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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 |正序浏览
|招呼Ta 关注Ta
%标准粒群优化算法程序) Q1 |) Z5 N/ n3 ^: B5 L8 ^& v5 K
% 2007.1.9 By jxy
# m  w, l2 H7 ?$ p' \%
测试函数:f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048
  b# Z5 I% E- [9 k%求解函数最小值# \. i1 {9 v: p( B; f
4 s5 z1 {% |, z/ G' L6 ]0 w% Z
global popsize; %种群规模
5 Q6 p4 B4 [# Z( N* `1 W%global popnum; %种群数量
2 e( V4 m) z) D, w8 q4 Iglobal pop; %种群- _2 C9 u1 S2 V2 `2 h
%global c0; %速度惯性系数,0—1的随机数
4 Z$ x" f9 Q* H  `( ~4 a0 Zglobal c1; %个体最优导向系数- g" a; I5 C( Q  x
global c2; %全局最优导向系数
  S) ?; b9 w3 g  P0 Hglobal gbest_x; %全局最优解x轴坐标* ~3 M" K1 Z" P/ D# @0 U
global gbest_y; %全局最优解y轴坐标) G, |, m& b) \
global best_fitness; %最优解
  ~, M, u, C8 R, p& aglobal best_in_history; %最优解变化轨迹2 s& A# V5 v9 Q3 i* m% {3 A: y
global x_min; %x的下限% ?5 C. i' _. V/ i; L/ u
global x_max; %x的上限9 g  W2 l6 R. K: E: F2 a
global y_min; %y的下限
. l0 y5 k' b+ ^2 c! r' @: L0 ?global y_max; %y的上限
- j# m* K& n3 h: i6 yglobal gen; %迭代次数
$ p4 F" T5 N0 k$ l$ w& aglobal exetime; %当前迭代次数+ ?9 R6 X) _; O
global max_velocity; %最大速度
8 b( \9 \) g6 e! r* n, u
1 Z) }6 Q2 `$ n' W2 Ninitial; %初始化
, m: U. I# s7 ?9 J8 L' a; d- l; d( V" @+ W
for exetime=1:gen# K  P1 W5 a/ w7 p
outputdata; %
实时输出结果1 l2 f$ R4 Q5 U+ b
adapting; %计算适应值
1 H  d* m' p6 U9 Y7 P6 Perrorcompute(); %计算当前种群适值标准差1 o+ b3 n" S9 C* B- U
updatepop; %更新粒子位置1 g9 s2 G7 h* i  z% f
pause(0.01);9 g7 N: D9 y$ e( J0 [" Y4 v
end
& @4 @; S% n4 z+ C: Y! R- _& H" z: {3 U/ i
clear i;
3 d: {. b8 C3 zclear exetime;
; i! n1 r! ~' T& {clear x_max;6 x1 p3 T9 M) D" t+ K$ D7 h
clear x_min;
% C: p$ O8 f( e; dclear y_min;
1 D5 s. s2 N# c0 G! U! e# e2 Aclear y_max;
7 A% y4 Z2 _7 t% K8 h9 i
: Q/ a2 G+ R5 y%
程序初始化& f- }& }: K5 W' D/ S+ J1 M4 T+ Y

