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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
( N$ f( V" I9 A, e, d+ W% 2007.1.9 By jxy
& c4 [; u1 X) b3 q/ z  ?%
测试函数:f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.0486 }! u, @% _7 E* c
%求解函数最小值" S3 ?7 N# Y8 a. \6 K' V

! m) \* @. A; ]: nglobal popsize; %种群规模7 o6 U. C+ p7 X- N7 V
%global popnum; %种群数量$ s2 B. ]2 x: F1 N" ?
global pop; %种群/ Q& R5 Z! T4 |
%global c0; %速度惯性系数,0—1的随机数  g( H+ X* [! H; n8 H, T7 q
global c1; %个体最优导向系数8 a1 [7 l( E9 [0 A8 ^. G# t& ?) w
global c2; %全局最优导向系数
5 s" M1 k- P2 J% H3 O1 Bglobal gbest_x; %全局最优解x轴坐标7 P9 P/ c6 w  r, o+ ^. j1 p- v  ~! ?
global gbest_y; %全局最优解y轴坐标
5 v2 Z! E) R9 T' H+ c& Qglobal best_fitness; %最优解, ^# e" O8 L: F
global best_in_history; %最优解变化轨迹
5 P* H/ i, N1 ~$ |global x_min; %x的下限
7 W2 C; x, z! a% J( M7 p" }( Z* yglobal x_max; %x的上限
0 I; X- f; ?. r9 O7 pglobal y_min; %y的下限5 L% F/ l. n. q& h* D. Z6 E+ x
global y_max; %y的上限9 v5 [4 Y: j4 N
global gen; %迭代次数* e% k' b- I2 e0 U/ H+ F
global exetime; %当前迭代次数! q* Z' K: e# R$ B1 j+ C
global max_velocity; %最大速度
% R- J& v. A7 G1 N+ M5 D, f% h
3 c9 h$ q* e6 P5 f9 ~" E' V" minitial; %初始化
9 @. Y/ m) a- g: F
$ s0 B- C+ g" q. x1 f& Gfor exetime=1:gen2 w4 f) ^# x1 O, c9 `! o" e: `& N
outputdata; %
实时输出结果% \" y+ X: e. Z' {4 q5 z$ `: v
adapting; %计算适应值
- \3 u) B: _+ ]; ?* J: N7 ferrorcompute(); %计算当前种群适值标准差- O+ r  B  F1 @( g- m8 C$ Q, u
updatepop; %更新粒子位置: E; d% s) J- h+ K3 b- w
pause(0.01);
3 j& e, g# A0 ^# t; w. ?  q# Tend
! U. ?6 K' \/ d0 ?0 S' e" C) w$ \' h) o3 G; _8 p
clear i;
! ^" L2 A; L; F) H. M7 Gclear exetime;
' w8 w/ H* E8 u% uclear x_max;% a1 P- p. D( L: s3 c
clear x_min;
  H5 `/ C  `7 o5 l* h) N) q% J! `/ rclear y_min;  u. E9 }9 T9 D1 {- S0 @, Z
clear y_max;! x9 f) ]7 d, `9 o, C

9 t9 K+ }. @& a+ [! C; C/ x6 g  s%
程序初始化- n' p3 P1 z7 E  M; y( M4 P
6 x/ G5 P( l" I) H
gen=100; %设置进化代数" r  u3 I' m# t7 w0 I
popsize=30; %设置种群规模大小
/ X3 {. B/ S6 \7 \9 W7 ?best_in_history(gen)=inf; %初始化全局历史最优解. o  ~- J. X* v0 ]3 S3 n" t( r. j
best_in_history( =inf; %初始化全局历史最优解! T$ |2 U  P( u! n
max_velocity=0.3; %最大速度限制
1 {; L( B2 y1 m* @- o6 W, obest_fitness=inf;5 B  {0 X! {6 K' O
%popnum=1; %
设置种群数量
+ ]  H/ C" L; g1 }$ I
3 C2 ^1 g% u$ G& Bpop(popsize,8)=0; %初始化种群,创建popsize5列的0矩阵# J' x" p+ k" v6 V2 d) \
%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
) n+ u" F4 r0 |7 T* s# R- E%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% N, C% A( D+ ?# I/ h; d$ r
%7列为个体最优适值,第8列为当前个体适应值
, k2 s0 U' S$ w8 }3 P. p' V+ i0 B. W2 W) [) e7 o7 S. [
for i=1:popsize/ r9 q( G+ T7 U( n! t( H
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) C9 t; G: f4 }! K7 E3 Q! y
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
1 m- u1 l% F5 W- kpop(i,5)=pop(i,1); %初始状态下个体最优值等于初始位置
; ^  j" h- j; e; Z5 o4 Xpop(i,6)=pop(i,2); %初始状态下个体最优值等于初始位置
7 ~8 z" f3 l1 x9 j" [/ S3 \7 \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
7 Q5 ~7 h! _$ m1 E+ k% Ypop(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
9 X! V7 g2 e, o0 M1 V: Y; ^3 ]! hpop(i,7)=inf;  T" n# Q3 p# ~& v8 O; a: l
pop(i,8)=inf;
3 x$ P5 z0 e: z- Kend% t3 l6 @6 X. |- j3 g& ?

