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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
+ u4 d( f( k9 g$ k% 2007.1.9 By jxy4 A7 o, o% Y! W
%
测试函数:f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048
8 S) B6 j* p3 v1 B! H2 F%求解函数最小值
% ^( T8 y: [$ W8 X/ d0 H' Z, {6 |: |3 {2 U5 v6 o
global popsize; %种群规模
" Y" [* r4 B9 Z7 q- V% D%global popnum; %种群数量
) S  f4 W3 H0 |9 [( J, Sglobal pop; %种群! e( ^: `  k, f3 X
%global c0; %速度惯性系数,为0—1的随机数
- l7 r+ V) k1 _$ J% d' s  ~global c1; %个体最优导向系数( _! @- ~. Y7 f3 ?7 U9 `
global c2; %全局最优导向系数
; k/ I$ |% v) V; x  n8 l% sglobal gbest_x; %全局最优解x轴坐标
" q# t& d; w5 E  u2 Z0 S' q- hglobal gbest_y; %全局最优解y轴坐标
1 }2 P' U+ N0 q7 i. Z) cglobal best_fitness; %最优解
8 i3 o$ K; W$ u! W5 iglobal best_in_history; %最优解变化轨迹! C! `8 y& n' t3 [7 Y7 ~" H; C
global x_min; %x的下限
) D6 _3 P6 \2 u( Z+ E  bglobal x_max; %x的上限4 o( R+ U; Q) A( ^+ g% ^
global y_min; %y的下限
1 `5 C! V) z! J% Cglobal y_max; %y的上限  e2 _. G' u9 v8 B
global gen; %迭代次数+ {* ~. z* ]9 A
global exetime; %当前迭代次数
& D9 J2 [! M: z5 }global max_velocity; %最大速度. f; k! B  O5 o
5 t! z8 Z0 U  e
initial; %初始化2 m4 E0 G4 F- L+ m# Q; K; [8 t3 T# B

& G. G3 R  d8 w+ S& h: Afor exetime=1:gen" C6 h1 T5 j) a& h6 d: y
outputdata; %
实时输出结果" J5 j& G' u, G+ z4 Y6 b6 Q' J
adapting; %计算适应值7 M/ x3 k! n) v, H) l* F0 e% i
errorcompute(); %计算当前种群适值标准差* |% Z3 I, D7 }4 o' x9 B; b" w
updatepop; %更新粒子位置! R) g; f# }  y4 W" k. F
pause(0.01);- N) D: `$ r$ L5 I5 z8 L$ H
end
1 Q* c7 q; O1 e
- {4 `  T5 l) r: jclear i;
# o1 g0 h2 n6 jclear exetime;  i7 e# I" K4 w$ T
clear x_max;- z" n8 S) e! ?- W$ H! o4 s
clear x_min;' F1 ^1 G/ t6 K/ l, i! Y0 b) I/ U+ L
clear y_min;  \) A, z+ f; J- f2 v, V
clear y_max;7 T: g8 T- m' V# n9 ~, `6 @
7 d& E; }; B$ F, F* \' u7 s0 w
%
程序初始化
+ O' i" Y6 P8 T- A" \7 O# j+ R0 b" E8 w: O* B# S
gen=100; %设置进化代数
/ E$ J9 R1 y; }2 y$ w7 i( _# U: j! _popsize=30; %设置种群规模大小% G) k, c, D% a- Q* n
best_in_history(gen)=inf; %初始化全局历史最优解8 C, @# U* `, P1 e7 W3 J& j+ t3 \, |
best_in_history( =inf; %初始化全局历史最优解
, T- N: ]. q- F2 fmax_velocity=0.3; %最大速度限制) w/ b$ V9 g  }+ [
best_fitness=inf;7 i, j6 Z% l$ ?1 ]
%popnum=1; %
设置种群数量4 ~; k7 Z1 \2 w/ {6 {% Y- ?, I
7 w. V1 }* h5 e/ i5 ~
pop(popsize,8)=0; %初始化种群,创建popsize行5列的0矩阵
5 g( c/ y0 M+ f5 t$ `. S%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 A0 P5 @; I0 P0 a%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
5 V- k+ O, U- B6 f+ S+ Q%第7列为个体最优适值,第8列为当前个体适应值; b' w6 y% \% d
/ ^3 }$ i+ E, v
for i=1:popsize" {- ]2 S  N+ W* [0 @. g
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
5 C9 a  ~  ^  e1 B6 s; Opop(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
; i" v4 j4 V5 _! h# G& Dpop(i,5)=pop(i,1); %初始状态下个体最优值等于初始位置
& r" b; Z2 H8 D% J& i! @pop(i,6)=pop(i,2); %初始状态下个体最优值等于初始位置
$ }' c3 b( a2 t% i1 |' O6 S. [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0.0001
5 R5 b4 _- _6 G3 @- R$ H* U, Ppop(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  `1 v: P4 y: }% ~$ E2 m, q6 Q
pop(i,7)=inf;
5 `: V3 `0 R. j! M; i- |pop(i,8)=inf;
3 e9 E9 o- F! ~4 m) N. ~9 ]2 D7 Mend
3 M  {8 Q, B8 v
' o" n, n0 M' g* uc1=2;- U" Y+ q* t8 \8 j
c2=2;* Q# E0 }) `, ?0 K7 R1 r7 s' Q
x_min=-2;
4 K, u. s2 h2 j: m8 C- H5 w  }y_min=-2;
4 ^9 u# G! Z' ~4 Z: Y5 Bx_max=2;, Y4 h9 b# |  Q# i. Y; w
y_max=2;/ N& ?2 J* l- y! L9 {0 Y" c
& V  J) G% r7 M! e' Z9 G0 I4 S
gbest_x=pop(1,1); %
全局最优初始值为种群第一个粒子的位置
! i6 f1 C) F" k! I& [gbest_y=pop(1,2);
- _: p; b6 h9 x) X
( X& s5 v& _( T. t' j" C, C7 Y%
适值计算  ?( \* X4 {, X, T
% 测试函数为f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048- Y. N9 A. p( M3 D3 z# a3 d# K
( |- p9 P# s# w( l( Q
%计算适应值并赋值. ^1 n8 J2 Q5 J5 {' X
for i=1:popsize6 U7 `, c9 e/ j6 E3 G
pop(i,8)=100*(pop(i,1)^2-pop(i,2))^2+(1-pop(i,1))^2;
! O- E" c. j; a. G# O  S5 c$ [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2 [- Q0 N1 Z# |/ W0 `' f
pop(i,7)=pop(i,8); %适值更新
6 q# D+ C& f$ P1 O4 i2 hpop(i,5:6)=pop(i,1:2); %位置坐标更新) R! Y: m  ]8 e" `# J, h/ k9 q
end, q* T/ g6 p4 a3 u
end) `) T, L" u- ?! N( P
; Q0 l6 N/ E% r: }4 T
%
计算完适应值后寻找当前全局最优位置并记录其坐标; n: i) N. H, d* i+ S
if best_fitness>min(pop(:,7))! }1 F; v* N" G  |8 W1 w" g
best_fitness=min(pop(:,7)); %
全局最优值
( E! d' _7 K, I* v( S& Agbest_x=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),1); %全局最优粒子的位置
2 T8 m% I+ O6 p# F7 }5 C4 S

