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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% r* s) n. [* W: x" {" Y& h
% 2007.1.9 By jxy- r# U! _* v! P; I: j5 ~- ]7 }
%
测试函数:f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048
- e- s% n. t  Y, N! v%求解函数最小值
9 f% @( n: {2 {
4 S& P/ `: e3 Sglobal popsize; %种群规模
! e! O/ b7 Z& d%global popnum; %种群数量% ^& f! @1 j2 }8 {# ~5 d
global pop; %种群
. c( `5 s2 @2 ~# R  I, {( H7 c%global c0; %速度惯性系数,0—1的随机数8 L$ w1 Z1 E; [7 o  s$ t/ D! V7 _
global c1; %个体最优导向系数3 _, }0 Z" d$ B2 A7 P6 n
global c2; %全局最优导向系数4 M5 @4 C( b0 [6 q! E* `
global gbest_x; %全局最优解x轴坐标
- s9 Z9 x. [/ u% D5 H- bglobal gbest_y; %全局最优解y轴坐标
# \( o  H- C7 x* a2 E# `( iglobal best_fitness; %最优解
0 k: a& g& o% q& O0 T  y1 d' xglobal best_in_history; %最优解变化轨迹2 W1 q4 t, g# w) w# D4 B& b9 o( E* K$ e6 L
global x_min; %x的下限
, B9 p( f) I8 r- f/ a. {global x_max; %x的上限0 |: X9 e2 w# X
global y_min; %y的下限. s5 [* _# W/ N1 Q+ _
global y_max; %y的上限
# y8 L7 B) a+ Y3 Kglobal gen; %迭代次数
% [! t6 v8 r; d4 v  H4 E) K2 kglobal exetime; %当前迭代次数) t( Z5 A4 v5 o/ i! h7 E$ V
global max_velocity; %最大速度) m( n7 Z( [5 n* ?, V" y& w0 J9 s* y

2 Q3 o. y, A: _initial; %初始化7 i! |- v: ?* N" J$ l  y2 u: v- J

1 g: _1 H- Z$ D% b# Q0 f2 ffor exetime=1:gen* w: e: ]' |/ H; y3 \( A
outputdata; %
实时输出结果0 R8 W& Z0 p' p
adapting; %计算适应值
" t' G& `: F* o/ Uerrorcompute(); %计算当前种群适值标准差& {- D; u* o5 ]2 O  n
updatepop; %更新粒子位置
8 w+ Q- Q4 V( o- H/ A$ Hpause(0.01);; x& H  w4 x6 v* X! p: Q. Y: N. P  z
end
( }# f& O( p2 |$ d3 h- x! F2 ^; {: x6 X/ o4 F
clear i;
, x* y. C0 _, C& ?; eclear exetime;
' m9 s& I8 @5 u) q9 o# Zclear x_max;
2 Z6 Z0 [" ]9 ]" w, M* Nclear x_min;1 a  C4 W( j, G! G5 K: n+ m* K1 l, L
clear y_min;
# z* W! f3 `# c/ a- r3 M4 Qclear y_max;
7 B) D9 a9 z/ \) `' O7 c! N* W% P7 e/ g- t; J) b
%
程序初始化
, j9 s1 {( y9 L& ]  ~% y* w8 \" t5 l/ u5 t3 w0 `0 {3 n* `! T
gen=100; %设置进化代数
. _  M4 r; ~6 ypopsize=30; %设置种群规模大小& ?, `4 Z1 X: x. z' M
best_in_history(gen)=inf; %初始化全局历史最优解
. N- }$ F1 |) X' j9 Hbest_in_history( =inf; %初始化全局历史最优解; {* e4 v- u6 d  L$ z( e
max_velocity=0.3; %最大速度限制9 z1 p- @1 ]* f! X* H, F
best_fitness=inf;
) M$ `8 E6 [; v* }# E4 b%popnum=1; %
设置种群数量
5 J) r0 }4 Z. ~  b8 T8 \) `9 U0 S0 V4 d& F( C5 }9 G$ ~7 g# b
pop(popsize,8)=0; %初始化种群,创建popsize5列的0矩阵
+ T6 f- e5 g, Q+ S7 ~0 Q, a3 ]: Q%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  }$ x, w  z; ~: f
%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! p8 z9 E: I7 g; E0 H2 u
%7列为个体最优适值,第8列为当前个体适应值) D0 r3 P- K' n: J: y

