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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$ \/ T  ]( G5 W- W  K6 k) H0 I
% 2007.1.9 By jxy* Y/ r( A  V7 W4 E( A6 X
%
测试函数:f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.0489 A7 ?4 \. W+ r% q: `& V7 o
%求解函数最小值, n) V7 y/ U( ?: @5 a( H

! j* ?( j3 \4 Z8 k( |2 Wglobal popsize; %种群规模+ F. T5 Q' q# O
%global popnum; %种群数量
) n, ]% S$ u7 p. |9 K( Y9 Q3 b/ nglobal pop; %种群
* X. g# x& {  q%global c0; %速度惯性系数,0—1的随机数, v. q; e- l+ e9 \8 c& O* D8 N
global c1; %个体最优导向系数
3 q! m* J2 z5 H8 t9 I/ Zglobal c2; %全局最优导向系数
. E& X2 W$ ^3 h: c# wglobal gbest_x; %全局最优解x轴坐标
. q8 C# ^& ]% s3 o! \8 u& X, |global gbest_y; %全局最优解y轴坐标! w$ [# c/ M; ~3 c# f" B( ?6 j
global best_fitness; %最优解
. P* t  B# w$ Q. z' tglobal best_in_history; %最优解变化轨迹+ J2 o/ M# M) G3 _1 R9 ?
global x_min; %x的下限( X& N- T0 o  X2 Y6 f
global x_max; %x的上限
, W% q+ D9 T4 \3 }7 B( k8 bglobal y_min; %y的下限
: {2 ^, p$ S( I8 E% S" Pglobal y_max; %y的上限7 t  _* J9 j) J7 c, W: a+ ~
global gen; %迭代次数
# w% a/ _3 I& z  Y3 E& u" V' F: kglobal exetime; %当前迭代次数3 f4 L' P& T9 }
global max_velocity; %最大速度& B) k3 w) @% B* A& R

0 W# z) p0 Y' k$ Finitial; %初始化% B) R  W! d2 `' g, }! b! [
9 b6 m0 M& d9 H0 J- L7 ], J
for exetime=1:gen2 x; G' v5 i) ]" Z) r8 f
outputdata; %
实时输出结果
1 l6 ]7 S1 @. Zadapting; %计算适应值# ~; N1 G# i1 q6 x: q
errorcompute(); %计算当前种群适值标准差/ |4 T: l: h: b
updatepop; %更新粒子位置- S; o5 c- Z$ V. n$ }
pause(0.01);9 ~: l$ s$ ^/ k) U, D( G, C
end
9 P! v) }7 V: e9 ~  v/ [2 p( X3 k$ L7 q% R8 D( i$ R
clear i;
6 D5 C* h. R. C/ ?( i2 pclear exetime;
! V% Q+ f$ I) Zclear x_max;2 ~% }( Q  e. d& ]
clear x_min;7 U- W' ]) C( P9 W0 L: w
clear y_min;
: P7 x: U: N5 [3 x' Uclear y_max;
' q0 G0 c& ~( M$ j- d2 G4 X! g6 s9 e( R7 G* d, S& K- _$ R
%
程序初始化
- P: j6 a: w* [' }: C4 X. N9 J6 ]/ e# ]2 B+ ]8 W3 A9 i; m
gen=100; %设置进化代数* u% l) R: c7 x" u) Q# ^, K
popsize=30; %设置种群规模大小
9 N  b2 k, Z2 L0 K) c; N2 Zbest_in_history(gen)=inf; %初始化全局历史最优解
3 ^2 r& b, D, c: D$ wbest_in_history( =inf; %初始化全局历史最优解# H% \0 a8 o) X# t
max_velocity=0.3; %最大速度限制; U# I  _! x" B5 l" k' E7 A" |
best_fitness=inf;! j, I! H  O* B2 p$ J  g' K6 Z  o. ~
%popnum=1; %
设置种群数量
2 o& g6 z/ H7 j
/ }8 }2 E& O$ `/ j# }* hpop(popsize,8)=0; %初始化种群,创建popsize5列的0矩阵
0 k: i1 @9 U# R0 C%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& ~0 S: D0 n0 W8 `+ C0 ]
%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
+ j' J: ^/ {$ p& L7 H0 C%7列为个体最优适值,第8列为当前个体适应值
; `8 W) z: V; U- L, r$ ~. q8 _5 C+ T5 N( _: c
for i=1:popsize% N/ V- h! y& A( M% h2 |: a& k+ V
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* s. W' s; O" R. p6 ~
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
; J% k  x+ y( `( `; U: Ppop(i,5)=pop(i,1); %初始状态下个体最优值等于初始位置3 q# ^- ^3 I% {; Q( Y1 I
pop(i,6)=pop(i,2); %初始状态下个体最优值等于初始位置0 Q, y5 H( w9 L, q) ~- I
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
$ o4 c/ b% A5 [' x6 Gpop(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0.00013 y' I- h$ c8 g' l
pop(i,7)=inf;
; }* W; f" P) h' ~! Zpop(i,8)=inf;4 t& B. m! ?  I5 y2 T& i- a/ Y6 y
end6 u/ i. S1 d3 |- a* c
9 h( T) U! l+ r1 {4 _3 R5 s/ k0 v, x$ E
c1=2;  B" c' H3 }1 I, l6 H4 a: C
c2=2;
$ ~$ l9 _: u. f$ K' R3 Cx_min=-2;- _3 r  S: b6 U; e
y_min=-2;' e" ~) g9 B! |4 h
x_max=2;& A+ ?3 d; o# Q# |7 ~9 Y1 J
y_max=2;
) L- q. |% E8 A5 e4 p
2 z, z5 Q4 C. d9 L+ ^+ w3 n: ~, [gbest_x=pop(1,1); %
全局最优初始值为种群第一个粒子的位置% m+ d! ~8 ?5 X
gbest_y=pop(1,2);+ y1 ]  ]5 u4 r* @- W+ v' j( K