% n/ j1 W& ]/ A* J; W5 ygbest_y=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),2);
. y+ ~1 k! J6 C5 Z, z) m0 Vend3 L2 q4 b  }  b) }
$ I2 h, z7 \$ ~+ M+ x! }7 |
best_in_history(exetime)=best_fitness; %
记录当前全局最优
% e& U8 t" v7 n0 I9 |- ?! }( F, a) f; a+ x. m
%实时输出结果7 w4 B- e3 r* p9 r+ G) _
% G; G. r- F7 t5 t0 W
%输出当前种群中粒子位置( t# Y, \/ w+ {, N
subplot(1,2,1);
4 L6 E5 Y6 L5 y7 {$ Q2 ufor i=1:popsize" ~3 H8 _! a: T. D
plot(pop(i,1),pop(i,2),'b*');
! c& e% L) W2 M+ F1 {3 vhold on;
2 v  @" Q5 g$ d% F, @1 nend
) V9 {+ [, z* i4 P+ P; w& Z7 U
( M, E1 j3 m' B2 vplot(gbest_x,gbest_y,'r.','markersize',20);axis([-2,2,-2,2]);
5 S$ w* S. a( D9 e" \hold off;) J9 r. q, L7 ~* d' n7 S

7 t: P7 s. O* j& asubplot(1,2,2);9 h4 d# K. X- E2 K* s) V, d
axis([0,gen,-0.00005,0.00005]);1 l. ~' L! f( W7 l$ K

