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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
$ G# ^, W- y. o1 o+ ^% 2007.1.9 By jxy' g/ W, Q) M8 N
%
测试函数:f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048, m# ?) i! A$ S# D& A0 v  T; Z
%求解函数最小值. M( ^) }5 D; Z9 Q* V% _+ V7 b) V
! ~" ]% `& n) {+ v8 q
global popsize; %种群规模
+ U6 O' o7 E/ b6 M, w$ }%global popnum; %种群数量0 A' U* J' W3 x' R1 n. {1 R
global pop; %种群$ s: {( {: F+ S. d: a  I
%global c0; %速度惯性系数,0—1的随机数/ x* {" _% ?5 b+ Z3 e5 n
global c1; %个体最优导向系数
1 T' c, n+ P" hglobal c2; %全局最优导向系数
: \: w; @  c7 [/ xglobal gbest_x; %全局最优解x轴坐标+ e  B! P, k. i/ N4 v5 I4 b( X# s
global gbest_y; %全局最优解y轴坐标
+ }' x. g9 z: R* \global best_fitness; %最优解) ], [% N  i3 k4 l
global best_in_history; %最优解变化轨迹
, k  @' B; L/ \5 K9 f4 M! Hglobal x_min; %x的下限+ c( c& {( ?0 q# X; [2 e3 H" z) p
global x_max; %x的上限
% Q, \# b$ I. G1 W+ G) aglobal y_min; %y的下限
6 r# \9 ?) T3 i, W4 E1 Qglobal y_max; %y的上限' j, S0 }/ X7 X" Z4 X7 ~' w
global gen; %迭代次数
/ C  o$ e8 ]' S: Nglobal exetime; %当前迭代次数  g; ]* c- `- Y0 k
global max_velocity; %最大速度
+ K1 G0 J9 c1 M5 }1 N- Q8 z& a  c, Y
initial; %初始化
$ u$ U0 Y  d% u8 Y; d; I' y; B4 X0 I% i' b2 E# b7 f1 a& i+ {
for exetime=1:gen# q1 _! ~8 K3 ^- _7 J! c. v0 t
outputdata; %
实时输出结果
# F' r3 a: t/ o1 }) B- Nadapting; %计算适应值# y% a, j( C8 P0 U
errorcompute(); %计算当前种群适值标准差5 ?& c( P& S$ S2 y1 R# e) @9 W! I
updatepop; %更新粒子位置, G+ C4 N- C! [- @1 o/ T  _* n0 W
pause(0.01);6 D) [. Z% B/ s2 m' F  |; u; t
end) P! {& t. s! O3 d+ E" f
7 F: O' X1 B3 F1 r1 n
clear i;+ ^6 t# c: P9 Q5 h$ m% p
clear exetime;: ?& b  W: o2 h
clear x_max;" J0 J6 G3 a( G( Z7 s
clear x_min;
- e8 Z/ T$ c" d$ S8 W+ ~clear y_min;
5 c" Y; x0 n5 y5 L) @clear y_max;! z0 G0 w9 k: u, G) {
! p2 X! ]: e; ~; _
%
程序初始化% z& r. U* _+ t  e5 D3 |' U
- w: H& W2 y* z" }# l: Q
gen=100; %设置进化代数
/ z! O% h6 {5 I! `7 j5 ypopsize=30; %设置种群规模大小0 T8 I) W/ F) l: Q2 u( r/ u1 ^
best_in_history(gen)=inf; %初始化全局历史最优解
/ t0 w$ V2 R2 S% h( hbest_in_history( =inf; %初始化全局历史最优解
% T% t* g; g8 e5 C2 Kmax_velocity=0.3; %最大速度限制
' H- ~3 O# M4 g7 o- Ibest_fitness=inf;' N% g: w1 U+ t
%popnum=1; %
设置种群数量* q2 _& m2 Q6 W1 E) e4 `+ U$ L' N