% B& Z2 j- c( |+ g8 zc1=2;
5 K* Z. k. X  s/ s2 O: ?c2=2;" b( E7 x  o3 L! {3 e' p5 y8 s
x_min=-2;
. d5 Q# A  t7 x. zy_min=-2;! g) y" k2 o( F0 g# n: q% M
x_max=2;
0 P, e! O7 l! ~9 _/ \y_max=2;
! t4 d+ h% b4 I9 R: C' C0 e. F' W& f  i5 G
gbest_x=pop(1,1); %
全局最优初始值为种群第一个粒子的位置
2 J2 W  A" r9 B, hgbest_y=pop(1,2);5 \- r8 g" `! p  K
4 I1 d/ r& I: P5 k
%
适值计算
: O- M4 U, }9 P5 R% 测试函数为f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048& V. {" L$ f, Z+ m1 w& Y" k
: b8 o, Z4 ?4 E- O
%计算适应值并赋值
1 M& C. R. ]8 r) yfor i=1:popsize
) X% |1 H: S! d# n& p2 Kpop(i,8)=100*(pop(i,1)^2-pop(i,2))^2+(1-pop(i,1))^2;7 }+ @+ l; c! {" z
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$ X2 \* I$ o; x0 u) d
pop(i,7)=pop(i,8); %适值更新, I. x# E8 O; Y$ O7 u" Y/ v% l
pop(i,5:6)=pop(i,1:2); %位置坐标更新9 w! C8 I# _- h; r9 u
end
) ]. J3 k+ r. g8 Y. ]end
' c) t6 a3 e. o1 _- ?  Z! Y& I4 b% E$ A* |: F2 K/ O
%
计算完适应值后寻找当前全局最优位置并记录其坐标
: R5 i  v# a& e; Z9 lif best_fitness>min(pop(:,7)), I; x: h! o: H# u
best_fitness=min(pop(:,7)); %
全局最优值2 W6 H1 ?3 {% Y
gbest_x=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),1); %全局最优粒子的位置
! D9 [% s; W' E2 r! {

$ O! S: o/ u6 ugbest_y=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),2);
* p) S1 u2 d0 r* X; mend2 U8 c' e8 k! r: Q/ z$ o; i; J

7 {) `1 {" H5 X; k( Y6 g7 mbest_in_history(exetime)=best_fitness; %
记录当前全局最优  k9 t* ^4 F1 ]$ w3 M* \9 {' o4 a

7 g& j! K$ T$ Z7 a1 f" V$ W, Y%实时输出结果
0 t& V" @: w/ O$ j& [
2 p: J! V; w9 V5 W4 ^3 U* `%输出当前种群中粒子位置+ t" P4 g0 e( _* c
subplot(1,2,1);6 O; V% Q& ^6 x0 Y( X7 N, u
for i=1:popsize8 e+ n- b6 T5 c! I, l
plot(pop(i,1),pop(i,2),'b*');
9 k$ s! W  M, \hold on;' A& m# C: E5 _' K1 N  X
end/ f6 R5 S8 T) G/ ]
9 X, w- Q0 I7 l" P0 ~/ i) ~
plot(gbest_x,gbest_y,'r.','markersize',20);axis([-2,2,-2,2]);
+ H1 X+ |- C) ~% q- r" S: V7 whold off;+ K9 F9 q+ x+ h8 x* j. U" e) w
% |% z7 D6 Z& n2 F; a& F0 m! Z2 c1 [
subplot(1,2,2);. ?  a- V% `( ~5 r3 Y
axis([0,gen,-0.00005,0.00005]);
- H4 q! Z% o; p$ l( E/ s  K" H: X1 A# I* [+ a9 b
if exetime-1>0
- x# L$ h, v* P# d; I7 K! vline([exetime-1,exetime],[best_in_history(exetime-1),best_fitness]);hold on;% F7 d: ~6 s- @
end
' {4 t( A$ N% i. F' e+ [
: L. k# a- y5 i# L%
粒子群速度与位置更新
/ T- ^1 F2 n0 s. X" g  _
$ y5 t0 L4 X; o$ M( V" _%更新粒子速度
2 x, ]: K; H% l' F, m5 ofor i=1:popsize) x/ _) D$ d5 Q8 Q, v
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6 A# }# {7 [0 }$ ^3 p  P9 |
pop(i,4)=rand()*pop(i,4)+c1*rand()*(pop(i,6)-pop(i,2))+c2*rand()*(gbest_x-pop(i,2));
3 z; t+ y" [6 c1 bif abs(pop(i,3))>max_velocity- a# m! E' i1 ~3 i* ]; z3 _
if pop(i,3)>0
' P: C' k2 a* Fpop(i,3)=max_velocity;
6 L6 [% n! x3 @: xelse
: S. ]: c4 E* T6 w, Rpop(i,3)=-max_velocity;& r( R1 b4 p+ k( {8 b
end& L: c- X) q# C; v+ J) L
end8 P- @4 Y: f  R2 E) }- a
if abs(pop(i,4))>max_velocity
. `! F+ h0 s# d- rif pop(i,4)>0
. U7 C7 y& Z. h0 g( ^pop(i,4)=max_velocity;+ a: `9 [7 I9 Y
else
. d) Y) ~( Q0 ~$ E% ?pop(i,4)=-max_velocity;
) l' z/ y& n" k5 F: L+ hend9 K! \, K3 Q6 e0 r7 M5 `7 P% v
end
2 E' G1 T3 D9 l: {end% a; `3 t4 _& M+ {0 q