' z+ N# N9 U+ Oif exetime-1>07 G' T  x3 N, \( r! z8 E9 Q
line([exetime-1,exetime],[best_in_history(exetime-1),best_fitness]);hold on;
" p# h0 c2 ^& Q  ?4 }end
" y2 O7 I, _" G" \4 m7 w6 j' W/ T# n/ d6 y& H  z  j
%
粒子群速度与位置更新  T4 t. ?0 V: n8 r
' L8 a1 D/ z. z
%更新粒子速度
/ i0 b* L/ ^8 V6 u# lfor i=1:popsize
6 b. G* r- w( ^. g4 Rpop(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  l: }' w: n0 Z7 d  Y9 c( d( ]" p) {
pop(i,4)=rand()*pop(i,4)+c1*rand()*(pop(i,6)-pop(i,2))+c2*rand()*(gbest_x-pop(i,2)); : G7 E; R. u0 S$ Y9 ~
if abs(pop(i,3))>max_velocity
) S* B* c; ]; U3 z. M3 c5 Zif pop(i,3)>0
( M6 e4 g# P; m3 K7 ?9 g' xpop(i,3)=max_velocity;/ W( L6 A' o: u/ B+ y4 h+ n
else
' [1 j; e% {! C1 N. X0 mpop(i,3)=-max_velocity;& X& u/ A) A4 A! ^# \: W4 Z" v7 V9 _
end
3 O8 ?; n( P* K$ oend3 l( \& n$ o' @+ C
if abs(pop(i,4))>max_velocity
# j: P) e4 c' z' f, Y, C3 ?if pop(i,4)>0; I. g- E* j' a) z0 C, B; _
pop(i,4)=max_velocity;/ Q+ H* t' j& o
else
) x+ D7 b- D: l1 R& @% a6 ?pop(i,4)=-max_velocity;% i& {$ q+ X( f# w
end2 g5 N/ {. c; [2 M9 j+ g2 U! t; d
end+ k4 R7 `( G! X$ ]3 a; Z" z
end
- R9 e; A- ^7 o+ s) t, @5 G2 l( C( Y  z
%
更新粒子位置
3 z- X" `3 @( U* ?0 yfor i=1:popsize/ f' Q' Y6 R, s
pop(i,1)=pop(i,1)+pop(i,3);2 L2 H, T* _2 X8 Q% l* B
pop(i,2)=pop(i,2)+pop(i,4);% [7 d5 R2 d+ X4 X7 m# u. p
end
; g0 y8 F' A' K
7 E% k2 B0 O7 P; M

5 Q9 F* b3 ~. j+ O) v/ b$ I6 w
( x3 V3 @" j1 a; \/ ~8 b; B) } # ^$ Z3 W" z+ ~+ m
) j& m& u9 U# v2 x+ h6 U

: N7 |  y8 ~+ m$ G$ n* X7 ^ ) F* f+ _  K: Z& x# W; l) l8 f
- K+ t6 N5 B1 N5 c
4 v" [0 y' c' \% P$ s- d

  n+ u& S2 C+ u0 R6 c
. W2 |! u/ B0 \8 c% m * }6 g( |, Y: u' j
% Q+ g4 J0 l6 h

0 I) P1 H: v2 i, K) z 0 j$ U! ?+ e- Q

& ~, l, J& Z* r* q0 J
/ a& G2 r' U8 b- I5 i3 F9 F% A SIMPLE IMPLEMENTATION OF THE; u; ?) G3 o$ m  N4 H
% Particle Swarm Optimization IN MATLAB0 y" d: O" p( i) B
function [xmin, fxmin, iter] = PSO()9 _( A7 `9 V5 Q: n+ s; S! E
% Initializing variables
2 Q+ h/ k8 k1 ?success = 0;                    % Success flag
3 }) v, y: c5 c: {0 FPopSize = 30;                   % Size of the swarm2 f" _$ F" Q. t6 x! ~
MaxIt = 100;                   % Maximum number of iterations
5 D- X1 M% _0 Y9 d2 a7 @iter = 0;                       % Iterations’counter2 x3 u4 j  |* H- G2 f2 D
fevals = 0;                     % Function evaluations’ counter
# i9 [0 J3 t: P3 H! \$ P7 Qc1 = 2;                       % PSO parameter C
17 c- f0 W% j0 ~. x
c2 = 2;                       % PSO parameter C2
$ X, l* }. N$ R# X! R7 h8 l& p2 N3 Bw = 0.6;                       % inertia weight
2 g( C7 n% U- T                  % Objective Function
4 C0 M% \0 U1 Y+ t5 ?: ff = ^DeJong^; 3 K# z% k6 X3 V2 f9 o+ E- ^9 @( s8 |
dim = 10;                        % Dimension of the problem7 \% d  V* v" Y, l' {
upbnd = 10;                      % Upper bound for init. of the swarm0 h% {, p6 {  S
lwbnd = -5;                     % Lower bound for init. of the swarm
% y7 n$ Z. X9 fGM = 0;                         % Global minimum (used in the stopping criterion)! X  V2 ]& n; q* m
ErrGoal = 0.0001;                % Desired accuracy
1 K2 ?- v4 F6 x3 u1 n1 I
9 A1 X8 s" a7 D" o2 {! |# K8 m% Initializing swarm and velocities
8 L! M1 x1 D, O# x0 [" q; _2 f3 {popul = rand(dim, PopSize)*(upbnd-lwbnd) + lwbnd;
8 G& N! U$ Q7 T; @' E% @vel = rand(dim, PopSize);# P. u  N$ }7 z6 P" g1 P