4 F$ ~$ t; Z/ U  w3 |2 Apop(popsize,8)=0; %初始化种群,创建popsize5列的0矩阵
" G" G  M) m; ]4 M2 m# 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
+ F0 r  w# e- T% J%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
1 C! L* s4 I! l%7列为个体最优适值,第8列为当前个体适应值
4 _. i, `/ m2 F7 t/ B/ L% e) E- }& b) M8 _2 u/ w( k! L& r; \
for i=1:popsize' ?0 B' p( V4 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
/ L9 e! L: A" m; F: Epop(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. A8 D2 u! t, B# P. j
pop(i,5)=pop(i,1); %初始状态下个体最优值等于初始位置
* Y" @( y# A; K, L. U3 dpop(i,6)=pop(i,2); %初始状态下个体最优值等于初始位置
7 R* T& N1 [6 j) J. e6 n+ Zpop(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  Z. b  `5 ]$ g7 f4 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
- G5 K  x/ Y$ f3 {# Fpop(i,7)=inf;9 P& i& G' p+ v# e
pop(i,8)=inf;; n: n' E$ U# o* O& h
end1 v, g7 _9 C( _2 n, W+ [
7 n# P; }) e! K. s) N
c1=2;1 J% z  ^8 D( f# r, e) k7 E+ k9 e. R
c2=2;
* H/ s$ ]$ Y7 U# }& j9 B" Yx_min=-2;+ j# }$ L2 u4 b1 J/ D2 q6 {" \" s
y_min=-2;$ M6 E% Q0 i# [7 N$ O. Y
x_max=2;
: ^& R; C; O, y6 q# B, ^+ By_max=2;8 t& Z( ?2 m8 e' M2 Z
; ]2 a) V/ {" M
gbest_x=pop(1,1); %
全局最优初始值为种群第一个粒子的位置
; ]; o0 e! A- r- X, o  {& rgbest_y=pop(1,2);0 j( {" s) ~+ ^+ q

& }: m& ^. F6 _& j%
适值计算
# |) ~5 \+ J6 t) M, V7 k/ r% 测试函数为f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.0488 H0 G! K" _% @0 n4 v' {$ c

2 s5 p5 B3 O" `" N( Q2 g: U% m%计算适应值并赋值
" k( _/ b# @8 A2 t+ G5 ofor i=1:popsize
' C& w  L7 R9 L0 J$ @3 Epop(i,8)=100*(pop(i,1)^2-pop(i,2))^2+(1-pop(i,1))^2;
1 b* Z( m) r) Z( cif 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
) W1 I. j0 B  L. Ipop(i,7)=pop(i,8); %适值更新! H4 m  N2 F7 Z* U* f
pop(i,5:6)=pop(i,1:2); %位置坐标更新
+ U& i, O9 m5 l& Iend5 z3 q# s" |5 U2 v( A! s, ?
end
) c! y- @! n7 i& r: d
/ E/ q* T! T. s+ d5 I$ ~' Y8 G%
计算完适应值后寻找当前全局最优位置并记录其坐标! f1 R/ n' D' ]2 b& _+ [) ]# S5 v
if best_fitness>min(pop(:,7))
4 z8 d. ^3 Z* E2 D0 O# H/ W& f+ sbest_fitness=min(pop(:,7)); %
全局最优值
0 u" ^6 K- n) q& ogbest_x=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),1); %全局最优粒子的位置
/ J+ _4 f7 H. y6 r
$ i" R# Z+ C8 B* T
gbest_y=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),2);8 r1 g$ J4 H4 S; p+ U
end' l/ v2 I5 [1 I. `; A# ~

9 j  ^4 A1 C8 h+ S7 P* ?  Ibest_in_history(exetime)=best_fitness; %
记录当前全局最优! p+ A1 H  _) n% r1 a) P

# Y5 u, }: `' j: z%实时输出结果
  E: d0 J, Y. h1 n+ r- [! m) ]% ~( Z# q% B, s3 C" D+ C( i) M
%输出当前种群中粒子位置
( ]- f! c) {) V5 jsubplot(1,2,1);- X, Y. l" e' U% U9 f: h
for i=1:popsize+ Z9 u3 r" y: p
plot(pop(i,1),pop(i,2),'b*');9 l) ~- E4 E/ @8 T9 `
hold on;1 E- V0 ?6 f' A# `0 U* B
end' _6 ^6 @9 y& ]& O: w. C8 B
) J  \1 t2 h7 d' M' i
plot(gbest_x,gbest_y,'r.','markersize',20);axis([-2,2,-2,2]);0 r1 K% j6 G/ ^5 i6 L5 i
hold off;& C! H, c" X# y/ j3 S. K& p
$ G; x: _# R* r& X
subplot(1,2,2);
( Y# y) V- @4 x0 Vaxis([0,gen,-0.00005,0.00005]);3 T0 w; w1 r% p/ L  W