/ B) X+ S, z" V* }- jgen=100; %设置进化代数( @$ o7 q% I$ |, b4 d3 v' g8 a4 G
popsize=30; %设置种群规模大小
$ U/ j8 y( S3 a! Q; u# t% dbest_in_history(gen)=inf; %初始化全局历史最优解
/ B7 p7 U9 Y( z( f; _1 ^- o5 k" Ebest_in_history( =inf; %初始化全局历史最优解4 N& {: y" V. p/ S. N5 C% h
max_velocity=0.3; %最大速度限制/ e, X3 n8 Z6 X! F* P, u
best_fitness=inf;$ \9 y1 Z) x5 U9 L
%popnum=1; %
设置种群数量7 g1 r3 D9 _2 E& a1 {
7 h/ X  T4 P  W
pop(popsize,8)=0; %初始化种群,创建popsize5列的0矩阵% G- W3 ~7 l5 ^" }2 K  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. ]# g1 E% D, t
%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' M6 v& ]: W1 O: v2 J
%7列为个体最优适值,第8列为当前个体适应值7 H; l6 t* Q. Q
- k$ p  V0 S, Y. `
for i=1:popsize+ e, i6 |7 m4 f6 _; p- O+ L
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$ }2 u/ X5 ]" E2 z0 {+ G# o: j" L
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
/ ^  ?  x5 q3 Z( ?$ ?: _pop(i,5)=pop(i,1); %初始状态下个体最优值等于初始位置/ K9 }+ U5 ]& J2 `7 N1 g! i/ V
pop(i,6)=pop(i,2); %初始状态下个体最优值等于初始位置
' k: w& p0 v9 ^+ u$ K9 zpop(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
9 D- h  [9 e9 Hpop(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0.00014 V% C' U# Q; z3 s3 e' x2 n3 r
pop(i,7)=inf;' j; a6 w+ |5 d
pop(i,8)=inf;& Y  J( P# Y) R' p
end
1 f7 E7 a' W) O0 D, i  r, ^' N9 |+ U' ?2 G
c1=2;
( \+ y( X+ l4 Q* x3 \- ac2=2;: x( U  H9 P4 _
x_min=-2;/ @: V6 W9 ]8 x: K' W7 C7 @) `4 X
y_min=-2;
- c- a1 E# t/ c/ v. v% v2 Xx_max=2;
5 d& w* u  h  F- Y% s: ry_max=2;
+ l# G7 o1 l# k8 @: J
, c7 c  O5 C" u7 Cgbest_x=pop(1,1); %
全局最优初始值为种群第一个粒子的位置, O4 |: h; g: g- W+ ?
gbest_y=pop(1,2);
7 G- g4 {# [/ e0 b( V! D: ^5 U
6 k& l+ N6 @7 _/ c/ y%
适值计算
% v/ t$ ?0 i0 ~" @7 c4 C% 测试函数为f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.0481 S' {% b2 Y2 K0 f0 B+ Y
$ F- P' ]1 Z1 i0 |7 r8 a9 f9 I# r
%计算适应值并赋值
. d- |: ?9 U" \: k! I0 k% Vfor i=1:popsize% e" W; Y' f4 l. M
pop(i,8)=100*(pop(i,1)^2-pop(i,2))^2+(1-pop(i,1))^2;/ [* y( c) w" K* m
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- t% |& M! m9 n8 V  r
pop(i,7)=pop(i,8); %适值更新
+ ~1 ^8 V/ H9 v# V$ }pop(i,5:6)=pop(i,1:2); %位置坐标更新
7 P% j$ D) l! W7 E4 |end, T  F: H3 I! R- e
end5 ^; Y6 _! D& D; g$ \5 u
/ e. \& V1 N7 C
%
计算完适应值后寻找当前全局最优位置并记录其坐标
( t$ M  P7 v+ ?/ L* c* Z" Aif best_fitness>min(pop(:,7))6 }( ?0 X) _" @6 h" u7 v% @  T
best_fitness=min(pop(:,7)); %
全局最优值& e( x+ Q2 u: h9 |# ^
gbest_x=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),1); %全局最优粒子的位置
# l, f. A: g2 c$ [$ Y2 D1 N
+ v0 E" x# N- Z% K
gbest_y=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),2);" J" a9 x$ V; k8 o
end' x3 @% V! |7 |9 g3 b+ V, L' i" w( e7 _
& L2 w7 g; l# M9 I4 k  [9 k, ~  {
best_in_history(exetime)=best_fitness; %
记录当前全局最优# w# C* _5 H* ~& A

. x  w9 O' y4 r- t3 Y8 n%实时输出结果, y- U- Y$ q1 P
- U% z6 Q3 W' L
%输出当前种群中粒子位置; ]  V$ E& r% z2 I
subplot(1,2,1);
% o+ T& n& Y' {) \for i=1:popsize8 V, J$ |+ d( N, ^
plot(pop(i,1),pop(i,2),'b*');
9 a$ k0 ?  v* phold on;
0 ~1 V+ I$ p) f$ K2 i6 Q5 G; Tend
8 C5 t$ P9 d0 J/ w  \, y/ P* x/ ?* J- s9 f: w3 V# P
plot(gbest_x,gbest_y,'r.','markersize',20);axis([-2,2,-2,2]);
! c3 e1 s+ F: t$ S$ K# s: Hhold off;6 _# o( c! w' b: S1 {& C
1 U% N; }$ y+ _/ m, a5 f
subplot(1,2,2);4 t/ R! L  E& M8 x
axis([0,gen,-0.00005,0.00005]);/ q8 P* u3 y# E8 u6 s
* l+ s+ w$ ?; d" ^" l& F4 ?
if exetime-1>0: B; |& v0 F4 w
line([exetime-1,exetime],[best_in_history(exetime-1),best_fitness]);hold on;+ O3 s  O; K, {* g  P
end9 g! m0 H) `2 t0 A3 Y
' W. [7 g: c' z5 ^: Q
%
粒子群速度与位置更新* I) k+ Q5 |& C
6 t$ Q" W) {9 i( I
%更新粒子速度
  T4 `5 F+ @9 s: X. n: lfor i=1:popsize
4 b3 G; ]9 \6 {" Kpop(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 r6 l8 G& l0 W. \# V+ Z/ j* |4 t1 t
pop(i,4)=rand()*pop(i,4)+c1*rand()*(pop(i,6)-pop(i,2))+c2*rand()*(gbest_x-pop(i,2));
1 r; p1 l; V; L0 A3 V4 N" s* g8 J6 Fif abs(pop(i,3))>max_velocity
. S0 T* \' C5 K  o' Aif pop(i,3)>09 U% q3 b+ y% I7 A+ O- \
pop(i,3)=max_velocity;
* `: z+ z7 n* \& Y. Y1 pelse
0 R+ K; r' l- l( Xpop(i,3)=-max_velocity;  ]5 T* f: p! z7 B5 u! ~5 ^5 b- x) T
end- U- E9 I6 }- O
end" i% F8 m0 c2 }5 }9 H& ~7 ^: _1 x
if abs(pop(i,4))>max_velocity& t" b3 N: q+ e# S  x  h
if pop(i,4)>08 e: u: `8 [, m- G+ K' V- T" n" T
pop(i,4)=max_velocity;
. p, W) ]# h, D' ^+ B, oelse
( [5 h. M( h" U0 T- ?' r: b8 q9 Rpop(i,4)=-max_velocity;+ h1 ^5 V6 N* R4 P2 y% b
end
0 S) U( F: T7 B) k* w* I+ u+ x; oend; Z7 F: O! x/ }3 q
end# N4 d, l0 i8 Z% W% d

