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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
5 R3 n! j7 C  T' |1 l% 2007.1.9 By jxy
4 N# }7 A% C  _8 x%
测试函数:f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048
* l/ |( o( H" g6 \5 \+ y%求解函数最小值
; S: H4 E8 m! _$ P6 n( R) `$ M4 w; x" ?
global popsize; %种群规模# q2 q! ]  U" p$ Y- k6 i! X0 G
%global popnum; %种群数量
+ V$ a$ n7 d# M0 f& jglobal pop; %种群# _# x+ L, s% ^$ F9 B: R
%global c0; %速度惯性系数,为0—1的随机数
) W; j2 [% }' R! b5 U2 Cglobal c1; %个体最优导向系数
* }  q  I/ n9 b2 Q, Jglobal c2; %全局最优导向系数& z, p2 _8 b3 p6 g. G) m
global gbest_x; %全局最优解x轴坐标4 P) E' c1 s6 y% j& K/ g
global gbest_y; %全局最优解y轴坐标- N, ^3 Y& x! r- y6 ?, L( q' }
global best_fitness; %最优解/ [$ q# Y) y* E) j! p
global best_in_history; %最优解变化轨迹/ a  d; M- ]! D5 ~0 g9 T
global x_min; %x的下限% r8 W2 Q# w" B# m. C1 Z  H+ u
global x_max; %x的上限
4 h2 I+ Y5 V+ Z- W1 [+ p2 Hglobal y_min; %y的下限
" x  g4 m0 |1 n% ^% gglobal y_max; %y的上限- b  ~5 ~! G" c3 s; _& ?# a  ~
global gen; %迭代次数
* q6 Z0 x5 i& b" B+ ]2 k+ Dglobal exetime; %当前迭代次数
  k6 R5 v7 T' U( R! @global max_velocity; %最大速度% ^% x" D9 \  O0 Q! i

! T1 E" V$ P9 M, `+ P% ~% V! oinitial; %初始化
! i' O* {6 W+ L- X
2 t. R2 Z% k' y  T1 f  ?for exetime=1:gen
. j: B  L% ]' }: _% o5 `outputdata; %
实时输出结果
+ f; Q0 w! u5 o# iadapting; %计算适应值
6 O6 l# c3 c3 x# z2 m/ |errorcompute(); %计算当前种群适值标准差) p+ [  o6 w) }) r
updatepop; %更新粒子位置
9 E# z5 ~9 X' _" f7 mpause(0.01);, G, U) N3 C$ t
end
7 q7 r  i6 J. W9 E
. |$ J) d) N9 U. j! p8 D8 K" x' Lclear i;9 w6 x7 k" }" b; I# g
clear exetime;- o3 Z$ [& E# Y0 W, L" ~( o
clear x_max;4 |: a( ?$ _# g7 J
clear x_min;
$ {4 r% y7 ~4 `clear y_min;
) F0 Y% @6 `+ [, {clear y_max;0 q3 e+ w- k: c+ n3 D! `
/ _4 V0 A7 |( L, W1 t8 k+ @% o/ A
%
程序初始化0 [1 w" T7 y, Q
  F# p( B% h5 J" a
gen=100; %设置进化代数7 [; V2 ?4 G1 y) [+ k' N) t1 p
popsize=30; %设置种群规模大小' p& ~9 U  N" i1 k; X
best_in_history(gen)=inf; %初始化全局历史最优解! Z& v4 ]- W/ ^: X  X% C
best_in_history( =inf; %初始化全局历史最优解7 w" ]4 _* X# e
max_velocity=0.3; %最大速度限制' R' V2 s: E$ U; T+ F4 R  F$ X
best_fitness=inf;" K0 K: C7 V3 v; ]( ?, V- E& e
%popnum=1; %
设置种群数量& Z8 m/ y: q; ?' c
2 P, a( r8 ~+ ]0 z2 O
pop(popsize,8)=0; %初始化种群,创建popsize行5列的0矩阵
( K3 D; h! e2 x" s" r%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
4 Q( ?# N* R$ I4 x4 V* I+ l%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# ]. H% n2 F; L
%第7列为个体最优适值,第8列为当前个体适应值0 L6 k) U- Z2 V% @) u& _& a
" z4 d( Z7 x2 F' t- H
for i=1:popsize
5 z1 U* y8 p: ]+ x! k* R8 \0 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
! C, t3 W& ~5 E9 |- Upop(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 j2 R, [8 I. l8 L
pop(i,5)=pop(i,1); %初始状态下个体最优值等于初始位置5 q$ Y" S! O6 K# I. B; C7 I( Y2 A
pop(i,6)=pop(i,2); %初始状态下个体最优值等于初始位置
, K' R& T/ Z7 B& C3 {' ?6 epop(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$ U. D0 ]* ]  P, r6 I+ H; c
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0.00018 C! o& _- Y) f& P- A
pop(i,7)=inf;! p9 Z* L: F7 w% A2 X9 `
pop(i,8)=inf;* F9 K2 g0 s6 q" f2 P1 m$ Q. h
end+ t  V" P" G& v, i; w: U* Y
" Z) ^% U2 E2 s" ]
c1=2;
5 R+ N) o0 q# R- B+ v* nc2=2;2 {1 U: \0 B9 d' O1 |
x_min=-2;4 N: ^/ |+ {* i
y_min=-2;0 r2 |' e; W6 O
x_max=2;; s2 m: Y% r6 S3 i2 J- E6 `
y_max=2;
- |8 H$ y; M$ i4 ?6 {$ A% ]; g8 c, a' X
gbest_x=pop(1,1); %
全局最优初始值为种群第一个粒子的位置
% f$ G6 O* @6 ?. n- A. Dgbest_y=pop(1,2);
8 U8 ]% f& H( b/ g% W; n/ J7 Z! _0 N7 ~. `7 P% a/ R" {
%
适值计算1 I) N) A5 [6 L3 N$ h
% 测试函数为f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048; O; C; F8 ]1 `6 J6 D+ a3 d3 o  a

