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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/ }2 P, J2 X& @) m' l7 O
% 2007.1.9 By jxy% P: ^- K  [2 {- g0 r' ^$ V
%
测试函数:f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048- W: O* s. v8 l% \* [3 u- k9 }
%求解函数最小值) D1 y+ G6 t8 O3 ~8 @+ p  f

* T5 J: E% G$ W" K8 f: l! a' ]global popsize; %种群规模
* t% m* y$ y0 }, T8 _0 q%global popnum; %种群数量
: X( u! V- W7 r6 H" F( F9 I- q$ bglobal pop; %种群
! l( V% s. f1 V7 r9 b: K' \%global c0; %速度惯性系数,0—1的随机数
1 K6 a' n. p5 m9 Z6 V$ Pglobal c1; %个体最优导向系数
* T" O" [+ _2 `5 U7 E, Pglobal c2; %全局最优导向系数9 X6 ]% a: D. A5 [) v  T
global gbest_x; %全局最优解x轴坐标
( G8 r8 U! i: B6 `global gbest_y; %全局最优解y轴坐标
6 y7 W7 K9 T' R7 N8 }6 bglobal best_fitness; %最优解8 x/ m$ v2 m9 l3 A6 f5 g" h
global best_in_history; %最优解变化轨迹) H- o" c* ~* M" B- p" |
global x_min; %x的下限" I% A+ j; i" U3 @
global x_max; %x的上限4 h+ P: M+ v9 ^/ v! S$ X
global y_min; %y的下限1 s4 g( b9 [0 O& |& J
global y_max; %y的上限
+ k; H, f! L  a) Y0 f/ Dglobal gen; %迭代次数0 v0 N- \' _' i. y9 ?
global exetime; %当前迭代次数3 W: [3 K$ @, u" V* ^
global max_velocity; %最大速度) \- M% m, z$ `+ q/ e: f

/ H% N2 \( z, K% C4 j" ?initial; %初始化
* T$ Z* g; u; J! H2 N* W  H/ }& D! o! T* o
for exetime=1:gen$ q) e; c( \7 V- \( ~2 i% Z
outputdata; %
实时输出结果
& y# o/ Q% D# G+ padapting; %计算适应值
4 r; A2 E  S7 H) m$ s- [/ W; cerrorcompute(); %计算当前种群适值标准差( G3 _* A. p; N; d6 k( P$ m7 s
updatepop; %更新粒子位置# n$ `5 q4 o3 [' Q; ~3 m
pause(0.01);6 z# h- y: Q: @) z+ Q$ {
end: V' K. G) ^6 n; S) L
3 q- z+ G; l0 ~9 K/ Z1 A3 @
clear i;
+ M' t/ Z. f+ l1 \clear exetime;* `! P0 E/ n4 }- g
clear x_max;. i9 S- {3 l5 c" J* q
clear x_min;
7 J6 S4 ^! x, `8 P! e' Y* uclear y_min;# k8 K. Y* {- \/ x
clear y_max;
# t: z5 \- U* u# h- ?* A9 P8 `3 Q; D+ H& C, w. C
%
程序初始化
1 T, W. A2 T3 q( H! j, M. H8 f2 T1 z7 \, y8 R, a
gen=100; %设置进化代数2 s, ~% q4 i+ `
popsize=30; %设置种群规模大小& H3 l7 Q8 O- v  T
best_in_history(gen)=inf; %初始化全局历史最优解$ L' c  F  f+ ~/ s* N
best_in_history( =inf; %初始化全局历史最优解0 O" V: E; n& N0 M$ @
max_velocity=0.3; %最大速度限制* w$ n6 j* b, q6 @
best_fitness=inf;
# M) K9 \& j. W6 ~%popnum=1; %
设置种群数量
0 T+ t0 h6 g! Y4 i2 K' t9 g2 W
pop(popsize,8)=0; %初始化种群,创建popsize5列的0矩阵
- d, Y/ J7 N7 v1 u- q1 N%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& A+ I1 `* H  e5 y/ W4 B+ V
%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0 h+ E2 n% e2 `+ k, M
%7列为个体最优适值,第8列为当前个体适应值2 z: Q3 i) v/ A. x; e
/ w& l3 z$ l- a! q; u
for i=1:popsize
# }/ ]" u% f& c; p5 _% Lpop(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9 T8 q  R$ N9 k" E) ~) J
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
- {. V$ ?9 q! W) Epop(i,5)=pop(i,1); %初始状态下个体最优值等于初始位置! E" R' ^1 P" j0 }& E9 a$ h
pop(i,6)=pop(i,2); %初始状态下个体最优值等于初始位置+ H* x: V" c  s( T# ~
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0.00014 {0 l) I! M3 u" W5 ~+ T! M
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0.0001! M0 K) f9 F0 d# p! s
pop(i,7)=inf;
! ^- X5 g6 N7 |7 D+ d# I+ J: }pop(i,8)=inf;# t% T$ X- y9 G
end
; k6 p: s  |3 ]
* G) y! L0 l6 p6 z3 qc1=2;
2 y" k/ H0 N; u* T5 O' ?( Q0 c, kc2=2;
5 F6 d" n/ e$ p' r1 v! t8 Ux_min=-2;
0 V& `$ N. m* E) l* d3 Py_min=-2;
' Z- b: J9 R8 O) z. c1 q% i) ix_max=2;3 W' `' x7 Y% S. i: G& J0 S
y_max=2;! W$ x4 I1 n' o
+ W  [) ], D0 T8 a5 m' @' ~
gbest_x=pop(1,1); %
全局最优初始值为种群第一个粒子的位置
" a* u  Y, P5 F! j: T& Vgbest_y=pop(1,2);
" a$ t$ m( m7 @3 M- `' t1 Q
) u- x* h; h; J/ V3 ^%
适值计算, R/ V/ X9 U: ?- Z
% 测试函数为f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048
5 {  m( Z2 s8 q& C0 J( o. k% L* }1 P
%计算适应值并赋值, C. e' B- L* x1 W$ o
for i=1:popsize
( O( c2 G- r  ^  ]- q6 Upop(i,8)=100*(pop(i,1)^2-pop(i,2))^2+(1-pop(i,1))^2;
% |2 t5 T# s! P# f3 Tif 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
* [: z* z. s$ C# k  l  ]pop(i,7)=pop(i,8); %适值更新
2 N: Y7 b4 U, g+ npop(i,5:6)=pop(i,1:2); %位置坐标更新
: L* R" A2 d( Dend
! j( {; H6 u$ Z; ]' t, Zend  W. c  E. I9 ?; P8 @7 G0 w7 _
! Q4 A; e; E* F& ~9 w# R( M3 G+ i+ @
%
计算完适应值后寻找当前全局最优位置并记录其坐标
4 c; k# L8 X4 `: sif best_fitness>min(pop(:,7))! d, v; u5 a1 ~' y( Z! ^0 E
best_fitness=min(pop(:,7)); %
全局最优值
& a7 n* N' v: O# p7 r# }gbest_x=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),1); %全局最优粒子的位置8 q; n0 g0 A2 N5 k. P' z+ H5 N