% |! }: ?- u' P8 z%
适值计算) U7 @8 O4 S3 x% X) C* z. z5 f
% 测试函数为f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048, x; V+ B5 A. L/ j9 B/ E; i. e" p
' X7 k6 V9 d3 t4 I1 m9 e
%计算适应值并赋值4 F0 D" ^+ P4 X7 }' \
for i=1:popsize
# `" x3 X$ t5 dpop(i,8)=100*(pop(i,1)^2-pop(i,2))^2+(1-pop(i,1))^2;
+ T  [0 @+ S, L2 [2 d* {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' S% h/ u' q& J/ e+ b
pop(i,7)=pop(i,8); %适值更新
3 v# Q5 ~% N4 _6 wpop(i,5:6)=pop(i,1:2); %位置坐标更新
' F& r' T$ E' Jend
% |5 t% D- c2 W, r1 v1 vend8 ^8 _& D5 B: W2 l0 ^0 `, s  |

3 x1 T1 S! j* I& _& v1 j%
计算完适应值后寻找当前全局最优位置并记录其坐标
, W; l# V3 E7 N- a" sif best_fitness>min(pop(:,7))
% q+ U/ H+ g0 t4 k9 \: N. vbest_fitness=min(pop(:,7)); %
全局最优值
& `* c5 z) z& d1 Ngbest_x=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),1); %全局最优粒子的位置8 U- |. }5 N( ~' f! w& z
3 V) p6 ]. R  _6 d  n7 T/ J# o" }: S
gbest_y=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),2);. ]3 }6 ]1 E% ?4 v, O; E
end$ g7 o$ X0 O3 b
0 C2 w- g2 O, k( x( d1 y" Q% m
best_in_history(exetime)=best_fitness; %
记录当前全局最优6 ~( h( O8 [- x