6 t- T8 @& c6 u% \( m; m%
更新粒子位置6 m5 z1 s7 r3 X0 P0 w/ V4 d$ A, g
for i=1:popsize) c( C# ^8 c2 c0 ^6 N/ P, v0 g
pop(i,1)=pop(i,1)+pop(i,3);
5 e  C; V# Q2 z! r# h1 ]$ S8 Gpop(i,2)=pop(i,2)+pop(i,4);
! Q# l! D% t* W) cend

7 V* R* Y/ n3 o6 e0 B; `
) M( d' F: P  S( K( U) K! O
# {4 s! W6 u& n# s* D+ _( p
, ], X- f4 S' s$ [6 ~1 @ 7 H: I& H. \6 ]& m6 Z+ a
3 N  T9 I( }( p; y0 U! d( k3 ^
4 f$ Q# \6 t# s7 b: E

" T$ i  @* u* V9 M / d# x" I2 e. n2 |
8 Y" h, n1 {8 w' k/ v  L
) N( E* v( ]% \. b, `
% J. X& O$ ~* ^& E
% m7 }( b9 _5 T

! V) S* A( o' O- u3 v  O" x% p2 P, ~ ! H$ h* q! t- G( g7 y0 s5 i
1 O  w+ n0 F9 ^+ T, d0 w& T% p; C- K
( n2 c' K0 g0 ?( V1 Z' y
  o! c1 J* ]9 Z/ x6 J: I- E* |2 Y
% A SIMPLE IMPLEMENTATION OF THE  R  h5 W4 Z4 G4 ~5 @
% Particle Swarm Optimization IN MATLAB9 M7 ^+ f- G6 `( y. t' n
function [xmin, fxmin, iter] = PSO()0 |; N5 }9 l9 _' W4 h
% Initializing variables
7 X1 v4 F' \9 u& R/ Nsuccess = 0;                    % Success flag
" W& X4 p4 e9 `PopSize = 30;                   % Size of the swarm
2 i+ T' S7 \- a; m7 DMaxIt = 100;                   % Maximum number of iterations6 ~- c" ?! h7 U- w: B/ }6 n' X
iter = 0;                       % Iterations’counter1 u& g" Y! n& X- z
fevals = 0;                     % Function evaluations’ counter/ `: ^' P/ d3 V! @* P
c1 = 2;                       % PSO parameter C
12 Q) y: C4 r: A1 I# Z1 h
c2 = 2;                       % PSO parameter C2
0 t) `! E9 }7 ~8 J6 gw = 0.6;                       % inertia weight
/ g- h4 p) S! L* Z. ]+ |: ?                  % Objective Function, e4 m  ~' u. o
f = ^DeJong^;   I5 W7 i! Z7 Y$ x
dim = 10;                        % Dimension of the problem, u& q0 y0 j  A. v$ D  g8 [
upbnd = 10;                      % Upper bound for init. of the swarm+ Z: K. ?/ V8 J9 x. f
lwbnd = -5;                     % Lower bound for init. of the swarm4 n5 e2 L! m0 ~; W
GM = 0;                         % Global minimum (used in the stopping criterion)
6 D; n: x4 w% _: fErrGoal = 0.0001;                % Desired accuracy
! ^. ]$ L! u$ L" Z5 x4 p( ^: V9 q8 a% q) @& B: K
% Initializing swarm and velocities, a' l: O7 D+ g- j. t! e8 H! J
popul = rand(dim, PopSize)*(upbnd-lwbnd) + lwbnd;/ C* G6 K+ M& X" W
vel = rand(dim, PopSize);+ ^: S% R0 ^5 I) A! W: \5 ~
7 ~( w. j' X9 n. H* m
for i = 1opSize,
( i& X4 n. ~2 a8 P9 Z3 W    fpopul(i) = feval(f, popul(:,i));
! s! P8 f2 [8 x6 L1 W    fevals = fevals + 1;. k9 {2 T9 f# k
end
$ H7 }# G0 C. Y9 M6 ^! @2 n; o) ~2 E; v1 l7 f+ c9 N- M
bestpos = popul;$ _0 k7 t2 Y/ K" c$ r' i+ d, _
fbestpos = fpopul;
. i: m7 `2 G* w1 [% ]7 V% Finding best particle in initial population' [% L% e) _" e
[fbestpart,g] = min(fpopul);
5 b1 m  T* ~) ~: q' ?4 olastbpf = fbestpart;5 R) p8 E% J8 a, i* R

