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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
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%标准粒群优化算法程序
/ E1 [# C0 O0 E/ N% 2007.1.9 By jxy
# h* k0 V, M6 m( }% c%
测试函数:f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048
7 f* j2 ]( H% K( H0 A+ x' N%求解函数最小值
. `- I  I7 ?  G7 ~! `( B0 K9 a9 B0 S- l
global popsize; %种群规模
: t* \% P! K  L%global popnum; %种群数量+ m5 [! E3 ]7 _1 o* U6 w
global pop; %种群
3 v% q3 w. e1 T" Q5 N; o%global c0; %速度惯性系数,0—1的随机数4 U* \0 _- `# j1 ~, {
global c1; %个体最优导向系数# D& a7 e1 c6 l: s4 t! k
global c2; %全局最优导向系数
/ w4 y% ?2 t$ a/ lglobal gbest_x; %全局最优解x轴坐标
& i+ a8 G" J/ ~7 l( G$ ^4 c! Yglobal gbest_y; %全局最优解y轴坐标; S- f" q6 E( m/ ]( R
global best_fitness; %最优解" ~; o& \( F. I* O
global best_in_history; %最优解变化轨迹
( r, i' B- `$ T/ \& `; s# \5 ^# lglobal x_min; %x的下限' H' l% c$ H( l8 Q4 N
global x_max; %x的上限1 e2 U+ D: t: s! l5 Q$ m: Q0 K- ?
global y_min; %y的下限2 K) y, w! l) z
global y_max; %y的上限  N( Y: h) x: z( O6 ]& f) S6 `
global gen; %迭代次数' G4 m9 V/ h0 O% j4 b
global exetime; %当前迭代次数# i/ Q! Y9 B, ?. U6 A
global max_velocity; %最大速度* \& e+ N1 u6 w3 r: c0 H
9 _% U# V* ^- K0 L
initial; %初始化
# _4 e7 u4 d& Q& F4 n. G5 o
! f. a* L6 s& ~1 Z* H. {( Z% p1 gfor exetime=1:gen
8 g( o! t7 a& l7 J. l* G( O6 Loutputdata; %
实时输出结果+ r5 t  L# d7 A- y8 G" h5 ^
adapting; %计算适应值4 q0 @8 y) E8 @9 {5 w
errorcompute(); %计算当前种群适值标准差5 n) D$ a4 l5 O- o' `- R7 B+ N, _
updatepop; %更新粒子位置
8 d- ]0 {9 z! I# Rpause(0.01);" P, b* G) _7 n+ Y, j
end! }: u. z; [/ t" ^8 |

7 Z7 U5 c. ^0 Mclear i;' U: f: J1 ?, S4 T3 y* Y8 @$ q1 R
clear exetime;1 _& N; f( d. f& ^6 s9 M3 j
clear x_max;
+ }0 I; i0 B, l. F, Cclear x_min;; W7 X' B) B) @" g5 V
clear y_min;. j  H9 m, d4 r: X# Z+ T( o
clear y_max;
$ S9 O$ h" J# v$ \# T, d" ^  }! W- b
%
程序初始化5 E: V" J3 C2 L% y) @! G9 h$ f

% k* l* q$ @# Sgen=100; %设置进化代数2 H$ `0 u8 c. y. b2 e- O4 M
popsize=30; %设置种群规模大小3 z7 \- t$ d  o$ a) H" i' P5 Z7 G
best_in_history(gen)=inf; %初始化全局历史最优解
2 a9 ]9 Q) L+ U+ o( Dbest_in_history( =inf; %初始化全局历史最优解: p: J+ }" M# q* P" H1 w  q& M
max_velocity=0.3; %最大速度限制' f/ ?) Z# |3 K' U9 O0 h3 f
best_fitness=inf;# p4 W7 ?' y/ b5 |2 c' X8 Z
%popnum=1; %
设置种群数量
. i1 N0 Z9 h2 _4 {( O8 _+ J; \: k. l0 V3 }
pop(popsize,8)=0; %初始化种群,创建popsize5列的0矩阵
( p) ?% Y; g: [) b. f%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8 r: v4 P" p9 @* ?/ ~. p
%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! ^; ~3 h2 {8 Q- s* G3 C: V
%7列为个体最优适值,第8列为当前个体适应值
4 h# v' e6 ~% \% {# V; v6 H$ K4 O. C& D
for i=1:popsize
, {/ A) A6 T4 x9 U  cpop(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
. F4 e% v1 r) ]7 F/ V2 p2 npop(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
0 L/ k% L& h9 h! X; O1 B" E# E2 |pop(i,5)=pop(i,1); %初始状态下个体最优值等于初始位置0 q) M! R& ^7 l4 Y) Y
pop(i,6)=pop(i,2); %初始状态下个体最优值等于初始位置
' V. P+ `. B9 k- u. Rpop(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0.00013 o9 G2 q# e& F+ K7 e/ F
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
, u% d; t( x$ ^# Xpop(i,7)=inf;7 g: p& i# I5 F5 j- ?
pop(i,8)=inf;
/ E. |6 w$ y+ p, i6 ^$ Wend
7 a0 D# y& \/ m2 D% y% t* J! v  b
4 y& t2 H. k# ?; }* Z. @6 zc1=2;
1 K  `, X; s5 Q. j1 Kc2=2;2 J( [+ \# `, W9 D5 R' [0 {
x_min=-2;
' X& p) e& f3 ?# N/ uy_min=-2;: T$ L$ s" \6 F  b, }% C8 I1 ]  p# d
x_max=2;
. l0 U/ S' t+ D- I/ hy_max=2;
. R( m' Y0 V* A5 l8 V7 `& s, u$ T
gbest_x=pop(1,1); %
全局最优初始值为种群第一个粒子的位置
9 M2 Z9 D; J* Q+ P! [9 ^gbest_y=pop(1,2);# X+ A' T( P! q( V1 K" z* R