/ P. |" Z8 O7 f) _  F+ t8 d/ R: Ogbest_y=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),2);& V. \* T( R" K8 \" i7 q
end
% Q. g, l8 z3 V. H- U+ z! B# Z+ Q- E! w
best_in_history(exetime)=best_fitness; %
记录当前全局最优; B! I6 V3 R  |: ~' Y+ ~6 X( `4 Q: n( C
; o7 S3 T1 ~2 |  W% e
%实时输出结果" O, y5 U- {6 Y' Q" o5 K
; m2 v+ }5 s* O1 A; j/ z, W
%输出当前种群中粒子位置6 H! I7 I9 z9 E' K
subplot(1,2,1);9 G" c8 t# f2 \8 ^- ~# n- G/ n7 `! l
for i=1:popsize
$ g5 ~  ~% [5 A/ }4 P# \plot(pop(i,1),pop(i,2),'b*');  p  a# W1 U7 n/ e( X! L! M
hold on;( p4 Y7 @& J3 Z7 w# U% b; S1 t' o
end
' n+ t+ |: S9 {2 C9 D. i; k/ I! H
# @3 Q# q# ?2 J  h3 a6 X0 ]- aplot(gbest_x,gbest_y,'r.','markersize',20);axis([-2,2,-2,2]);
  w$ [5 n8 r+ \( Q$ uhold off;: c+ @; q8 F5 `5 y, f: v
9 h- f1 w) r9 s8 e
subplot(1,2,2);
% K2 l  e. m( Oaxis([0,gen,-0.00005,0.00005]);
* B% H" b: v4 q8 V
$ X/ E( o$ I' }' kif exetime-1>01 R0 b1 r# @5 H" M+ _6 {
line([exetime-1,exetime],[best_in_history(exetime-1),best_fitness]);hold on;4 d2 {0 Y* n7 D$ ~4 U+ ?
end
: r- u# B: o5 Q+ |
& p5 d3 b& Z) g( R- J%
粒子群速度与位置更新- L; y# v2 n2 {9 f5 A5 p8 t) |
0 y/ z; v. l, v" X1 C+ S
%更新粒子速度
$ V+ J& B9 n! b5 Pfor i=1:popsize
3 q# s! H& r/ \. X8 T* ?' J/ opop(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
5 a# r6 G# c- E5 b) f3 Jpop(i,4)=rand()*pop(i,4)+c1*rand()*(pop(i,6)-pop(i,2))+c2*rand()*(gbest_x-pop(i,2));
( [4 E# f! z! Nif abs(pop(i,3))>max_velocity
- q# L" t; C/ T( C* _( Hif pop(i,3)>0
9 c. f+ J9 z: g, u2 D! _9 e: F' `pop(i,3)=max_velocity;
3 ~  s; M) \& ^& z. U: e4 Yelse1 g/ a9 ~* ?8 {$ S: ~
pop(i,3)=-max_velocity;
6 x& e4 t. i8 m; u. o" @$ Wend
* x. x9 B0 v" w7 a0 ~& f& `' A5 D4 xend6 {7 E. V4 k5 l+ a
if abs(pop(i,4))>max_velocity* y- A# E% G9 B
if pop(i,4)>0# k" V$ \1 ~  U( _! a% y. x6 K9 p
pop(i,4)=max_velocity;
8 ~+ z" b0 W' ~% M. w! ^4 J4 }else
2 T! I: K4 L; N! V! c% epop(i,4)=-max_velocity;; Y' U7 L3 a1 A& @6 S% |
end
0 ]' K( B7 z+ D6 s% Vend
( F6 q. o7 r" z! pend3 u& h5 o; a5 S% U" A
( g+ m% y0 r. a( L" n2 h0 s% A
%
更新粒子位置
3 a, H4 i  u& g/ f# a9 wfor i=1:popsize4 T& W/ N# W, w9 I- w9 f" I. ~
pop(i,1)=pop(i,1)+pop(i,3);
% w: G" q( O0 t( i9 dpop(i,2)=pop(i,2)+pop(i,4);/ D! `% T4 v. g! j- B
end
$ V3 ?8 ~# f' G; d1 T3 A8 \! d
; I$ l1 v8 C5 Z1 A% }! a) @
. N3 J5 W0 O  I8 P. L8 A- d
& Y, k) q( X  j. g% h4 m( _5 t