$ H5 B. c$ z# k; `%
更新粒子位置
* N; O$ f3 Y" `# zfor i=1:popsize
7 ]9 a) v7 f5 w& Y8 O5 Ppop(i,1)=pop(i,1)+pop(i,3);
* ?, k' X' V! D' H( {pop(i,2)=pop(i,2)+pop(i,4);
) [6 y" V3 j9 x5 _3 X9 qend

5 F6 _3 }2 C# B3 P9 l0 g- n' i( g
$ e; m6 N2 J- R
$ u1 ^% A6 n4 `8 @# P6 b . [. A; z; f% M( H

0 ^. |" s6 ]3 R$ G/ K
+ A# B$ x) M% O& Y" j8 C
) r, _5 K/ o6 H: `
2 F, T; ^; O2 M+ m- e  l
; }3 S% D( Q) g+ G' t5 b1 I - K/ w" y3 j" v4 v) `

) x( t0 l8 m7 r8 Z4 O7 s# t
" }& Z: g% p0 l 7 h4 \( K5 N. i; I
/ ]' Y- J- q1 I9 ^9 B' M( W
( O( A; O: g  s6 Y  v1 T

! \0 t4 J; O: ^% w8 f& ^1 h1 A " I8 z7 m. _/ X: O5 D, m( k

: G' |: g4 ]0 o4 |1 ^! d5 `. h% A SIMPLE IMPLEMENTATION OF THE
$ @3 P4 u. H- ~7 K% Particle Swarm Optimization IN MATLAB6 B, {5 t: s' f- l! T0 ?# ]
function [xmin, fxmin, iter] = PSO()
/ ?. s2 n: q( T) B+ v; u% Initializing variables
8 {" w4 H/ k3 Y6 m" W+ t9 gsuccess = 0;                    % Success flag7 l) H4 ~2 A* m- a
PopSize = 30;                   % Size of the swarm
7 a" P& S" V  mMaxIt = 100;                   % Maximum number of iterations5 ]; _* P; J6 n6 v/ ^' S
iter = 0;                       % Iterations’counter
1 G( P' Y) l4 X6 g$ w5 Ffevals = 0;                     % Function evaluations’ counter
- `7 `! f; {7 J" g8 R2 h* dc1 = 2;                       % PSO parameter C
1% {' w( u, Q; ^' b% Q/ Y$ A7 _
c2 = 2;                       % PSO parameter C2
! T4 q$ X8 q% f0 p) M5 I4 }w = 0.6;                       % inertia weight
# _6 f2 L# ^9 i+ I, d                  % Objective Function9 d" H4 s0 ~& j9 @
f = ^DeJong^;
) g$ {/ C  X7 f6 _. odim = 10;                        % Dimension of the problem
% j+ @; A2 Z! f+ f/ Zupbnd = 10;                      % Upper bound for init. of the swarm
( Y& k2 z5 e5 R: Blwbnd = -5;                     % Lower bound for init. of the swarm
' ~: E9 M) P" a  L6 sGM = 0;                         % Global minimum (used in the stopping criterion)
; h. w* {0 L4 U( VErrGoal = 0.0001;                % Desired accuracy
6 S$ c/ i0 W0 k$ N/ y: ~; X) t
, F# `$ r$ A# F& [& l0 z& f: _% Initializing swarm and velocities
2 B; J0 H$ T2 L: q5 A6 I% r, Upopul = rand(dim, PopSize)*(upbnd-lwbnd) + lwbnd;
% [6 a- M% d1 s) Rvel = rand(dim, PopSize);
5 i  `/ u! f1 `+ l
& n& i* o. ~  u/ q: Jfor i = 1opSize,! n( K* n1 t& V) W7 \4 b" Q
    fpopul(i) = feval(f, popul(:,i));# l/ F$ |9 _- K3 g& E" E9 Q
    fevals = fevals + 1;
3 {' `7 R* \3 ~4 W0 G6 i  qend
! l( C( R' d) d5 |! e5 {* b
  a; [2 Y$ C/ y! }2 n( R. n: {) }$ wbestpos = popul;
+ T0 Q9 B$ Q6 y7 yfbestpos = fpopul;2 T& e4 @2 t9 c+ `/ ]. B, C
% Finding best particle in initial population1 G  ^. f* o, Q! J' L) }9 @
[fbestpart,g] = min(fpopul);3 Y0 M) K) @+ N, }# S3 L- L7 a& Z
lastbpf = fbestpart;% l& N8 g! B# K( b4 L