5 }) h0 X4 ^' T& B$ @4 r- Vfor i=1:popsize8 p& L7 j9 o2 d- e# s  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
+ J5 S& l& R! w8 R: m1 v! F. ypop(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 w) ^* x7 b6 J. m; Opop(i,5)=pop(i,1); %初始状态下个体最优值等于初始位置
/ y$ b/ C/ u# M% M3 T: Gpop(i,6)=pop(i,2); %初始状态下个体最优值等于初始位置# V6 b9 R, H  Z
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
6 P3 N& D$ ]( F8 e; epop(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
) l5 A& z- @2 T+ Dpop(i,7)=inf;
- G# l- ^9 I! a+ }; D1 ?pop(i,8)=inf;+ s4 L* `; y* Q8 S3 E$ }* s' q
end/ q- E! e# s: l* w9 ~
' P4 o' D; l7 U  U8 X7 \
c1=2;
8 Z$ E: T, N1 c& x4 L) Nc2=2;( w  Q; t+ h7 J7 Q& J! W
x_min=-2;4 E# D! `# |9 i6 e: H3 |0 h
y_min=-2;+ W7 w9 \3 S% X7 P! }9 _0 s. R
x_max=2;7 B- I2 s5 ?2 |- {
y_max=2;( V8 P6 J- X5 A# z0 j
# O) A# {4 c9 F! ~* d4 S! I+ Z
gbest_x=pop(1,1); %
全局最优初始值为种群第一个粒子的位置! x1 B' E5 V* e9 V, Q
gbest_y=pop(1,2);
; C2 G+ b% X3 t- H
; p8 ^! D, L8 _! f3 p9 Z% c$ ~) }%
适值计算5 J( g+ N  k  O: H! }8 |) @# u
% 测试函数为f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048
( O' V% a# F( e: H/ C! j
2 \# t/ C% H  r) W# e%计算适应值并赋值
3 B) b9 t9 H3 Dfor i=1:popsize3 ?/ f3 n  \4 {, O
pop(i,8)=100*(pop(i,1)^2-pop(i,2))^2+(1-pop(i,1))^2;
( C% b3 n9 I+ }& U6 Mif 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 |  }/ W. Q5 Q1 I+ T0 Q$ H/ tpop(i,7)=pop(i,8); %适值更新3 b9 J7 ~1 D% m7 b6 `$ ]
pop(i,5:6)=pop(i,1:2); %位置坐标更新
$ e) X8 V1 t) m5 [6 h: M( Gend
6 t+ e3 k0 b0 u$ b3 P6 {0 C' Yend
6 ^% C; K) H9 o' m* _7 N# F8 Q/ C, F% \3 ^4 f. q
%
计算完适应值后寻找当前全局最优位置并记录其坐标" F! b! u. |) w* q( P
if best_fitness>min(pop(:,7))
( Y2 J- o% ^- o1 X! Gbest_fitness=min(pop(:,7)); %
全局最优值
0 U& ~/ {3 a$ `2 M' ]. L+ `gbest_x=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),1); %全局最优粒子的位置
. P* y4 n5 A3 e
9 h. B' x3 _4 ~( A
gbest_y=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),2);
0 B3 d8 c8 {/ `, _2 D6 s6 zend
0 D; {9 N) U' J+ F" v0 {! a. j) k$ Z) u# a+ X0 Q% f7 d