/ D+ E) b" \6 I, P! p
4 k: T$ r' o) T7 W) f; ~1 R0 g) G1 j
/ a9 i7 K9 {# x8 K. ^5 n 0 ?" f7 A5 j8 v- H' Z

! M( w. h* Y; P
. @0 ^7 ?% c% B9 { 7 L; D. X8 e4 ]3 H* U

6 `6 l& H9 F& |7 g, ^8 u( U % L% U- {0 V* A4 w8 T2 T, p
7 [, S* f! n2 R& U+ |
; B9 [; m4 |/ H/ `

& W: ?! b. V2 D, P8 f. f' F) _: M
' F' S& W0 ?5 h6 Q$ O1 M5 U + E! F* ~  G- |# g, V* e" `: q
% A SIMPLE IMPLEMENTATION OF THE2 k3 n8 h  U( J  n1 W
% Particle Swarm Optimization IN MATLAB
2 o6 i5 f9 o$ z2 v/ v% y' H6 Ufunction [xmin, fxmin, iter] = PSO()
# g9 m9 q3 E( \4 f3 d2 q* d; l* O% Initializing variables
  _: I7 h- n) \! g/ Qsuccess = 0;                    % Success flag
5 t4 _: R' i, VPopSize = 30;                   % Size of the swarm
5 f$ T+ d# d& q- s- sMaxIt = 100;                   % Maximum number of iterations7 ~$ k: Z6 L8 K  G! u+ X  ]
iter = 0;                       % Iterations’counter
$ G  k' L( w0 G( qfevals = 0;                     % Function evaluations’ counter
9 N# E1 u9 k7 V/ ~' jc1 = 2;                       % PSO parameter C
1# P: R7 X8 n6 K8 r
c2 = 2;                       % PSO parameter C2% F2 l9 A: h# X; n
w = 0.6;                       % inertia weight
  r+ k& h% s1 g                  % Objective Function4 c0 d% _1 K7 a/ U
f = ^DeJong^; $ |9 C/ E6 O0 f, P
dim = 10;                        % Dimension of the problem: H5 n7 w4 ]2 _4 t7 G: [- K  \
upbnd = 10;                      % Upper bound for init. of the swarm, j* G0 V0 T# D, t! Y
lwbnd = -5;                     % Lower bound for init. of the swarm8 F) Z5 c7 p3 A0 F9 V* Y
GM = 0;                         % Global minimum (used in the stopping criterion)& z9 @$ \+ r' }& r8 v' R
ErrGoal = 0.0001;                % Desired accuracy% Y' I$ t0 K( `% P' y  j

