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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4 h. b/ h  z8 D" [) k  j: c
% 2007.1.9 By jxy5 W( j! f# Z- E' \( x6 E
%
测试函数:f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048
/ q! I( J( J8 h+ `7 q' O%求解函数最小值* y4 J. I9 |; D  _9 x' i
3 f7 O# v5 n% @! \  |1 k
global popsize; %种群规模
" l6 o9 R$ H8 ~" G6 `- ?%global popnum; %种群数量
, ~0 j* k) a3 N& n" gglobal pop; %种群
, Y4 h, g' B) _# ^. z%global c0; %速度惯性系数,0—1的随机数# s5 J2 P/ E( c* U
global c1; %个体最优导向系数
- }& `3 n  I% w" Y5 W7 ]global c2; %全局最优导向系数
- \, E$ @  r! V  ~global gbest_x; %全局最优解x轴坐标
; \9 A' C4 \/ U( ^0 C' rglobal gbest_y; %全局最优解y轴坐标
' t& @4 O( N4 ^: b' Q; ^global best_fitness; %最优解  m. W' A3 S& A) Z! z
global best_in_history; %最优解变化轨迹
1 C: w1 P0 Q0 c: F; i$ L+ Fglobal x_min; %x的下限8 P/ u; `( s* h  P% }& s0 W
global x_max; %x的上限9 _* Z0 B2 n( ?% t
global y_min; %y的下限
4 \! o) _$ S% bglobal y_max; %y的上限+ M0 [: C) X+ {+ B: X! P
global gen; %迭代次数
1 D( x" W# j0 Q! lglobal exetime; %当前迭代次数
- J' r( ]: m2 g* z2 b, Pglobal max_velocity; %最大速度0 R! n. D, f: P6 b8 J8 O8 R

0 T0 w  z# E+ X3 d# H: Tinitial; %初始化, o- G5 x" M  G! P6 A
1 `4 b! e, {' K  Q
for exetime=1:gen5 {" \5 o+ [! N# t2 r9 S
outputdata; %
实时输出结果
: V" x6 p0 P; ^, @8 u. ~; h+ ?adapting; %计算适应值
2 d' E; a2 l* Y5 Yerrorcompute(); %计算当前种群适值标准差
# |  i8 w- y$ p& Z+ _updatepop; %更新粒子位置- t7 c6 t( x+ q+ N2 L- X2 R1 r
pause(0.01);3 T5 W+ w( E' j; h4 n
end9 j! Q; y  d, e- K6 {
7 l! _0 L; H  f2 n) Y
clear i;0 y# F- R$ `3 t: D' N  X
clear exetime;
, I0 t" ?- y' E% i+ Z8 Lclear x_max;
, I; M0 `" q% p' W# Q, K6 Uclear x_min;
$ o% d$ `5 Z( K7 I5 |clear y_min;
; w7 Y/ i0 W- S2 Iclear y_max;' ?4 i( C) Y6 @. D) U1 z