: e: ?- w! i- G9 h1 `6 c) X%实时输出结果" l+ p& L' u/ L

& a( ~8 Y/ N" z& z3 e%输出当前种群中粒子位置
$ x$ U; m3 s( u! c* \+ osubplot(1,2,1);
: K7 X( M, d: L0 Z( \for i=1:popsize! M+ e* x6 q+ {: X$ r
plot(pop(i,1),pop(i,2),'b*');
" p4 U( {0 t. g7 Y, h- {) a0 M4 Ohold on;  y$ C: g# b# K* k; z
end
& l- ~5 X8 t8 C& @3 D
8 U4 i) L5 p$ X2 F: q: ?plot(gbest_x,gbest_y,'r.','markersize',20);axis([-2,2,-2,2]);
4 m8 i/ P# U8 |7 A& X: Thold off;
8 W' I! v7 d: \  p: r6 e) A8 k4 W) k$ s# U- L  @+ z$ L1 `
subplot(1,2,2);
  b2 F$ d8 S  Q# Laxis([0,gen,-0.00005,0.00005]);
, `7 b( G7 P: F# S2 n3 N* Y: ~3 f. c+ W. ~
if exetime-1>0
; d3 H! W% C$ ]line([exetime-1,exetime],[best_in_history(exetime-1),best_fitness]);hold on;& Q1 t9 c  B- E
end
) H( ]- s' P$ d0 H! m7 Q' |9 m% V: E* h; Z. d
%
粒子群速度与位置更新
! Q6 L4 y# ^+ q0 \$ |1 A  G, H& f- k' a7 t# Y  c0 }% f1 I1 k
%更新粒子速度! L  M9 _0 z* E' L
for i=1:popsize! K4 _7 e, h! U& \
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( s$ w! j& \7 i' {, mpop(i,4)=rand()*pop(i,4)+c1*rand()*(pop(i,6)-pop(i,2))+c2*rand()*(gbest_x-pop(i,2));
& G% W" h7 `; l& Jif abs(pop(i,3))>max_velocity
  p5 M, K; j" d+ ^' Qif pop(i,3)>0/ x' O" P. W( }) }* t! n
pop(i,3)=max_velocity;
/ ?0 R5 h3 ]0 Velse; I5 O4 Z+ J3 {( _0 _, b# g9 h% `
pop(i,3)=-max_velocity;7 @8 H9 K* }4 y& K3 c
end
- t) [4 f& I4 v6 M2 |0 L, Gend
5 T+ j5 Z4 S; G# w$ M3 kif abs(pop(i,4))>max_velocity: P1 J, Q2 p. _' Y& B, n4 r
if pop(i,4)>0* K; T$ ?( X" H8 n& X( x
pop(i,4)=max_velocity;( K' s7 n/ ^/ f* A% `* c/ y4 j. o8 F
else
9 R5 ~& j- ^/ l) D6 apop(i,4)=-max_velocity;1 e% \  {; G5 p" M$ v0 l+ u5 c$ o
end
% a6 z+ ^4 p2 m( Mend1 J. n0 M- q9 @9 A: U0 Y6 K. S
end
4 `" q. E) U* P( y7 T" T+ Z- w0 x" I* s( E) z
%
更新粒子位置! K3 P5 C: S) K0 ]+ P& q4 N% w
for i=1:popsize
( d( ?3 H: y( x7 L2 ~& c2 R$ fpop(i,1)=pop(i,1)+pop(i,3);. o5 u! e) L# Q' U. P* e
pop(i,2)=pop(i,2)+pop(i,4);
& x9 q; K  Q8 o( Z) `end

) k" |3 s( n/ z9 X* U * v4 o: s! s9 D  B: Y

, v# W7 [4 c5 b* b3 f$ h+ n 3 E9 E: S* l& b1 Q% Z

+ d% z( b. x8 b% W. ?7 u' c ; W  k' a" Q+ d; \$ I' `, m

& L& S% P9 H* A6 F, o # Q! _9 j2 g; W. }9 R

5 `! t8 `: u" ?3 J 8 N' W3 M2 i0 m" S( g! T5 s1 W

8 |1 p% [0 j! I9 X% g" E; ^8 x# ` . N9 p3 @3 l1 d  r! r

* F* l( \4 n) W1 L5 ]5 J $ F; D. j9 U! |" O" p+ X4 E
7 D; F% D5 B( ^7 g

5 j% m4 d* P1 A# d$ b
; P, p2 A  |- f7 g# g7 I3 L % r  x* P( g7 v! O* Z
% A SIMPLE IMPLEMENTATION OF THE$ l* m, [- \- b6 y! Y
% Particle Swarm Optimization IN MATLAB% J. \6 H$ x" h8 j7 z
function [xmin, fxmin, iter] = PSO()
6 R% F# M( h* Z# z% Initializing variables+ S" o  H+ ]' o+ O4 J
success = 0;                    % Success flag7 g" i0 D' W- G; e
PopSize = 30;                   % Size of the swarm
& \/ L0 I. ?: U9 i4 P4 T" lMaxIt = 100;                   % Maximum number of iterations
4 u: ]8 L2 @: @; V3 diter = 0;                       % Iterations’counter* U. a9 f/ L' n- g, D+ X( i% K
fevals = 0;                     % Function evaluations’ counter
9 w5 Z+ P! n; M- x+ {c1 = 2;                       % PSO parameter C
1
- a7 @8 E; m: R9 Fc2 = 2;                       % PSO parameter C22 u+ q7 t' J% m( L; ~8 k
w = 0.6;                       % inertia weight
) M& E$ s# r  D! K, \% R# G                  % Objective Function9 F( U" X; R8 {
f = ^DeJong^;
' S+ N4 h$ n$ q% ^9 t* Ldim = 10;                        % Dimension of the problem
" i! e0 ~# z: `, n& supbnd = 10;                      % Upper bound for init. of the swarm7 j) I. r" `! A4 Q2 I: g/ c3 j
lwbnd = -5;                     % Lower bound for init. of the swarm" a9 i) m% u  L3 c: H( Y& d4 l
GM = 0;                         % Global minimum (used in the stopping criterion)/ l4 l- S' U* ]1 x3 X0 O% `) G
ErrGoal = 0.0001;                % Desired accuracy' O/ ]! `8 q4 e% k) O