  _! ~2 o. ]- L+ f7 T%计算适应值并赋值
8 h4 e4 Q. J3 U7 Jfor i=1:popsize4 @) x6 F# v. G' N8 `
pop(i,8)=100*(pop(i,1)^2-pop(i,2))^2+(1-pop(i,1))^2;. v' X9 w7 w, S3 W% K! e7 r  H- s
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* e+ t2 _! g, F' ^/ h
pop(i,7)=pop(i,8); %适值更新
% R& a: c) ?" p. O  h( tpop(i,5:6)=pop(i,1:2); %位置坐标更新
0 k: x- |: X+ mend5 M5 j- _( |5 f! b& M( V
end9 x* d9 j2 |( g  [% Q: b* f  Z& }5 ]
" \$ Y6 j" y4 e/ M1 F* ~; f+ b4 E
%
计算完适应值后寻找当前全局最优位置并记录其坐标
" d% e0 r' `! G$ T* U* Uif best_fitness>min(pop(:,7))6 E9 O  Q3 F! u5 \( s
best_fitness=min(pop(:,7)); %
全局最优值
+ \2 K  \7 L8 a' ^+ K* y: j3 |gbest_x=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),1); %全局最优粒子的位置
1 v6 ]2 X; R5 f

/ l; U# `& S, r2 `# M7 Tgbest_y=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),2);
5 r& i  q3 S6 H- h5 \$ d4 Iend7 z# G  X, \  i9 }
$ I5 C: t' {- l" |* ]2 P2 Z
best_in_history(exetime)=best_fitness; %
记录当前全局最优5 Z# ?& L% }! b' a4 f