best_in_history(exetime)=best_fitness; %
记录当前全局最优
' |4 W/ n6 R4 N+ C5 l5 @
! z4 K2 k- Y( k7 ?, h, h# w2 g%实时输出结果
# I" s+ u; x% M. g8 d: W0 @6 J/ f  J8 z% k5 m: {3 s
%输出当前种群中粒子位置
9 f3 G# {! P" J' ^* f; @' Jsubplot(1,2,1);, ~/ {5 I! V6 d1 K5 {! H% v: U( |1 l, \
for i=1:popsize
1 Y4 F6 i) L) X3 ?3 M) M% w% @. Fplot(pop(i,1),pop(i,2),'b*');
2 p# @- q) C( W* b2 x& Khold on;+ z% E8 k. L8 c5 E/ y
end
' h) i8 {# s& I( e8 s6 m, H! ]$ p+ \& b+ f
plot(gbest_x,gbest_y,'r.','markersize',20);axis([-2,2,-2,2]);
6 q6 s& o3 p9 F8 }6 hhold off;
7 P; h# o, ~& ^1 I' o6 F
5 U, Q9 d7 ^  t( e" ?subplot(1,2,2);
1 A8 Y( u  o, l! v: waxis([0,gen,-0.00005,0.00005]);! A/ X# ?4 K8 [( E, F% T; s4 k
0 O+ Q$ Q) c. h/ M" y, ^
if exetime-1>04 n- C9 b# x$ y  o  s1 A
line([exetime-1,exetime],[best_in_history(exetime-1),best_fitness]);hold on;
/ |% w2 V+ s" n! Z4 P) Vend
0 j/ f8 f* z9 l$ a$ a) o
- ~* W" K2 u: n3 p  T%
粒子群速度与位置更新
7 T5 l, z  x2 G6 f
) `1 _2 S2 T; X0 q! E%更新粒子速度
0 U% y8 N, w0 s* Y  Qfor i=1:popsize6 m( g" y+ G3 Q7 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
1 n( g1 ^' f' R5 @2 u5 Bpop(i,4)=rand()*pop(i,4)+c1*rand()*(pop(i,6)-pop(i,2))+c2*rand()*(gbest_x-pop(i,2));   Q1 g% w6 {$ H# x
if abs(pop(i,3))>max_velocity% ~3 _3 d* R8 ?  j* e0 e
if pop(i,3)>0
8 s9 l* {9 F  R# k* `8 C7 i3 V( fpop(i,3)=max_velocity;
6 M- {7 v+ R0 L0 @+ _else
! s' ~  p6 }* @: w* ^3 V2 R3 lpop(i,3)=-max_velocity;! S: E) _8 R: ~9 D  P* k; T! ^
end# k" m( R3 T8 j/ U+ y4 o) p
end
; s5 ^. ~/ }& M/ m8 Eif abs(pop(i,4))>max_velocity
4 Y# Y( j8 u: m0 [) ]3 [if pop(i,4)>08 Y2 k. U$ h/ I+ ?
pop(i,4)=max_velocity;7 B7 l' a  V  E& P$ ^; C7 D
else
2 p( j" q5 t# \: apop(i,4)=-max_velocity;* ~" r: x7 w' b4 c- N6 L
end
1 ]: a, s/ `+ ~+ w4 [! f$ ?" w' jend
. q" @. f; i, Z% |3 B! bend! H' [% d& W1 A3 [" @' R
1 X" x! W- t; q$ P- \' x8 }
%
更新粒子位置
* Z+ D' r# x, a& g( ifor i=1:popsize
% Q# D# G9 _4 y/ ypop(i,1)=pop(i,1)+pop(i,3);% b7 k, H, ?9 Z; b) N; |+ l7 A
pop(i,2)=pop(i,2)+pop(i,4);
1 m- x0 s$ A: ?- O9 r5 g% Zend

