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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* O2 J, a% [% `  C
% 2007.1.9 By jxy
9 Z8 Y4 l! W8 [$ c4 N  T3 M' J! U%
测试函数:f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048, }. I/ _+ u7 }' s! S+ W
%求解函数最小值: v8 d! G  U+ @. d
  ?$ k, Z+ x! Y2 T% o: }( t( T
global popsize; %种群规模
! {/ Z) B, C" T/ M%global popnum; %种群数量
1 |; C# u: X: ?global pop; %种群" }: I) @1 J8 V8 \
%global c0; %速度惯性系数,0—1的随机数6 z+ o- ?/ ]7 g, J, \- U( N- ]
global c1; %个体最优导向系数, l1 _2 @* u% N& \4 q- N, g. w
global c2; %全局最优导向系数3 O1 S. z. E# h/ b6 R8 y4 |2 b
global gbest_x; %全局最优解x轴坐标  @; U/ E* _' x6 B8 {0 l2 H, G
global gbest_y; %全局最优解y轴坐标$ T1 ]- H5 v3 \0 y3 X3 `5 J  z% c
global best_fitness; %最优解" x4 U2 P5 {1 g$ r
global best_in_history; %最优解变化轨迹: R1 A2 A; u# s: L% `( l( @/ S
global x_min; %x的下限
/ \% }& \. b0 P- w4 u( u# ^6 Gglobal x_max; %x的上限0 x7 C. w1 c7 p6 Y8 Z/ b
global y_min; %y的下限
! ]- D6 O' j5 n6 }; J. A. k6 P# ]global y_max; %y的上限9 m! D3 b4 B& [# H7 _2 z, Y
global gen; %迭代次数
( I" ~. |6 P# I5 |& _9 Rglobal exetime; %当前迭代次数
( X& ?- C4 t( d. jglobal max_velocity; %最大速度
1 J/ W8 q2 I! d
. W) c8 E3 u0 m# t; R! s3 x" b: Einitial; %初始化
* \4 p. H4 F/ o# L- }4 e% N) u$ K: ]! f( n2 n- y3 B
for exetime=1:gen2 O* ]2 f' ^( k
outputdata; %
实时输出结果6 ~9 d7 [5 Y" o$ ?* a0 \
adapting; %计算适应值
) M& u7 J5 R& Y- p6 ~) qerrorcompute(); %计算当前种群适值标准差- J) e5 v9 [# R& J, c
updatepop; %更新粒子位置& i- L( S1 S5 U. i, z# S
pause(0.01);
3 c" d  O$ [: _6 o7 k6 K( Send* T+ L* I1 c, p* F4 ^5 W
, u) \7 T+ w5 q+ j& d
clear i;, F2 @, Z6 u/ O, J
clear exetime;
) w* l. [( a- E- f# l: z6 J5 O5 iclear x_max;
9 E& Z" j4 h! M$ m) w: pclear x_min;# \0 Y0 s. ]. r" M/ u
clear y_min;
# {4 w( @; d/ l) B, K4 M) L% }2 jclear y_max;
- p4 U: p4 v; O5 k' c* Y  K
# H/ ]0 q; y$ n7 `0 S5 x%
程序初始化
) T4 ?5 n4 f! w
! N* Q- i! {% s7 Lgen=100; %设置进化代数
1 t, O; j3 }% M3 ~- C0 ^popsize=30; %设置种群规模大小  Y  [3 G  c! c# v. u2 a. ]$ a
best_in_history(gen)=inf; %初始化全局历史最优解! {* z4 K* j# T2 [0 Z
best_in_history( =inf; %初始化全局历史最优解
1 E( c) z% N" K3 c/ ]max_velocity=0.3; %最大速度限制
' r* D0 Y# t5 P$ C9 j* mbest_fitness=inf;. B( s6 L1 E( R: c
%popnum=1; %
设置种群数量
& |: f  x0 z( o4 J& b( Y( z7 r$ H" S+ b+ m
pop(popsize,8)=0; %初始化种群,创建popsize5列的0矩阵
% j# t7 N4 F- I) u%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" T% O# |, t% K
%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  s1 w" F! z" W
%7列为个体最优适值,第8列为当前个体适应值8 H) e6 R* [1 e) Z: a0 J
# M3 i  }- U# d1 e9 R* d# a
for i=1:popsize6 H% C, A/ b$ u% C  o2 d
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. Y7 e6 Y3 G8 y" K8 f
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
, V2 p2 O7 n3 `' a! bpop(i,5)=pop(i,1); %初始状态下个体最优值等于初始位置
3 Y0 {! E( m4 @3 ~+ K7 M$ Vpop(i,6)=pop(i,2); %初始状态下个体最优值等于初始位置! n# O: S) Q8 L5 j
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
+ _# ^; I7 k, V6 ?7 Y8 b) 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
0 ^6 |* `. X! s. P3 \) x& r7 Spop(i,7)=inf;3 Q1 |, g$ [2 m- D! L8 o2 Y
pop(i,8)=inf;" `$ A4 d" H& b0 p1 q% h% j% ?
end, g2 S2 g" c/ z& [# g+ r