2 `: x; ~& G! ]' ]% u%实时输出结果, L6 D1 v: J0 @8 x
5 U, B, E4 s* }) k* \0 e. s' A
%输出当前种群中粒子位置
0 U6 h+ j; p* |6 ~' `5 l( Ssubplot(1,2,1);
% v, [3 p; d7 K3 bfor i=1:popsize- o0 O3 |; W( V0 O
plot(pop(i,1),pop(i,2),'b*');
8 h' ?% |! u) A* W5 H4 Phold on;4 y- m" N6 q2 B( k
end1 Q4 S# T$ }1 v. `" Y
. Y5 w  M' R1 _! {7 A( w9 y
plot(gbest_x,gbest_y,'r.','markersize',20);axis([-2,2,-2,2]);1 f3 V$ j: ~* m/ b
hold off;, {, X0 x! U1 A
1 V' i1 v# M' t" Q. k
subplot(1,2,2);
8 \0 C3 n1 o/ `! F/ iaxis([0,gen,-0.00005,0.00005]);
: O5 d! U1 L+ B. P
: _1 ~) p  o) T6 C# Zif exetime-1>0# b+ h9 j$ I: \& ^
line([exetime-1,exetime],[best_in_history(exetime-1),best_fitness]);hold on;
6 p: S6 G# U( H8 Xend
8 r" z6 r. }# w+ }; n- `# L: |  `- B  c1 Z
%
粒子群速度与位置更新
4 c1 U; [2 N" g' ]6 y# s
, e, S. f( t: C$ g% H$ c0 ~& S%更新粒子速度
% }! z5 S; ~3 b* i5 ufor i=1:popsize! [$ p, b  h* j0 N: R( f
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$ x& `1 u* [. L7 _% R- g1 s  R
pop(i,4)=rand()*pop(i,4)+c1*rand()*(pop(i,6)-pop(i,2))+c2*rand()*(gbest_x-pop(i,2));
2 b9 P0 P4 \9 ]0 A  wif abs(pop(i,3))>max_velocity- O# _. @# M* \: ~! r
if pop(i,3)>0( T, j; X( ^) S
pop(i,3)=max_velocity;
  H7 J# H7 Q( l3 B, yelse6 Z  H" T: F2 q7 f! `6 y. X
pop(i,3)=-max_velocity;* ^1 K( K3 ~$ W/ ]! R1 U+ u  L
end
, D1 G! r% H8 ?" Z0 K, E! cend$ U0 t& w" J9 [. h
if abs(pop(i,4))>max_velocity  `" j" E8 N5 X# b* g
if pop(i,4)>0% @2 u1 V4 k7 q3 Z/ ^% g
pop(i,4)=max_velocity;
2 ?! X+ c. Q5 v5 telse8 M+ K4 p* Y$ _0 n* @/ G9 o  n; b4 r: u
pop(i,4)=-max_velocity;
' f* X, b' \  G( W* l; c# Rend" `1 n8 P2 V* W* g5 |' D+ u
end6 X: k8 H& q) W0 z
end
/ \( J; Z" e$ a
% ], T; x2 l7 a' c6 O! N%
更新粒子位置# a1 ^. A, T% d5 ?
for i=1:popsize3 k8 f! w7 k1 S2 g
pop(i,1)=pop(i,1)+pop(i,3);( P/ m9 K6 n# r! v% l
pop(i,2)=pop(i,2)+pop(i,4);
" l$ J/ ^* e- r8 Eend

9 Y7 N0 @+ ~+ n9 R: U. S2 Q
4 {9 v) I0 p# g1 x
9 c8 ]: p9 ~5 c1 }; ~9 w : b0 _; c! c( j: H

# C; u3 b7 B4 f( \ 9 d! L( y" k  P4 t& O' M

9 E6 V8 M2 C* D& b9 Q2 ], z
! {( o/ [% R0 {9 f + W# |2 r: V, l5 f6 r3 ~: b9 r

! r' f4 j; X6 z, A* F5 ^
# B4 \  T% u% D" |
" Z" E* W0 L4 T" P : z& o9 G8 [9 W7 J! d

) |9 d6 Q; D" D7 Z6 ?6 j
% n7 E5 y1 M: S, l
' _7 _0 ?0 g" d7 y* M 9 F, W; ]; j% }& V6 N% p' i

3 g0 {% D+ ]# k1 B, v4 e% A SIMPLE IMPLEMENTATION OF THE
" I$ Y! i( P: ?% S% Particle Swarm Optimization IN MATLAB+ w# _% X9 B  v9 o4 y5 g
function [xmin, fxmin, iter] = PSO()
# K/ T/ X4 `& H6 h% Initializing variables- p/ T! a3 v; E* ~4 V8 g, e
success = 0;                    % Success flag1 `2 H- t' o/ F9 H/ ^
PopSize = 30;                   % Size of the swarm
1 L. ?- {  G; {; ]  e# x- WMaxIt = 100;                   % Maximum number of iterations
! Q" F) V, w$ B0 T" }' ^, U8 xiter = 0;                       % Iterations’counter/ |' ?% ]& I6 s5 H
fevals = 0;                     % Function evaluations’ counter
5 @; |' v' E7 A' a& wc1 = 2;                       % PSO parameter C
1
5 p8 [1 p( C3 rc2 = 2;                       % PSO parameter C25 a8 ]- x& R: |
w = 0.6;                       % inertia weight$ j# C1 O0 ^% ^9 v5 s4 P
                  % Objective Function
# A6 W4 m5 S3 X. W/ Tf = ^DeJong^;
  w1 U- \8 l6 Udim = 10;                        % Dimension of the problem1 z4 j9 z% P/ n
upbnd = 10;                      % Upper bound for init. of the swarm$ B/ W/ d; z+ i: O* f
lwbnd = -5;                     % Lower bound for init. of the swarm0 X$ t+ }5 @# h6 h! M
GM = 0;                         % Global minimum (used in the stopping criterion)/ P9 O7 C# i5 Y) w" ^9 E' h
ErrGoal = 0.0001;                % Desired accuracy
9 l3 [+ D- |& ^! C5 x; H  U, |% T1 r, c0 e5 z# b8 \
% Initializing swarm and velocities. j8 {3 i5 N; \( n
popul = rand(dim, PopSize)*(upbnd-lwbnd) + lwbnd;
- c/ {+ y* T6 M$ `5 ]vel = rand(dim, PopSize);4 a6 I* @7 U9 i! q# Q$ a