) s& l+ {2 a+ C5 a
0 e5 J" ~) S$ y0 q) i& R
# @: D2 C& R# [1 i5 Q , A/ }/ h+ Z1 `& ^4 {

: j/ H3 B& [, O0 g. C & [$ v- F$ ~% a# ?+ p3 ^3 Y/ Z& J3 R. c4 r
7 ]4 ]2 z1 L$ \$ y- ^1 ~# u

5 t) z/ Z8 C& S' q+ j  P) F4 s . a" R6 h1 T! k) Q$ E

& I7 y  k: M1 r+ P) `: B " j2 I2 ~! X8 J& R3 h* ?( ]: D

( V/ P* ?; J9 x$ }6 }$ ^: P
! D$ j, C1 }0 s
( r3 e( p$ k% C/ j) C% v + X7 L- G- n1 j( B
* A& ?  K# w. @1 \
+ `; O8 O( A% S3 H% j6 j# w) E
  Y1 }- g. u7 s( f, Q6 x2 D/ c* k
% A SIMPLE IMPLEMENTATION OF THE* w) @6 _& t9 O+ L* R
% Particle Swarm Optimization IN MATLAB
- r1 M0 F/ l+ O) d& i( }* Pfunction [xmin, fxmin, iter] = PSO()5 x5 V2 x) t$ E3 x. }3 a6 j# n
% Initializing variables+ q$ K" ~3 T! H/ k/ d9 q, `/ K
success = 0;                    % Success flag! m9 R$ l+ F* A9 `
PopSize = 30;                   % Size of the swarm
% c$ p5 f9 }6 a9 U' P2 W. {, D; oMaxIt = 100;                   % Maximum number of iterations
; P  l( ]  P6 D- t4 l3 Miter = 0;                       % Iterations’counter
5 K% i3 M  r, b( }/ nfevals = 0;                     % Function evaluations’ counter; \" Z3 m( @3 Y+ B: D$ G
c1 = 2;                       % PSO parameter C
10 z/ D+ E# t. K) G7 @
c2 = 2;                       % PSO parameter C2$ `' Z, d$ e9 `- |. I6 k
w = 0.6;                       % inertia weight
/ f% Z/ u! E5 Z% b' i+ q' H/ z                  % Objective Function
: L, _  P- R+ T, of = ^DeJong^;
9 t1 H, }4 A/ F/ ^dim = 10;                        % Dimension of the problem
+ U: {$ s* ^! k* x+ k9 U" }upbnd = 10;                      % Upper bound for init. of the swarm( Q( x8 t% F4 V$ M- q" L) F
lwbnd = -5;                     % Lower bound for init. of the swarm. c( `. V; p9 b# x/ M; r: d( J4 w6 X
GM = 0;                         % Global minimum (used in the stopping criterion)
% l: u4 t; D" H$ g# |- ]8 {% q; J/ O  rErrGoal = 0.0001;                % Desired accuracy0 y$ r* T+ z/ X% @
7 a3 e5 T; j$ l" _3 m8 E: Q
% Initializing swarm and velocities
: Z/ C/ r% _9 W% O0 G! a& [5 ?popul = rand(dim, PopSize)*(upbnd-lwbnd) + lwbnd;
& f) @: r$ }7 h( o% J. J+ g4 b$ y9 \vel = rand(dim, PopSize);
7 L4 A/ N, Z' m4 a4 q' f# n  d1 [, p, K
: f0 X9 M8 N8 r4 }1 Z5 Y2 ffor i = 1opSize,4 f& Z4 [1 c3 A) k  S- ?2 e
    fpopul(i) = feval(f, popul(:,i));
2 F) M2 T9 D* A# ]    fevals = fevals + 1;
* n( K5 K, D6 L) o' F! O+ send
5 m! b- v7 E, t: h" S7 R- ?' b* |7 G1 w$ R; _
bestpos = popul;, b: m  l; Q& a$ J9 W; Q+ K
fbestpos = fpopul;# }/ c0 S+ e$ c8 \$ L
% Finding best particle in initial population8 ]- H/ P$ e: f6 W
[fbestpart,g] = min(fpopul);& u& |+ `4 \$ v/ _) A. Y# I; |7 p
lastbpf = fbestpart;
' E4 n. @) g! j3 V0 L, A9 B
9 `( w/ ?2 k) V0 jwhile (success == 0) & (iter < MaxIt),   
( P/ Z# ^& R" ~- T, K    iter = iter + 1;  h/ H1 i9 B) }2 K! K3 x