& e/ H, F2 P4 F* [while (success == 0) & (iter < MaxIt),   
, ?2 d; {, r  ?" A( |    iter = iter + 1;
0 b  y9 ^9 W6 t/ @& z# Z4 ~7 o; J) ]- Y% f6 J
    % VELOCITY UPDATE' v5 t* S) o* W0 p* T$ f. _
    for i=1opSize,
3 @% x, _7 H' h( ]! ~5 S( f        A(:,i) = bestpos(:,g);7 p5 {/ B$ b3 w
    end: h: B. h6 I: u6 g- P% V
    R1 = rand(dim, PopSize);) V, M, W( G6 N5 _' r: O
    R2 = rand(dim, PopSize);
6 i" n- _) _; X2 Z    vel = w*vel + c1*R1.*(bestpos-popul) + c2*R2.*(A-popul);: A) j& k4 t5 }9 G+ u; _* J
! n0 A  I# R. \+ X: X/ b9 b$ }
    % SWARMUPDATE
5 P$ R+ F0 f  G' `    popul = popul + vel;
# }' L1 `+ q0 z. s- A# x/ Q$ O    % Evaluate the new swarm" C- w' h$ Z0 R8 \: x8 }" r
    for i = 1opSize,. }: i7 L: b$ ]$ I( Z% u
        fpopul(i) = feval(f,popul(:, i));7 `6 h+ S8 N4 w3 Z" O) k8 o, v
        fevals = fevals + 1;( H+ C! B. G2 a" ?  Z! k! m
    end
8 X% h+ |' T0 q# J. _/ b, v    % Updating the best position for each particle
$ m# X: q; f+ }4 s8 J% j: r    changeColumns = fpopul < fbestpos;
6 d+ Y2 l; h& `# w. R* w; m) h% {    fbestpos = fbestpos.*( 1-changeColumns) + fpopul.*changeColumns;/ u- x0 l2 E2 S* W! q
    bestpos(:, find(changeColumns)) = popul(:, find(changeColumns));. x1 k: M% |' E$ ?! r
    % Updating index g
- f* V; m" k" r  ^; n- l( g    [fbestpart, g] = min(fbestpos);
: k# X" Y' R5 E) b& b) b( c    currentTime = etime(clock,startTime);
: m0 ?8 @; j. F' ~# j( A0 O8 a    % Checking stopping criterion
1 ~* s7 c. u% M9 E    if abs(fbestpart-GM) <= ErrGoal
  v+ B( a. {& `5 U( k9 P0 r9 ?        success = 1;
* m% Q7 `, a, u+ p3 W6 y    else. O* _$ [- x( b3 T
        lastbpf = fbestpart;
# o" M7 N0 [4 n- u* c0 Z    end
6 l% A3 N+ t6 U/ q7 @% q$ B. y; j- Y' h% W2 P5 p: C3 G7 R( B
end
# R: q  `- Z9 F9 m  I4 ^+ F* [5 C4 y; H* s
% Output arguments
! I- Z. Y7 d: {; y% ~xmin = popul(:,g);! r& i9 v( ?$ |) v% I$ i
fxmin = fbestpos(g);. Q3 }; _* z: k. [" F# T: Q" \1 w0 Q( v
  r8 R6 k6 [. p  D
fprintf(^ The best vector is : \n^);
! i- x  F$ S- k- ?2 Kfprintf(^---  %g  ^,xmin);5 @8 v" g; f4 D# e. ?% b
fprintf(^\n^);
, D! A: X  M# w! C3 @# N0 v%==========================================% n9 G1 n! L' y" Q; S
function DeJong=DeJong(x)/ \9 ~5 F& c# R* Y8 `  I3 [7 v& |
DeJong = sum(x.^2);
zan
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