% e! Q* I" g6 }2 K%
程序初始化
$ D+ t! S5 J! ^3 H- s5 ^( \
4 j4 T+ r# h- _9 y1 ]5 Tgen=100; %设置进化代数
" F- ~+ R1 F4 S% a( ]( o' Ipopsize=30; %设置种群规模大小
4 ]0 f  `) V! W4 _best_in_history(gen)=inf; %初始化全局历史最优解, p& Z' ?% H# C# T) K( `
best_in_history( =inf; %初始化全局历史最优解
: n2 z, `2 [3 N  hmax_velocity=0.3; %最大速度限制3 x6 s  t/ L) _% r! C' C: t( t
best_fitness=inf;
7 X6 y- }, I5 F/ }7 c  d3 v" Y%popnum=1; %
设置种群数量0 Q/ e0 V+ r6 B8 P! c# Z2 b
3 S3 G8 Z  C! Y, ?0 _
pop(popsize,8)=0; %初始化种群,创建popsize5列的0矩阵2 M) d0 R( k# `
%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
1 ?$ U2 y" c0 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
8 i. u+ m9 U% @5 N0 M1 L%7列为个体最优适值,第8列为当前个体适应值; K0 }. O# a1 z" _6 t- k  o
! W! Z' y9 F5 L; R9 n( ]
for i=1:popsize) v- f- K: c( ]  @5 w1 M9 A
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
+ v; k# V# U& [$ L8 g. [: Jpop(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
! E3 E3 j# z7 V) [; W+ M2 C* Apop(i,5)=pop(i,1); %初始状态下个体最优值等于初始位置
6 u6 B4 f1 ?. A0 z: z6 [pop(i,6)=pop(i,2); %初始状态下个体最优值等于初始位置. W! `0 M" n6 I/ D
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/ w- l' _% j# w  g1 ^8 z6 U# a
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
! |/ J4 Y/ o+ ^9 g2 zpop(i,7)=inf;
+ m7 X2 X9 G6 L% Apop(i,8)=inf;( m$ {2 K( h) V& L
end# c/ N* I& ^$ i" V8 X
# T, B2 \, B4 u" n9 J, v, q
c1=2;
" Z  c; \+ A4 e' k( rc2=2;
  q$ S" d4 \+ M' X5 }8 kx_min=-2;
) {; V/ W% \/ a; ^9 ty_min=-2;3 Q$ U: }" I$ D
x_max=2;
  d) l0 k6 r7 J/ T. m0 M( l/ Yy_max=2;( z3 W+ k' J8 S/ ]  c- s9 m
3 v, b. L. p+ N3 Q/ d% a
gbest_x=pop(1,1); %
全局最优初始值为种群第一个粒子的位置& E5 C* h: O1 G. ]: @. Z. ?
gbest_y=pop(1,2);/ t9 S9 S* T$ Y7 f8 ?6 m" u
& j7 q$ d6 O, Z# w
%
适值计算
8 I: n. ?" M4 n+ s4 S% 测试函数为f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048, z( ~* \+ O* ^( T
7 g1 p$ u% o. T, D2 Y$ G* n" O
%计算适应值并赋值& o- o& M: J4 U( j+ M; v9 w, D
for i=1:popsize" l0 W$ e  S1 p( {# v7 L% w
pop(i,8)=100*(pop(i,1)^2-pop(i,2))^2+(1-pop(i,1))^2;/ _$ j, |& V& T- Z. i% W5 Q
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
- G% V2 Q  _5 z9 opop(i,7)=pop(i,8); %适值更新
1 a( O4 X& L. ^4 r" t, }7 W' P" Rpop(i,5:6)=pop(i,1:2); %位置坐标更新4 R6 J2 a9 o. S/ V9 x; ~
end; N3 v; ^  h! Y/ Q4 X9 F
end" |- {2 o; u4 x' V! Y
; u9 ?& }  v/ G2 u; J
%
计算完适应值后寻找当前全局最优位置并记录其坐标$ ?& L. |, n, Y, K$ D+ z
if best_fitness>min(pop(:,7))
" d7 u& p# I. e& L* vbest_fitness=min(pop(:,7)); %
全局最优值
5 V) S/ s2 s& Qgbest_x=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),1); %全局最优粒子的位置: ]! L* O0 o$ s- ?% b" l: K4 R$ {4 u# [

8 p2 B# L, t0 u% @, Q- H, g- P; ~+ Tgbest_y=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),2);$ Z; o4 M. V  l4 ?. I5 C
end) {8 l; C$ t2 j( g# r0 W6 C

( L9 r" r/ D( O% a" }" I+ l! Ybest_in_history(exetime)=best_fitness; %
记录当前全局最优# E) J0 q& }( a5 f# c; e& y# m