! h5 j- `1 J) w1 Pfor i = 1opSize,
0 v, }# B# ^2 Z$ s+ B    fpopul(i) = feval(f, popul(:,i));% A+ D. i/ ]5 o" o" e
    fevals = fevals + 1;
" G: P0 \. y3 E: y% pend
* b4 _! v& U% N/ y' K& |9 D0 [" E! O# n1 }' z
bestpos = popul;/ d& v" [' f2 E
fbestpos = fpopul;
3 N' j% @# `1 H& r# y% Finding best particle in initial population
. ]6 `* A) C* ^; T& s+ Z[fbestpart,g] = min(fpopul);
$ }$ t1 J- a) F, O2 x2 {- {& nlastbpf = fbestpart;
( p  _* T- d. o2 }) {
- V0 [6 e* m0 r% x! Y/ owhile (success == 0) & (iter < MaxIt),    ! x: \! c- ^' J/ @/ g
    iter = iter + 1;$ B' q- G& F, ^8 y( s1 g7 D
. w+ S4 v/ T' z) \
    % VELOCITY UPDATE
& e0 g' h2 Z4 f+ e/ O    for i=1opSize,; W/ A0 I9 A0 i
        A(:,i) = bestpos(:,g);1 }  F( {6 _& B- I. p3 a1 c7 Q
    end( o/ H6 _4 ~, O5 ~8 I9 ?$ j3 P3 ^
    R1 = rand(dim, PopSize);' p% b, i) w/ C8 R+ r* ~
    R2 = rand(dim, PopSize);7 }9 d: w! h5 O2 w# e. N
    vel = w*vel + c1*R1.*(bestpos-popul) + c2*R2.*(A-popul);
) w# d/ o/ ?* M) d4 L3 F3 f3 q6 ~7 J5 k
    % SWARMUPDATE
7 e- J3 ]' Q2 @  Z" T9 p    popul = popul + vel;
9 ]( M3 p5 V# ?$ }' l" @' p    % Evaluate the new swarm8 Q2 U1 k' ]9 B
    for i = 1opSize,
# q" V1 F, M7 y6 p        fpopul(i) = feval(f,popul(:, i));
  ^! {* p" K, }& g7 {0 u        fevals = fevals + 1;0 {; H/ m0 |  ~
    end) [2 N- P, G$ ~( h; F1 |' @" Z: k
    % Updating the best position for each particle& j: T: N' j& a9 [, x  l2 A
    changeColumns = fpopul < fbestpos;# F+ T) B: I9 A0 Z; Q0 f0 ~0 E9 o
    fbestpos = fbestpos.*( 1-changeColumns) + fpopul.*changeColumns;3 ?& J! o$ o5 Z9 i7 r2 g
    bestpos(:, find(changeColumns)) = popul(:, find(changeColumns));
" }7 d) U" Y" W2 T. Z    % Updating index g* i4 Q. R1 A. Z# C# k
    [fbestpart, g] = min(fbestpos);
$ n8 Z' k  C* z9 d1 o0 v5 E    currentTime = etime(clock,startTime);; L7 G$ N" @2 M; g' [; f3 g
    % Checking stopping criterion
9 @7 `  z5 d! z; B, J4 e3 N+ \6 f    if abs(fbestpart-GM) <= ErrGoal8 H; M1 W8 o8 G+ J
        success = 1;$ ^! W9 t: \8 v3 P
    else' r" N* j7 h: |+ t* Q
        lastbpf = fbestpart;
& I  K* y* K; u" c    end; G; y7 V& O% @) n

" s* h( E7 C) ~% Jend* q5 D9 R# d! [! @. K
. I3 F5 h* `3 z: e( {5 Q5 b% \
% Output arguments
- M" w# |4 ~* D( U9 \( X; lxmin = popul(:,g);! t  c8 a$ N5 F. P
fxmin = fbestpos(g);$ B. N( \+ g* W' F" B! K* Z# O* o
! x$ ?+ ], t! Y- Z
fprintf(^ The best vector is : \n^);+ p; @6 e5 t9 N; N
fprintf(^---  %g  ^,xmin);2 u$ E+ g4 J. H8 ^7 Z' [
fprintf(^\n^);
. O; z* q0 c7 |  G0 I9 ^7 `%==========================================* i! E5 x8 H  [) ^" @0 H! x
function DeJong=DeJong(x)$ U* |- G/ D+ t3 R9 n
DeJong = sum(x.^2);
zan
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