, K% m+ Q5 K  O  e+ O% Initializing swarm and velocities" G3 `% e  y5 o- Q& @4 \' i
popul = rand(dim, PopSize)*(upbnd-lwbnd) + lwbnd;+ y" V0 e% O2 l& [1 j; ^
vel = rand(dim, PopSize);1 T7 Y1 t+ B$ ?2 d/ U+ X( G9 G

  r$ D0 [$ u1 \1 {for i = 1opSize,
" _, A" D. L; E- `+ A  P& t    fpopul(i) = feval(f, popul(:,i));7 L9 c- O, t! Y: O. t
    fevals = fevals + 1;
+ Y+ F' [! [- {& Jend) Z( u3 `  N4 D( v! C* \
( ^% J- L4 M3 e
bestpos = popul;
+ A" c; ^: _* p6 Cfbestpos = fpopul;
. |, p) ^1 Q: C* `5 L$ `% Finding best particle in initial population% l" o9 {3 Z0 F7 }& M% k
[fbestpart,g] = min(fpopul);
: a: c3 G8 Q# q6 L  X: `lastbpf = fbestpart;9 J+ r' l: U* i/ l0 i8 \
; E* R1 i; Q# a# Q# {2 Y) Q
while (success == 0) & (iter < MaxIt),    6 M6 m5 o" H( U( y* f+ s4 N
    iter = iter + 1;" u; f- z) I& D( c* _' j+ O& r

, B' U# x  `" J7 N    % VELOCITY UPDATE
- Q9 \& j  P1 P- H    for i=1opSize,
& D  z+ P. O9 b8 j" O8 F        A(:,i) = bestpos(:,g);
" M' ^  J4 \4 `    end" l" K5 n4 M" u2 |, s- ^/ C3 J- [
    R1 = rand(dim, PopSize);
* L6 e* f0 |$ L  @8 x    R2 = rand(dim, PopSize);# f1 ^: w  [' W& J; q5 V
    vel = w*vel + c1*R1.*(bestpos-popul) + c2*R2.*(A-popul);" r/ s0 O7 @" O  L4 ^$ ?4 C
, g2 n4 H' ^# J3 l
    % SWARMUPDATE) m' l/ _5 f3 {
    popul = popul + vel;' u9 d+ V9 P$ C/ j, r
    % Evaluate the new swarm
. ~7 [& a, v* Y4 q2 ^    for i = 1opSize,6 W  ]. o$ u/ {) i2 w
        fpopul(i) = feval(f,popul(:, i));
# L; r( @! x  f% R2 M' V        fevals = fevals + 1;
6 O" o6 O+ |& O1 o    end
5 ^) E6 f( s; R$ A    % Updating the best position for each particle
/ C9 Q. Y. x; i$ M% \( \9 U    changeColumns = fpopul < fbestpos;
( y9 F( e, A2 T5 K    fbestpos = fbestpos.*( 1-changeColumns) + fpopul.*changeColumns;6 W2 A4 h0 B$ `1 s
    bestpos(:, find(changeColumns)) = popul(:, find(changeColumns));, i( ~3 k& f4 K7 a' U
    % Updating index g/ U+ T8 {- K) {1 g8 F5 E
    [fbestpart, g] = min(fbestpos);8 p. t: @6 s8 J
    currentTime = etime(clock,startTime);; u6 f; n& K+ s4 `" u  S
    % Checking stopping criterion
4 k: K: i: `4 Q8 G- ~    if abs(fbestpart-GM) <= ErrGoal& A8 K/ o' i$ [0 ^0 [
        success = 1;$ ^. U+ d  x, D0 i( ^9 j1 u; P5 j
    else
% b! R# c7 }) j# N) @7 H7 v0 e, U        lastbpf = fbestpart;6 \- Q8 s8 N" l1 e- w9 H, l
    end
% A' F4 ~( m( S% m- [
0 z+ N3 L/ z% T6 |; D  y" qend3 h' J( ^& Z- j. F

5 f$ G+ ^1 [8 f+ e' G% Output arguments6 v( r/ M' z7 o! `9 C' }
xmin = popul(:,g);, P% ?" K- {+ h6 S. G' O
fxmin = fbestpos(g);8 P9 S2 t1 o" p5 y. S
, m1 G7 F' u& k2 S9 T
fprintf(^ The best vector is : \n^);
  ?: o2 t- y! N# ]1 `2 D! `fprintf(^---  %g  ^,xmin);
$ e4 M& y' ?0 D5 q4 E, v- h2 [fprintf(^\n^);& e% T7 q+ Z  O4 H, X( S
%==========================================
  p! `3 _+ }9 {& b6 N1 ]function DeJong=DeJong(x)& D% t! L6 _, @; @% ~' `
DeJong = sum(x.^2);
zan
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