE
; a: u* W7 Q% ?; n# {) @    for i=1opSize,+ P: R8 k& K* F; K: E; `
        A(:,i) = bestpos(:,g);
: d3 K$ @1 f0 S/ h  n5 R6 V$ c    end' S- c$ b  f1 V
    R1 = rand(dim, PopSize);. N5 w3 n4 ?! M, x
    R2 = rand(dim, PopSize);
8 ~! b- x3 M- C1 T& d$ y/ o    vel = w*vel + c1*R1.*(bestpos-popul) + c2*R2.*(A-popul);) G: \+ Z1 N+ A/ Q

) S4 D! @4 V3 |/ E+ V! S    % SWARMUPDATE
0 J! ]  X1 P7 U- k% |5 D    popul = popul + vel;
7 c/ k2 G4 r" h; T    % Evaluate the new swarm
1 b" T# z6 L% U    for i = 1opSize,+ f- @1 E/ ]4 Y6 F1 n0 p8 o2 J; m
        fpopul(i) = feval(f,popul(:, i));% C. b( M& a. g1 e% P
        fevals = fevals + 1;
! k7 }4 F+ }0 i. M7 f! ~0 W    end! b0 @4 J4 C7 m& a! D9 r# o, H
    % Updating the best position for each particle
; G: E2 v4 g9 j8 U    changeColumns = fpopul < fbestpos;0 W9 j5 A2 O3 U6 O9 n! Y
    fbestpos = fbestpos.*( 1-changeColumns) + fpopul.*changeColumns;
6 }, a& L6 Y" o" o% @# A    bestpos(:, find(changeColumns)) = popul(:, find(changeColumns));
1 L; H+ Z) v. S# K. \5 |    % Updating index g' E3 S/ h$ A2 z. a7 w' E
    [fbestpart, g] = min(fbestpos);
9 }. F1 x/ C% O/ ?, @( d    currentTime = etime(clock,startTime);8 n/ `) w. {" t/ r: c6 p. g
    % Checking stopping criterion, _( b8 Z" |7 V0 o+ B, b# @, |
    if abs(fbestpart-GM) <= ErrGoal, M% U& f- w# S9 ?
        success = 1;, s, k* T( A' N/ U  x" J
    else( T5 D1 q6 ^* t. i* x8 E( k5 R
        lastbpf = fbestpart;
7 t) e/ b' n5 V  R, U8 @% O% k% E    end
6 b3 o4 ^! d4 z% f1 M) b' C7 s+ c, a5 Z' l
end
5 C% R# W  {& G
9 ?+ X$ a# i7 M2 C% G. c% Output arguments
$ |- |6 _/ l# C/ _" S( v& ]xmin = popul(:,g);
! r+ w0 g+ c$ a5 \: z/ Dfxmin = fbestpos(g);
% s" K, l8 g% I7 j9 T9 I
" p% N9 H1 ~- v7 Q+ G2 a# u/ h- _fprintf(^ The best vector is : \n^);
4 P/ D$ l6 P& g* U6 Efprintf(^---  %g  ^,xmin);
5 t+ Q7 U( f9 Afprintf(^\n^);# U3 P4 o9 K4 e# c  j; d3 y
%==========================================
# q& b  S1 Z( G% f9 Yfunction DeJong=DeJong(x)
9 {5 x; v% \) nDeJong = sum(x.^2);
zan
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