$ ^% E1 t! I) |+ T3 Y1 G% G2 O    % VELOCITY UPDATE
- q1 V5 Q  i9 h/ U! g    for i=1opSize,
/ d- f! t6 O" S8 H, W; T  x        A(:,i) = bestpos(:,g);
; G0 j# \: I- a+ M    end0 F1 C& e* M# U
    R1 = rand(dim, PopSize);
& F/ C5 ?. q, Y2 D3 T; p! R  \    R2 = rand(dim, PopSize);. U) X5 E* T$ I: m* G2 g
    vel = w*vel + c1*R1.*(bestpos-popul) + c2*R2.*(A-popul);
2 |, Z( G& H! V. M. j4 ~
* B8 K4 A1 [8 z: U) ^1 X7 X    % SWARMUPDATE, ]* H& [' Z6 ]. ^5 ~
    popul = popul + vel;, X% D6 U+ k+ f9 Z$ C
    % Evaluate the new swarm* O$ N  k; |* L& O) n7 b! C
    for i = 1opSize,/ h" o% q% k; C
        fpopul(i) = feval(f,popul(:, i));* n. _2 |2 H% O( A5 q1 d
        fevals = fevals + 1;
/ m& ]$ i# a$ `5 D. q8 H1 h: X+ m5 s    end
+ ~: @) E$ m3 V% t, A3 n% O    % Updating the best position for each particle
9 ]$ v- V8 F/ D, y2 [: y  L3 b    changeColumns = fpopul < fbestpos;
, @( k0 J* @1 E    fbestpos = fbestpos.*( 1-changeColumns) + fpopul.*changeColumns;
* i9 x& ~9 Z; F; D$ F    bestpos(:, find(changeColumns)) = popul(:, find(changeColumns));! O. d: r( b2 W0 a- D: q0 r9 X& t
    % Updating index g$ }* l0 o1 V: Q' q" {/ v# _
    [fbestpart, g] = min(fbestpos);" F) Q6 m" O' ?# G1 e1 g& Z
    currentTime = etime(clock,startTime);+ c4 s) |6 Q0 G$ f
    % Checking stopping criterion
- M$ C5 @; q; ^, O: X4 p. V    if abs(fbestpart-GM) <= ErrGoal
' l0 i* j  M  {1 A0 x$ x3 r        success = 1;$ ]+ u- x# z; x3 w
    else# z4 Z4 S( B3 n0 U5 A8 Q
        lastbpf = fbestpart;) C6 w/ A" ^# R4 b- D  J
    end5 p- I  L0 M& G9 p! X

, Q% i  D. A+ l( O- e" Y0 Mend+ I8 Z- y8 s9 U: A8 P( q

' Z. G% p0 u8 E0 o% Output arguments
% W' X) R% b+ a+ r6 P) o3 ixmin = popul(:,g);' i6 w" j4 X7 [( \
fxmin = fbestpos(g);% F! A) O% W& L. `

7 X: a, i8 Y& H0 p# v2 efprintf(^ The best vector is : \n^);* k' h+ r9 x0 [7 W% o
fprintf(^---  %g  ^,xmin);
/ D3 w8 j/ \9 F; s6 C& jfprintf(^\n^);8 \% b% V! I8 h* e2 ?' v( |
%==========================================
* g& Q. H& {8 c4 u3 g* Z3 E) Nfunction DeJong=DeJong(x)
8 ]  J* |5 {4 i- @3 M" V/ ?1 MDeJong = sum(x.^2);
zan
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