; W  z  n, k9 P2 n! ?%
适值计算2 e& e  W+ b5 u+ x
% 测试函数为f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048
! o! q, q8 i# l, E, c6 e
& F6 \4 T  R: o1 g%计算适应值并赋值, ?3 h* y4 T! u/ o+ O
for i=1:popsize
! W5 H/ @; w2 A4 npop(i,8)=100*(pop(i,1)^2-pop(i,2))^2+(1-pop(i,1))^2;; D) Q' L& m, L$ Q: H! 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) I, Q1 h! Q* i5 N
pop(i,7)=pop(i,8); %适值更新. u8 \" D7 `; O4 ?
pop(i,5:6)=pop(i,1:2); %位置坐标更新4 W$ b) g: Q1 v7 R( d  v$ x9 l
end
) V# E0 ?, U, Qend# F, }- K5 j* y- J/ d" a5 s

. n5 ~! G4 }5 h) g8 K%
计算完适应值后寻找当前全局最优位置并记录其坐标
% Y" f3 p; l: Mif best_fitness>min(pop(:,7))" k" r. U: k" V  f9 \$ Z$ Y
best_fitness=min(pop(:,7)); %
全局最优值+ q  @1 X+ y# w6 B& R) U4 z* j# K
gbest_x=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),1); %全局最优粒子的位置
( e; p! u  N5 j. T; U: X
1 f# `& d( [/ e7 L$ v
gbest_y=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),2);4 c! F- F$ g& _# }5 u  M6 g) x
end
' t: j5 u- z6 D: [* Y% e* C. P& x& W5 j! `) [& \$ a  _
best_in_history(exetime)=best_fitness; %
记录当前全局最优
& X6 ?6 ]" Z; m1 K/ n0 ?- Y+ B# V
# M( h. L/ I) U& Q: P, \" q6 w%实时输出结果
. ]. k) Y& N7 F% e) K
% r+ G: g5 }# ~% x1 T%输出当前种群中粒子位置
, d6 L6 h& a4 X+ G* Q) dsubplot(1,2,1);
; y7 M4 l: P% n  Q' [8 i/ }for i=1:popsize
3 Z$ I. }$ c  B" u! g1 N6 Pplot(pop(i,1),pop(i,2),'b*');8 X4 d8 n* l1 b
hold on;
5 z  H/ ?, Z  ^0 C$ ~. I1 Zend
% r8 ~5 d4 s& H9 o; N4 N  N0 n. T* X# k
plot(gbest_x,gbest_y,'r.','markersize',20);axis([-2,2,-2,2]);
% }2 G$ t& @6 E% N" l7 Yhold off;
- u% n% V- G3 }+ }6 Y$ j, P+ T& ]' t5 G6 H
subplot(1,2,2);
+ Z; a/ ~( B4 S- \4 ^axis([0,gen,-0.00005,0.00005]);
# u$ d( _" }5 B& g" [4 p+ j& D/ v1 E+ O3 {- B$ D8 _1 |% V
if exetime-1>0" B* M. e0 |$ {- i# X
line([exetime-1,exetime],[best_in_history(exetime-1),best_fitness]);hold on;6 O- O& S. \3 o0 F
end
% @( j, F# _) _& X4 A* b) q1 v/ \+ P+ J! }* x# Z
%
粒子群速度与位置更新
& ^+ m1 v* \0 s8 P2 m4 S# W& j& z
: a0 q8 t$ a* g  v$ h%更新粒子速度+ F) \& P( H! r) I! y8 W
for i=1:popsize
$ ^& G) G5 r' F/ K! F# H/ Tpop(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 o! [+ B2 v0 b  N: ~
pop(i,4)=rand()*pop(i,4)+c1*rand()*(pop(i,6)-pop(i,2))+c2*rand()*(gbest_x-pop(i,2)); 0 I) Q# l1 v4 _2 w
if abs(pop(i,3))>max_velocity
" N! ]& W5 L9 a" P3 i- `1 L  \- zif pop(i,3)>0$ B1 Z* A' y( J2 h
pop(i,3)=max_velocity;
% V8 }' V2 _+ D0 ?4 g' celse
3 }3 M: k3 h: Qpop(i,3)=-max_velocity;
& C) o4 S8 v! n! P7 xend. a% w( U$ m5 a; D4 l
end
  l; K6 I1 x1 ~+ u$ V, Y! jif abs(pop(i,4))>max_velocity% N  ]; W6 m" y0 Q
if pop(i,4)>0
6 x; r( a, p8 Q3 X% Cpop(i,4)=max_velocity;
1 E/ P0 O1 S0 Y4 }) m* melse4 n& ^9 v3 X) l- c# S
pop(i,4)=-max_velocity;1 u7 o( O/ ?, f  y. f
end
' v+ h. U6 E( h2 s3 p7 B( jend
) E% ~# H3 {- ~  M; V4 T" Send' Z: t+ `# e, v3 V$ |# C2 e7 N
5 d9 P: A& C- c1 u  D' R
%
更新粒子位置. m0 z+ {: `* x: z
for i=1:popsize
$ G* c8 N3 |2 Mpop(i,1)=pop(i,1)+pop(i,3);/ z5 q4 R; \4 j7 a
pop(i,2)=pop(i,2)+pop(i,4);' N2 N: @" O. B# O4 g9 p% |9 j4 p
end