7 c  o$ u5 W7 M& d  t$ y% Initializing swarm and velocities
+ R2 G3 D& p6 K0 p% `$ ~popul = rand(dim, PopSize)*(upbnd-lwbnd) + lwbnd;
; ^$ H/ ]$ p+ ?0 h0 c4 ^" R  vvel = rand(dim, PopSize);
$ ?3 u! B% x+ J! X* o0 ]  l& I
- F: v/ S0 j5 n8 m3 Q. r4 efor i = 1opSize,
5 l3 b# X2 Z2 b8 M    fpopul(i) = feval(f, popul(:,i));% j4 [4 W3 c) p5 |
    fevals = fevals + 1;
1 G9 h) `8 M  c% pend
- h. b2 R% L9 O6 n; x" A  r; `
0 |8 C7 ~6 t; Tbestpos = popul;
4 y/ x% w5 ^! O% Q1 g( ?7 J7 _fbestpos = fpopul;
3 C; b+ s0 R" Z, V3 Z1 U% Finding best particle in initial population) ~2 G( i$ j/ K! i8 l2 k# F( O8 R  A
[fbestpart,g] = min(fpopul);) B9 i" x$ e2 r  z" F+ g
lastbpf = fbestpart;
, M/ ?0 ~9 n: i: K
; k+ Y) x+ \7 N' q: l4 iwhile (success == 0) & (iter < MaxIt),    6 B) A- @8 ^8 o- h# z. j
    iter = iter + 1;
9 Y8 }8 u; T& Q; g( V" U5 [8 T
    % VELOCITY UPDATE
7 _! t4 _2 t  Y7 `0 L& [    for i=1opSize,
3 M1 V4 ~4 \; ]        A(:,i) = bestpos(:,g);
+ T  |+ G# C9 G2 X  G$ z+ p1 A    end  q$ I9 X0 q7 S# i
    R1 = rand(dim, PopSize);3 g, @4 }* \$ ~; F) q& k
    R2 = rand(dim, PopSize);
: }" c6 `2 s- B! u* |5 z    vel = w*vel + c1*R1.*(bestpos-popul) + c2*R2.*(A-popul);
; {* ]' d6 X& V( ~  b$ b  X4 K+ }9 y( u! [5 _6 C
    % SWARMUPDATE0 y% K  e- o( P6 F. G, @
    popul = popul + vel;# t6 S5 B% C; e/ J% j: ~
    % Evaluate the new swarm3 w, u$ y5 _' j
    for i = 1opSize,
* P: d) d9 I2 ^8 q        fpopul(i) = feval(f,popul(:, i));! m/ L8 M# p4 v% f
        fevals = fevals + 1;2 ?/ w6 d* F4 G- {
    end7 W; I+ b" n' a
    % Updating the best position for each particle0 R7 k6 }" [$ i8 H$ L* m2 A1 p3 ~
    changeColumns = fpopul < fbestpos;
  L+ v4 Z, R0 X3 T+ P: g    fbestpos = fbestpos.*( 1-changeColumns) + fpopul.*changeColumns;
2 V" c2 B6 ~4 o1 Q    bestpos(:, find(changeColumns)) = popul(:, find(changeColumns));; Y6 r- s# G4 E/ B( K
    % Updating index g
! h/ |/ |7 k' t    [fbestpart, g] = min(fbestpos);
2 P. Y9 i( \4 G# V* \    currentTime = etime(clock,startTime);
, \# X* ~( `1 Z2 [7 _1 K' Z5 j    % Checking stopping criterion- [9 B0 z8 Y5 u1 D9 {+ @* z
    if abs(fbestpart-GM) <= ErrGoal
8 m) [8 d* T, n1 u        success = 1;
. Z1 D; h5 l8 }  t2 b    else
1 o/ }9 r0 R7 M+ k. B% Z- n        lastbpf = fbestpart;! n) u7 m: C% c8 t8 L5 c
    end& a, X6 U$ ?" h6 B
9 i# C/ @2 |/ A0 m
end
" z8 `6 n4 t. n! l5 e, @3 S) L, D
  F$ I" c) j& v* m6 _0 l% Output arguments
9 {, C/ B7 ^6 v' b, yxmin = popul(:,g);
- r! X/ ?  L+ ^: q4 W" dfxmin = fbestpos(g);
! Q( y9 U4 @- w% R) T2 @' v
$ ]/ c+ y/ d" H; H; jfprintf(^ The best vector is : \n^);
; ]. c! y( {; c" E3 w$ `fprintf(^---  %g  ^,xmin);' b2 H7 C) p$ [4 Y9 ]' L4 ?
fprintf(^\n^);
  j% i: e2 s, C" K%==========================================  Q& ]3 s, E4 _2 B3 N
function DeJong=DeJong(x)
1 _& {- I" Q+ x$ O' l8 C8 z2 x1 I2 ADeJong = sum(x.^2);
zan
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