/ I( g& c& {6 w6 wwhile (success == 0) & (iter < MaxIt),    " w8 q, E2 [) r. f
    iter = iter + 1;
* g: q: F- Y) R. H; w4 y, G9 P) N* `0 e
    % VELOCITY UPDATE
) [1 r3 W2 p) }# t% p6 h    for i=1opSize,2 i3 u( ?* t9 t/ B; R4 M
        A(:,i) = bestpos(:,g);6 b5 {1 `2 ~& }. Q( w: z% w
    end
! q2 Y- I' H# [4 j8 H" e    R1 = rand(dim, PopSize);
9 ?# E. }' \" g/ B# s! ^    R2 = rand(dim, PopSize);. Y$ [  G/ b( d2 H( [
    vel = w*vel + c1*R1.*(bestpos-popul) + c2*R2.*(A-popul);
8 s" L- ~9 G# D; v, N( F
3 P7 z5 g9 s3 J+ a, |8 j    % SWARMUPDATE
7 e+ ~$ g; ^8 K9 Y. k+ q    popul = popul + vel;8 Z4 T3 I  o' g7 R; B* s6 T
    % Evaluate the new swarm
7 Z& g- I# F' Q3 i8 s    for i = 1opSize,% e7 u1 E' G; u
        fpopul(i) = feval(f,popul(:, i));
8 E. w5 |. }, f3 h4 J- f) e% e        fevals = fevals + 1;
: O* c6 f4 n5 w; C3 ^) S    end- o/ }( n2 S* L$ q* ?! n: J. p, A
    % Updating the best position for each particle$ K. T" A9 D- W; \: j: K/ m/ W
    changeColumns = fpopul < fbestpos;+ k: ~8 H# Q# s* F! D* r3 a
    fbestpos = fbestpos.*( 1-changeColumns) + fpopul.*changeColumns;0 p2 ^) @: k" [5 ^& ~( S+ {1 ~
    bestpos(:, find(changeColumns)) = popul(:, find(changeColumns));1 E5 [1 \9 P3 F& F$ a. Q8 U
    % Updating index g1 c& n9 `; b/ a
    [fbestpart, g] = min(fbestpos);$ |* [- K9 d0 v8 ?- y' q* V
    currentTime = etime(clock,startTime);
" f5 l, P4 j/ \/ G+ H+ g( M: _    % Checking stopping criterion7 f6 V7 G; t. Q5 D  F9 f, @
    if abs(fbestpart-GM) <= ErrGoal! }- ~- N# R& @% i+ K
        success = 1;: p6 j3 N$ u, v" g/ e4 j8 {; @
    else
9 ]: [8 m3 _7 v* H% ^        lastbpf = fbestpart;
: s% D9 s, k) ]3 k& \    end
4 o+ P+ f- _1 U# l
; q1 Q) a4 D- F& {/ uend
1 O+ _; T5 I0 ?, v
  b% t) O) P2 r, I9 H6 a; r% Output arguments, ]8 V! S. J9 N; ]( f$ p7 Y- O9 v
xmin = popul(:,g);4 }  m* S7 f% M# Y; d4 \! b" n8 C
fxmin = fbestpos(g);/ u3 _8 u- R. q& Z  V' I! _' [
( R( o6 _) S' o
fprintf(^ The best vector is : \n^);8 H5 A. E3 g7 w$ k4 j; L% a
fprintf(^---  %g  ^,xmin);
% T1 a) h: B0 d. Mfprintf(^\n^);- u: \! n; X: o' o( f/ D2 y
%==========================================
0 p& H0 j0 k* L, J, L! c7 Qfunction DeJong=DeJong(x), G% _* }" O. q' m  [
DeJong = sum(x.^2);
zan
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