9 T1 C' [9 G4 B. yif exetime-1>05 P4 k5 Q8 u' N0 ?: D& F8 B
line([exetime-1,exetime],[best_in_history(exetime-1),best_fitness]);hold on;" l9 q/ Y" i  @
end
  v, K5 c5 N* r! D8 r" G, Q* n0 ?' R/ f9 a' h* @7 h6 }
%
粒子群速度与位置更新
2 }7 G2 i3 c# s; E9 e$ m' C2 s1 T: b6 X4 U
%更新粒子速度
) R* p1 Z9 U" v" t' S' Xfor i=1:popsize3 U% H8 L; W# K
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
" q( A4 F. ?/ |9 ~# l% Bpop(i,4)=rand()*pop(i,4)+c1*rand()*(pop(i,6)-pop(i,2))+c2*rand()*(gbest_x-pop(i,2)); 0 f8 _8 ~+ R! l! r+ c! w! W
if abs(pop(i,3))>max_velocity. V: }7 x! q7 B* h
if pop(i,3)>0
$ S( f/ R* f7 ypop(i,3)=max_velocity;; [. p; Y" H: O
else8 P8 K8 Y( n+ s) [9 Z, H8 j, B7 q3 D4 h
pop(i,3)=-max_velocity;$ D) l7 V: S- [7 F0 }+ w
end
+ C; }, ^8 E, p/ h7 ]6 U1 nend9 `8 j- i/ r9 e7 O% t
if abs(pop(i,4))>max_velocity; Z  @7 s2 `. o4 F% P
if pop(i,4)>0
- c8 e5 e, j% Tpop(i,4)=max_velocity;# A+ |6 ?- o4 S% ~; V3 w/ {
else
) F1 a- W7 u. E* d1 g2 o' rpop(i,4)=-max_velocity;% ]" j/ X5 v5 s% ]  u1 s
end) z" x& k7 ?$ }/ I$ `: @9 d6 Y
end
: x0 U3 T6 H( w. v4 P' Mend" w' x- `$ Q- {- m5 j1 T

" K9 u6 b/ p4 T%
更新粒子位置
+ S' l1 T0 o& Z' h% j7 |+ bfor i=1:popsize
0 }& u7 I+ U  ]3 C6 kpop(i,1)=pop(i,1)+pop(i,3);
6 K8 @# s; O8 x: Qpop(i,2)=pop(i,2)+pop(i,4);7 D1 [/ F5 F( n% S; K% d) J$ J8 n
end
3 y, m9 \: `' p+ w2 B, K1 r! a  S

. ^( Y! B, ]8 _1 C6 G1 `4 |; O( k - h9 [- B3 k/ I7 j$ j' B
* O, D6 b$ f1 @( M! L5 M

8 F5 w$ P9 y8 B$ W 7 U) Y8 N: m' r5 k, i4 H
3 ^& f6 b. N, C4 _% P
, N' L2 s- Q/ ]% R# K
: B- o, ?8 z. P' @" l; c: p7 v
, y# H. t2 o" N# Q) `

  d- k# [! _% B- j& O
: w3 _/ c: H3 G8 e9 o& y! \
" V: Z. Y) u# E0 R* C ) A; {' \1 x1 e' O5 ?  t3 E

3 R! n' _9 A& G8 p - c2 f$ L- ~( ~6 o
9 m  o. B! y4 D8 _

- F/ _# O9 C6 N6 c! j8 E% A SIMPLE IMPLEMENTATION OF THE' y& N3 O: f7 X
% Particle Swarm Optimization IN MATLAB( j% n$ l  z6 R. P( d% o
function [xmin, fxmin, iter] = PSO()/ _% J7 v1 g0 Q* j, m( O9 [1 B
% Initializing variables4 v( b) S9 v- M# q: A: q, O/ z
success = 0;                    % Success flag, u$ A8 G1 [( \4 v' Y
PopSize = 30;                   % Size of the swarm
  |- i! p8 S/ E+ l9 p: C. o; LMaxIt = 100;                   % Maximum number of iterations
; f* K; U0 W" o) l/ siter = 0;                       % Iterations’counter5 F" }( s% |+ {. P4 B
fevals = 0;                     % Function evaluations’ counter
7 i8 P! v8 J0 Y; [c1 = 2;                       % PSO parameter C
1
  i) O! y# a# s1 W. \c2 = 2;                       % PSO parameter C2
5 |9 t  g+ A, l" ^! s* @w = 0.6;                       % inertia weight
2 t& J( ]* b3 i1 ?! h$ p* ^                  % Objective Function
4 O$ x: c* S& xf = ^DeJong^; 1 q! w9 O0 H- m2 D/ t6 f: w, ]
dim = 10;                        % Dimension of the problem8 z  h+ l- X' r) \
upbnd = 10;                      % Upper bound for init. of the swarm
; X) w) C" c4 z5 k+ W6 xlwbnd = -5;                     % Lower bound for init. of the swarm$ f: I" [- z% w2 g7 q& j3 [
GM = 0;                         % Global minimum (used in the stopping criterion)
' W3 Q, B2 ?7 k$ _# VErrGoal = 0.0001;                % Desired accuracy3 ~4 g2 e! k4 Y+ ^. M! W. w9 ^
0 |, q( k0 F; `: x# s6 w" v% e7 n
% Initializing swarm and velocities
0 m! z6 h6 H# i: U2 g( I! gpopul = rand(dim, PopSize)*(upbnd-lwbnd) + lwbnd;
% j. s! e1 X" S6 [: @9 cvel = rand(dim, PopSize);" I# e# }+ `2 [
, T9 a% d; p- ~, b+ F
for i = 1opSize,
3 u( e- N: O3 e3 O( s5 o+ M    fpopul(i) = feval(f, popul(:,i));
$ n! F2 E1 o0 T# d# m    fevals = fevals + 1;
% ~* h% [. s" r" H, a% Dend
+ w' x: l- I( i3 ?( C, ?2 F
7 q' G# e1 X) Q" Ebestpos = popul;( C8 B- ?1 _; s
fbestpos = fpopul;
! }% G( z6 l# P, h5 Q6 g2 ?5 J% O% Finding best particle in initial population$ ]' [5 G! |9 [  {8 m" V
[fbestpart,g] = min(fpopul);
" Q4 {0 z* l5 K  N  Vlastbpf = fbestpart;
1 X6 ^5 U6 K' Q, r5 u- k; D9 m
. J! M; ]' s( q9 h' T9 `/ mwhile (success == 0) & (iter < MaxIt),    5 `! B  E/ @# y% z8 }) T
    iter = iter + 1;
" X1 r2 G" _2 H/ l' u4 T
$ Z& j/ z  g+ h$ R+ {9 m    % VELOCITY UPDATE
/ }9 w2 E% a. A% g    for i=1opSize,1 E/ X! d1 _$ y3 s  g) x6 v
        A(:,i) = bestpos(:,g);
# C4 H/ R- T5 h0 q5 T  k    end
' i+ T: }( k0 V. I    R1 = rand(dim, PopSize);
" \! g% Z! e- r7 B4 t    R2 = rand(dim, PopSize);+ I' I5 Y& B8 `2 v, k( @9 r9 O
    vel = w*vel + c1*R1.*(bestpos-popul) + c2*R2.*(A-popul);+ F6 ]: H, L& T6 [% Z8 U