6 B! h$ p8 ~. e3 h8 t. l
" N/ V6 W; \( b
, I+ M) f( _' g7 k5 _6 R
) ~: Y- M+ ?: U
$ `& T! w# z. ~. L6 Q+ _. @# ]
/ I# q- {3 C! a" ` , H6 N  |4 `* v$ t
6 {8 m3 \+ ^- T& u: [
& V# h$ S: g. V. P  k; a

: p* m" |1 _: X0 S/ a3 z/ E
6 X! ?# G9 x( w, N
0 @4 N: F' t# n' v7 b2 m" |4 b 6 l! y( i% J9 Y* ~

, c( n+ ?1 b. `& v( U- U; e9 w+ e
1 x+ U9 E% t" Q' |$ p
3 z+ p% q" D& Z/ o& K8 ~6 D 9 Q; j, i# |7 @2 S* o

' m4 U" G) U) ?4 T/ R% A SIMPLE IMPLEMENTATION OF THE
0 G' D; D5 {: e, U- y% Particle Swarm Optimization IN MATLAB
. y) `4 G0 G: l8 J& s# Afunction [xmin, fxmin, iter] = PSO()
7 V8 y' ]1 c) E( {. D7 D% v% Initializing variables
+ ]! \: E6 a' Y5 a, K! D7 _success = 0;                    % Success flag$ W7 S$ J  i& `/ w* v0 b: C
PopSize = 30;                   % Size of the swarm
; U* v$ i; i/ v: yMaxIt = 100;                   % Maximum number of iterations. ]4 T# _) Q8 M8 w( m; h
iter = 0;                       % Iterations’counter
% U- I/ F8 o, Y6 M3 M- xfevals = 0;                     % Function evaluations’ counter
8 \$ L% E' `# q( @+ [c1 = 2;                       % PSO parameter C
1* W' |$ X+ Z$ Y4 K
c2 = 2;                       % PSO parameter C2; L6 s7 Y  \# N& s4 a
w = 0.6;                       % inertia weight) t! m/ C* ]! g. k" i. |! n% G
                  % Objective Function
" @4 e. S9 q- \7 Q) y; h4 t4 f$ ff = ^DeJong^;
. b9 l4 U8 w& u4 ^* p6 Sdim = 10;                        % Dimension of the problem! u* Z8 i) x0 ?; h$ c3 t. `
upbnd = 10;                      % Upper bound for init. of the swarm( [, i1 k. i! x
lwbnd = -5;                     % Lower bound for init. of the swarm
1 x1 p7 j  u6 a7 p/ z3 m  NGM = 0;                         % Global minimum (used in the stopping criterion); O2 _6 y9 i3 e1 G* x4 F
ErrGoal = 0.0001;                % Desired accuracy
$ {; k. {$ E( V9 C
3 y: }" u6 k2 p! P; P1 X% Initializing swarm and velocities
+ j6 S3 p: K% S0 ^( N- ypopul = rand(dim, PopSize)*(upbnd-lwbnd) + lwbnd;; v% @1 J! w0 {" ?6 E& \+ x0 }
vel = rand(dim, PopSize);( g0 x8 V% L( d+ t* h
2 s5 G2 O$ u+ ^" ~2 o- N4 u
for i = 1opSize,0 R$ W& B9 U6 y# n! K# d
    fpopul(i) = feval(f, popul(:,i));
. M# M, B- \+ n+ X& X    fevals = fevals + 1;
0 n* T# A" y. ~$ Z5 N7 Zend
7 N$ Z9 U3 @5 H- q$ u, U% u# v' c& \4 |
bestpos = popul;
; r+ i, U1 l! W! m( Efbestpos = fpopul;
- q! |/ b: \9 b4 G" q9 g% Finding best particle in initial population* X$ m$ [- {4 H6 n4 O! O& ~
[fbestpart,g] = min(fpopul);
) i; F2 i+ x: u9 G0 Llastbpf = fbestpart;& B& L( k6 r) p