! }5 x* q) Y  m9 ]for i = 1opSize,
9 h' T: h; F$ ?  Z: E5 s; Y    fpopul(i) = feval(f, popul(:,i));  O8 {* r7 T6 B( k# T7 m
    fevals = fevals + 1;
4 L0 ^" h& }+ H* R& m$ w& Jend8 D4 x/ P8 O% C9 {5 b

- P6 i5 I7 n4 Q3 o% d5 kbestpos = popul;) P/ g6 |) f) x+ p3 U9 \. S
fbestpos = fpopul;
3 h: K) ?. r: G0 @; ]2 [# N% Finding best particle in initial population/ b+ e5 l) p  @  j: H" y
[fbestpart,g] = min(fpopul);
* e9 k% `% T" c  F5 T* _lastbpf = fbestpart;
. |# _0 i4 L* U9 `
. ?8 X6 ^" L9 L& K$ ]2 twhile (success == 0) & (iter < MaxIt),    / P1 u: n6 z7 J! T7 ?% m- A
    iter = iter + 1;
0 q6 e8 D( n: u5 T' G2 _" t0 S7 O, _
    % VELOCITY UPDATE+ X' K. {2 O: \$ I1 O8 P6 r
    for i=1opSize,/ G& E, L* V! k
        A(:,i) = bestpos(:,g);
" g7 |( A0 t! u+ ^1 a- I  h( J; f    end+ G+ |* |1 w& z3 o. I/ U/ \6 k% O
    R1 = rand(dim, PopSize);  Z1 D1 B) x1 I( T( r
    R2 = rand(dim, PopSize);' V9 B7 w" Y5 D1 \
    vel = w*vel + c1*R1.*(bestpos-popul) + c2*R2.*(A-popul);8 f3 D( d" l9 [- |9 |4 E/ t6 c) B# H/ Y

! Z  z9 }& M- d' @) T; |* i    % SWARMUPDATE
; ^& C  J" ~6 l2 {& c    popul = popul + vel;
; F* @$ j3 [' u+ y$ E; Y" w& o    % Evaluate the new swarm' b) O( o4 [7 L; o  V
    for i = 1opSize,
" r1 p8 G, \0 x, k6 f$ e        fpopul(i) = feval(f,popul(:, i));
* c, G; P" U3 @* r        fevals = fevals + 1;
( M/ h9 z8 @4 w5 }% c9 T0 b- e    end
  k, e1 H- l7 y: |- ?, x    % Updating the best position for each particle
$ k0 v: E+ Y0 d3 A0 h  A. m. t    changeColumns = fpopul < fbestpos;
5 t( ^& o. E8 ]) M' E    fbestpos = fbestpos.*( 1-changeColumns) + fpopul.*changeColumns;  A3 q: q" U$ i8 {
    bestpos(:, find(changeColumns)) = popul(:, find(changeColumns));) r2 q+ N( ^+ S# }# @  U# }
    % Updating index g7 T( c; g' E0 r! n5 e  D
    [fbestpart, g] = min(fbestpos);
( i( P  ~4 v; N" s+ X    currentTime = etime(clock,startTime);# X' j: f9 c1 ]
    % Checking stopping criterion
  G! O  t* s7 R4 Y4 u/ z/ y    if abs(fbestpart-GM) <= ErrGoal4 j6 i8 D7 d1 h
        success = 1;6 n, v( c' j# n! Q; r
    else
! p1 s+ q& C9 u3 o5 j        lastbpf = fbestpart;
# ?) b9 |% j+ T) s    end; w, j" F$ j) C2 l4 \# {0 M  b
# C  d# B, g! i1 y$ e6 ]9 [
end
7 S6 @7 B9 ^; X& e& j
8 c% t* o# x3 }$ f1 s5 d% Output arguments
( e! U" b+ w$ ?2 `' vxmin = popul(:,g);
4 |1 a9 @/ J; e, F: E, `- pfxmin = fbestpos(g);
* T; @) u3 T' f, l% |
, X' k: m" Q( S# ]) Nfprintf(^ The best vector is : \n^);
) n& V2 Z. |, \5 i3 i; Tfprintf(^---  %g  ^,xmin);6 p6 C; m( U4 c
fprintf(^\n^);
& m. {$ O: M4 r/ H%==========================================
3 h, b+ @" C& q' [function DeJong=DeJong(x)3 t& ^+ z( h, P) T6 e  M* b$ J) Z
DeJong = sum(x.^2);
zan
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