( M3 S& |$ l( u& vc1=2;# ^9 G0 g8 [. ]; ?2 t4 ~
c2=2;8 T7 x- j1 O- d1 t
x_min=-2;
' ]) [( I# J' }; S+ sy_min=-2;! g& J; N9 m) w' j, _: @7 h
x_max=2;
8 j& ]; B; w7 [9 U" l' r! Ey_max=2;
0 y' A/ p1 U: S3 M% R2 w! m: l* s6 f5 N# P$ T/ A! {
gbest_x=pop(1,1); %
全局最优初始值为种群第一个粒子的位置
4 k" A3 J4 C3 e3 [gbest_y=pop(1,2);
% w. {& F5 z6 K( @" h
6 b1 ]5 R* t/ X$ D( _9 k* w%
适值计算
4 |+ @6 G+ U/ l/ a$ a: X1 ]. \' Z% 测试函数为f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048
3 d" x; ]) x) [1 ]7 @% ^- Y9 i8 U% c0 _* U' W
%计算适应值并赋值0 `' Z9 X$ b9 c& y( {
for i=1:popsize
8 Y4 ~' V/ o: F7 npop(i,8)=100*(pop(i,1)^2-pop(i,2))^2+(1-pop(i,1))^2;5 ~6 X$ Z6 T3 `# o
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% Y. s) s' T( |2 a! [: N
pop(i,7)=pop(i,8); %适值更新; [' t3 s; I8 X% `
pop(i,5:6)=pop(i,1:2); %位置坐标更新! X: P& x: a1 {; x+ M0 W
end
* c$ x- K7 c1 P7 ~end
+ a2 u9 u. B. V2 S/ @6 W' a. f
9 I; _( |! ?2 Q7 X. ?" F5 M* `2 N%
计算完适应值后寻找当前全局最优位置并记录其坐标  m3 j1 M4 E4 o; W' n  s& n
if best_fitness>min(pop(:,7))9 c5 e# R1 w# {" B* [
best_fitness=min(pop(:,7)); %
全局最优值. F7 g1 u- Y) n, R8 M' r5 n; w
gbest_x=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),1); %全局最优粒子的位置) L& G0 N/ \# M* ]' b

- |2 N4 m2 z2 N5 X6 jgbest_y=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),2);
9 Q/ a  Q- E0 `end& P% H) l  y7 g( n6 n# o$ w

) P. ^! z! K6 R# w. xbest_in_history(exetime)=best_fitness; %
记录当前全局最优
$ [4 P. N1 t4 C; c7 H3 @8 r1 ]/ j# I# a5 `" I, l9 h
%实时输出结果: Y! `: H# N2 V7 Y$ a$ S
% U5 Q2 a" V" Y+ a# S: R( e4 V) ^3 Z
%输出当前种群中粒子位置- ?  M( o+ m, T9 Z! d3 W
subplot(1,2,1);
8 ~% Q- g! d) u4 Yfor i=1:popsize1 w" j5 ]& n% s- E
plot(pop(i,1),pop(i,2),'b*');* R! @, S4 u. Q4 F
hold on;% Z9 C) k: t4 R0 |5 D  O1 Z4 N( y- e
end* I; m& }# n# ]
9 X6 w* P0 O5 Z9 T; X5 b7 s" H
plot(gbest_x,gbest_y,'r.','markersize',20);axis([-2,2,-2,2]);
8 L! i% P( r; N$ G3 u# C$ z0 {( Mhold off;
3 i" B1 t9 z* h: @8 U. O. H* h( U
subplot(1,2,2);) Q& @3 y. g: L8 L! Q
axis([0,gen,-0.00005,0.00005]);! x/ _# v! H6 [  x9 l! ^6 Y/ R, y& x- W