: h& b; M5 K6 N( iwhile (success == 0) & (iter < MaxIt),    ) ?; s- C& p8 O5 v4 Q4 z" ^# |
    iter = iter + 1;1 ^$ K1 T7 M7 @  Y0 J8 q
. |) E* R6 e* {' q$ s$ k3 x0 v
    % VELOCITY UPDATE& r, W" r% O( z9 L* I
    for i=1opSize,' F  i( O+ J1 l- c/ t5 q
        A(:,i) = bestpos(:,g);
4 o: S! v$ @9 P6 s- h    end1 M' _2 e! C" b2 A6 g$ s6 T
    R1 = rand(dim, PopSize);+ ]8 @1 _8 c! Q9 h1 D7 _# K
    R2 = rand(dim, PopSize);, g& R& [8 I: [" K0 W5 w/ Q
    vel = w*vel + c1*R1.*(bestpos-popul) + c2*R2.*(A-popul);% U, Y! F3 C: R) O2 m% C

, R, x/ C! n9 V' l8 V- O    % SWARMUPDATE
6 q* O$ i. x/ N    popul = popul + vel;( K5 H; L* F5 B  \# F
    % Evaluate the new swarm
; r1 Q! B' p8 g2 p    for i = 1opSize,* w7 e4 }5 n" l. d
        fpopul(i) = feval(f,popul(:, i));
6 n0 b# k1 N: f        fevals = fevals + 1;1 j, @& `/ F2 H5 l2 u* b- U$ h: a, B
    end; Z) _: ^5 j: ^5 ~' ^* G
    % Updating the best position for each particle9 B& y( K# I; M* T) q3 A
    changeColumns = fpopul < fbestpos;% v+ F4 ^- H0 Q9 @& h1 I9 u% T, i
    fbestpos = fbestpos.*( 1-changeColumns) + fpopul.*changeColumns;
( x& [/ F* d$ F) o1 }" Y3 \    bestpos(:, find(changeColumns)) = popul(:, find(changeColumns));
9 v1 ^% `! \- w    % Updating index g
/ o0 T3 r( [. `    [fbestpart, g] = min(fbestpos);4 G, J9 s. m3 K* v5 S' N& L2 T" b& c, ?
    currentTime = etime(clock,startTime);  ?4 I: [" i4 d( n
    % Checking stopping criterion+ K7 ^9 n0 Y! Q! U  ~
    if abs(fbestpart-GM) <= ErrGoal
7 ^7 A. o8 I0 H8 K, Q6 J6 d        success = 1;
9 o; b# a! s( f+ h, I4 p    else2 q6 G- O0 M( y" c6 z
        lastbpf = fbestpart;
' S4 {8 k) `  K" D; r5 ~    end1 U6 ^! Z9 R$ V" O4 S# x

1 ~  b1 c# o6 m1 X0 X) Q' }! send. `3 _& v* |" {1 w
6 w& d1 @2 y8 f
% Output arguments" O4 P& x8 C) \1 k
xmin = popul(:,g);2 s- @/ ~# @, {  a; I  s; w
fxmin = fbestpos(g);0 ]5 p$ B; T! p& K

! v( F* e) x/ q+ ?  ^7 E& ofprintf(^ The best vector is : \n^);
& U3 R8 O/ V% R2 ]* q8 afprintf(^---  %g  ^,xmin);
( j$ n% B/ @; q! Z7 |fprintf(^\n^);
  H  ^' ]& t8 Q  H+ v( J8 a3 b+ e3 U%==========================================0 Y" l/ q( j2 I$ [5 k8 o+ ^
function DeJong=DeJong(x)* W# N, T8 s9 G2 t6 o1 v. `
DeJong = sum(x.^2);
zan
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