, v) f% }0 B9 S, h& k$ {0 o    % SWARMUPDATE
4 i* _8 [  T' q$ Q2 v( f    popul = popul + vel;; X& m% _3 d! l$ \
    % Evaluate the new swarm
, h; ?* C# K( V: ~4 B    for i = 1opSize,
. _9 C& z: @9 X0 x. f/ u        fpopul(i) = feval(f,popul(:, i));
  Q* C) d, c9 l6 k4 M4 k/ @2 H        fevals = fevals + 1;
  @1 @& D" Q- M$ j2 y3 Q    end
3 v$ Q! O# T5 k    % Updating the best position for each particle; i' @' t$ u! e& f6 F3 ^# R- `
    changeColumns = fpopul < fbestpos;( Z; e- S3 j2 [) `! p+ N. k4 W) E
    fbestpos = fbestpos.*( 1-changeColumns) + fpopul.*changeColumns;$ H3 C& B9 ]* n, P# z, N
    bestpos(:, find(changeColumns)) = popul(:, find(changeColumns));. o9 ?9 V9 @) {# h9 w
    % Updating index g: Z' \7 v  }! ?* |: K- D
    [fbestpart, g] = min(fbestpos);
+ V% D; x. [5 l' K5 e    currentTime = etime(clock,startTime);
0 p; A5 I. n" p& `7 J, T# k    % Checking stopping criterion
, {" H; \1 B. \  ^5 i& L* Q  v0 f    if abs(fbestpart-GM) <= ErrGoal9 F$ f3 P+ f) P. F: J
        success = 1;
  e' G- k7 _* U' c9 \1 I7 o    else3 \+ ~+ W; d, D  `% T% w4 m
        lastbpf = fbestpart;
# w/ ?* h( l; T    end
4 _+ g/ D' V( G0 d5 ^0 D
" [. i- k' O! ?5 [: d: o1 \4 ]0 c) zend
% C- k. u" M& Y& c  i. s1 O, G, x, I* o8 f8 A' D+ S" L: K
% Output arguments
8 T* C1 v( n. _1 v8 n9 G4 W% cxmin = popul(:,g);) u" v, \( m9 y! W: z
fxmin = fbestpos(g);
( V6 E/ Q1 o9 g' f- D4 H
" d! @* G7 _) N5 @fprintf(^ The best vector is : \n^);% v, H* p5 l  q8 U4 J. |
fprintf(^---  %g  ^,xmin);) Y4 V1 z; P6 g7 e9 a* ~
fprintf(^\n^);6 }% b3 ^* N  N" z- I
%==========================================0 o/ _" W& O% d- k
function DeJong=DeJong(x)
/ l1 p" @. q5 v) ^+ [3 `6 U0 i4 @DeJong = sum(x.^2);
zan
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