3 L9 R& w% j% M- n+ K; R1 kif exetime-1>0
1 W" b4 I& Z5 D" q$ t% uline([exetime-1,exetime],[best_in_history(exetime-1),best_fitness]);hold on;
7 u2 \. m& `4 q4 B$ q7 I9 {' s8 Iend
3 Z: [" f+ I' m+ m8 R; d3 P) O! Q- p: h* {& k, z
%
粒子群速度与位置更新
* o( W# k4 \  A+ [
* _  {' r7 T8 D" u) @+ m%更新粒子速度
7 K7 Z& Z1 f5 ?( n( A% ^( C! pfor i=1:popsize# ~7 u- r! R' G
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
0 n% Z) U" a# a# wpop(i,4)=rand()*pop(i,4)+c1*rand()*(pop(i,6)-pop(i,2))+c2*rand()*(gbest_x-pop(i,2)); 4 E* V% R7 e1 [* p
if abs(pop(i,3))>max_velocity
7 r. {' H% m2 r7 W! R# o! f5 _. [if pop(i,3)>0
6 j3 J1 f+ I  ~7 I# n% H, |$ Ipop(i,3)=max_velocity;/ i# Z7 P# `6 w5 W$ ?
else" M: W) @6 p& A3 s/ m
pop(i,3)=-max_velocity;" y$ q& b& A4 Q( g- u3 j" }  q3 X
end9 H2 }8 a, R6 ^. [7 m! u
end
7 }% W: w' a) M) `& ^# ~! sif abs(pop(i,4))>max_velocity
% Y8 j: D6 V+ v! l) S# Hif pop(i,4)>0
( u2 }7 S$ P+ e  ~* s$ @1 _! E+ spop(i,4)=max_velocity;
% @* h+ Q& e6 F- U7 f" Uelse. Y, `: \' e. t" q4 v" T. z0 h6 D
pop(i,4)=-max_velocity;/ ?5 e. s. q0 L! o9 h4 i0 B
end
: ~" J/ G- W9 Vend
, J& C/ o2 E8 h1 \/ K# Q; s& mend
. `$ {4 s  q6 T. E# G0 E6 u
+ N/ z# C! W( x: J% }9 d0 V%
更新粒子位置+ J7 n. V" I: m1 Q
for i=1:popsize1 u& E, S$ {9 A# M" a! K  a
pop(i,1)=pop(i,1)+pop(i,3);
% I, Y6 c  |; D, |% h' p) |pop(i,2)=pop(i,2)+pop(i,4);( {% R0 [" }1 \3 m: h
end

' b# P' W/ G# Z! w8 _ 9 o% Z. H7 j& C" B+ N
' r: A$ c. \# k% y* {

2 V" s1 ?; r; e3 d
, w9 |" \6 ~3 M5 t" ^, d
# H! C* K0 J  ^+ V/ f8 v4 ^* I # D( Z* r' z( Q- M, s
0 ^* c% w6 N5 W0 z  m% ^$ O( Q3 d3 J

+ [) x% \5 W% Y+ f0 h8 n
  d, i: d; m* l5 B+ z9 B
6 h  q* y! k2 A6 f 2 u& }8 u$ d! [2 I8 W

5 B' {% h  a  h$ e9 o1 h
" E. N/ c+ f( c% S; `; c% ] 3 K  ^3 a6 s! ~- d1 Y' c

6 e+ V# y, f8 m! S  ^  j $ B, u% G& v: m5 N+ i5 h& i6 q- }
; ~7 a- S+ y# M7 _' w! V$ r* P4 A
% A SIMPLE IMPLEMENTATION OF THE
+ V* X$ w4 n4 L% Particle Swarm Optimization IN MATLAB
# ~0 g% S# W/ R  f8 v, L5 i* |function [xmin, fxmin, iter] = PSO()0 T: U  v' S) ]9 j- c5 _# f. N& V
% Initializing variables
) `% P( R0 Q6 y8 l1 Y4 y  C, E. lsuccess = 0;                    % Success flag) ~* O: W9 \2 i$ {# {
PopSize = 30;                   % Size of the swarm$ p1 R1 e+ G1 }
MaxIt = 100;                   % Maximum number of iterations
. \3 o+ X) R5 D' Y( aiter = 0;                       % Iterations’counter
8 I% r$ y) {3 X- t' Lfevals = 0;                     % Function evaluations’ counter
+ v3 u8 j1 {, Q" V  Ic1 = 2;                       % PSO parameter C
1/ g/ M$ ~5 \' Y' a( V2 l4 ?( R
c2 = 2;                       % PSO parameter C2
3 D% v" I- a( e. ^& E" a' Lw = 0.6;                       % inertia weight
8 s) ?5 q9 P" v9 z6 U                  % Objective Function
: w& y/ P# D$ y' nf = ^DeJong^;
5 r" d7 C# _& U8 o" Vdim = 10;                        % Dimension of the problem
8 D  B2 M. Q, e, C" u9 _0 ^  Q% Nupbnd = 10;                      % Upper bound for init. of the swarm
! D2 |2 O7 G  `  Plwbnd = -5;                     % Lower bound for init. of the swarm
- C! h, f) A1 J- j6 wGM = 0;                         % Global minimum (used in the stopping criterion)
1 d7 C5 t0 j: R" u7 V3 lErrGoal = 0.0001;                % Desired accuracy% P7 @. f. K" O3 R: ]- i
/ c. a! Q, h4 }. S  {3 l) J$ @  N% x
% Initializing swarm and velocities
* f2 T& S% D/ Jpopul = rand(dim, PopSize)*(upbnd-lwbnd) + lwbnd;
4 k1 o. }4 F; N# k" n6 }% i0 {+ Hvel = rand(dim, PopSize);
0 `  J. f7 l) N9 k, P+ Q
& ~. H- j- P2 mfor i = 1opSize,- |6 F0 G2 @& Q) @7 G" n
    fpopul(i) = feval(f, popul(:,i));  g: e8 ]- `' p+ c' R4 f8 j  R4 m
    fevals = fevals + 1;3 s6 J( V3 S9 m( g2 L/ J& ]
end  Q6 D$ C! {6 Y: t

: C8 j* W; V4 t% G( n1 T) t* ibestpos = popul;
/ c, H4 \/ ?7 H( Y* h8 Rfbestpos = fpopul;
6 L9 |& ?! f8 X( N! C. d( c# r% Finding best particle in initial population
; \9 ~: j7 I5 `% M5 ]6 x' [[fbestpart,g] = min(fpopul);0 n. C. e+ @* \" ]5 {2 n
lastbpf = fbestpart;4 o) a1 ~, c7 B; O1 a5 A9 S7 V
  \8 q0 O9 p7 K
while (success == 0) & (iter < MaxIt),   
1 ?0 D+ ]4 K3 q  D7 Y( L7 v  H0 o( T    iter = iter + 1;
# K, K" s& c/ u- f4 M9 B. \8 X9 |& x2 o2 f, P
    % VELOCITY UPDATE
) h' ^. k: c9 e# k$ i    for i=1opSize,
1 l( L# A- N( l, G$ B/ B        A(:,i) = bestpos(:,g);8 G( Q+ d8 b/ F
    end* a% M/ V, Z$ ?8 U; Y5 Q* Z
    R1 = rand(dim, PopSize);
0 h3 A/ F5 t. v* L    R2 = rand(dim, PopSize);
; H% F5 `9 i7 w    vel = w*vel + c1*R1.*(bestpos-popul) + c2*R2.*(A-popul);
- m) |' }/ {% p, v8 j) J  v) ]1 t% w! u
    % SWARMUPDATE
6 F0 S; c5 l) n" M' E* a    popul = popul + vel;5 Y8 L# B3 [" @3 @, q- _! N' B
    % Evaluate the new swarm
7 K  `  J5 ]7 L/ k    for i = 1opSize,
2 q; R6 \0 L5 |$ q        fpopul(i) = feval(f,popul(:, i));
/ T3 v9 L1 p. N% x1 t5 n8 z6 d        fevals = fevals + 1;
4 r. i& o  o& [7 T" C" k    end" l5 _5 p$ c# }& ]
    % Updating the best position for each particle
8 j9 P$ H2 K( |    changeColumns = fpopul < fbestpos;8 T: M; s9 D8 J0 r" K& v
    fbestpos = fbestpos.*( 1-changeColumns) + fpopul.*changeColumns;
- K# c) k6 w' c! \: s, h    bestpos(:, find(changeColumns)) = popul(:, find(changeColumns));
+ b: l$ G8 w1 r5 L* P    % Updating index g, `4 ^1 J6 c$ X+ f5 p/ _$ u
    [fbestpart, g] = min(fbestpos);! R% t5 o3 G, @7 [$ p" o
    currentTime = etime(clock,startTime);  o) j4 T' m+ u
    % Checking stopping criterion, [, `6 R& e$ M; z+ M) b2 \
    if abs(fbestpart-GM) <= ErrGoal
( m& n! h% [* P( _$ y        success = 1;
3 C- i, i! Y  N1 Z; b( n    else
6 d# p2 U9 i% g- O) H! c% i# p        lastbpf = fbestpart;
1 A" s2 p8 k$ i" n    end
5 r& d3 C8 V, c+ v, t  N% D+ j8 G4 E* |' S+ b$ N
end
6 \% u: p$ L7 Y$ _
' |. |# D1 ]0 h8 @% Output arguments
. E7 S  ]0 n6 ~  Hxmin = popul(:,g);, P4 z6 D7 U4 q, ?: Y
fxmin = fbestpos(g);, ]; X3 Q" j' m2 ^
6 L) u5 c, o: ~* r
fprintf(^ The best vector is : \n^);
5 T: `) o: d1 F- Y6 X2 j0 [fprintf(^---  %g  ^,xmin);+ E! }: H  ?) J" w9 t! A1 s5 T4 B5 P
fprintf(^\n^);
, K, E* Q+ g9 ]) ~; J% J6 j$ K%==========================================1 W# p2 B# @0 @  L. j/ B6 \
function DeJong=DeJong(x)% _& `0 d8 j% B' \" z* f8 _: t+ o% s
DeJong = sum(x.^2);
zan
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