' K, `3 G+ n2 e%实时输出结果
6 Y; ~' _' f( P5 E! L! k3 D, U9 }7 k* N
%输出当前种群中粒子位置
- Y4 z) x/ [/ `* Xsubplot(1,2,1);- @; B6 i9 u& q
for i=1:popsize  ?' V7 t" ~# c' ~# E& z7 k
plot(pop(i,1),pop(i,2),'b*');
2 F+ P+ z/ g! `& h1 N, l! w; fhold on;  b0 E3 a, p: i" P7 r0 Q
end
! r$ Q0 s. x0 ?( k4 G% M) n" }* k3 u
plot(gbest_x,gbest_y,'r.','markersize',20);axis([-2,2,-2,2]);
/ A. U0 N) d9 J1 fhold off;' P9 ?7 {/ y& g: d7 F; ], P
7 M- q& e# |3 V' G3 V( b$ E) `
subplot(1,2,2);0 @$ }! p+ m% I8 o
axis([0,gen,-0.00005,0.00005]);) M4 ]9 t- a; V# _, Y* J8 R% W
0 v4 i/ T+ _# W  ?7 @( y$ x
if exetime-1>0
% [( c$ M/ q/ Aline([exetime-1,exetime],[best_in_history(exetime-1),best_fitness]);hold on;- t" T# l6 n6 }, k) Z* r" W
end
4 v" X7 n& s/ C; Q- q4 x. l
4 h% |; O/ T( R' m  F%
粒子群速度与位置更新
& Y% \& R. U0 e( o7 g
8 J3 `" t6 A8 U" r3 n) n%更新粒子速度
% E% A) f; y" k0 W* t: @6 I5 qfor i=1:popsize
+ [  p$ O) Q  L% qpop(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
  P- D3 b* H/ L, i, epop(i,4)=rand()*pop(i,4)+c1*rand()*(pop(i,6)-pop(i,2))+c2*rand()*(gbest_x-pop(i,2)); $ C% P! p, w$ e9 B& E
if abs(pop(i,3))>max_velocity
& _$ {4 {# `& q) T5 f+ [9 _) Gif pop(i,3)>0$ J% q2 K5 i, g9 f& \
pop(i,3)=max_velocity;- N1 Y, d3 d) D( _( B4 Z, d: F: D
else
' i1 k" Z, U- L  m4 A% Kpop(i,3)=-max_velocity;! w3 u# [: M- J3 e# J5 K
end
: D# Z6 V1 y; g0 @# nend7 i+ o  a3 {2 l
if abs(pop(i,4))>max_velocity! K3 L# {6 }1 P6 A8 ?& I2 ]
if pop(i,4)>0
) [1 p$ ]" @( e: Cpop(i,4)=max_velocity;1 ~; I7 L. b/ {$ P
else
. \; I+ C. }& b" v1 d  L8 Hpop(i,4)=-max_velocity;( W6 t  c2 P- R- Z
end: T1 y; q  G* \" V# h( d
end
2 v# _' j- O  t* eend
, a3 G9 J) k+ Q+ T3 i  _$ r+ `$ Q! F2 T* N
%
更新粒子位置
/ C3 h* y0 R) y7 p( bfor i=1:popsize
0 l0 k- d6 c& n1 ~% kpop(i,1)=pop(i,1)+pop(i,3);, \0 ?% {! u) p7 |+ O0 ^$ O
pop(i,2)=pop(i,2)+pop(i,4);
  Z9 Q2 [2 U$ dend

& T5 ^  R: p1 c2 T7 G" S+ H# k - B1 o- E% ~3 m" m$ z
. [$ g8 w' b8 U

: V3 G( r8 n: Z6 E$ H6 I( E ( W: m. ^- Z1 C' ^% P) f

+ Y' W0 d3 ]) d, Y1 } 5 z/ e. t3 {; u6 V; ~

1 H3 ?, {5 @. g& j* i* p
1 I* E2 E; U& z" F# v/ f1 m : _& P" r. X4 D3 f) @% H2 N, G  O
( S! D) _# e1 z$ z
  b, G( {' C( g" K/ O
" m3 d+ z8 s0 n7 V5 \& w

4 V7 B" |) Q. v* ^2 q' P; }
5 M' N; `3 X7 s$ K
! O* @5 |4 [6 `
  V& k' \. ^1 y2 j 5 g- S9 B& r3 B2 q
% A SIMPLE IMPLEMENTATION OF THE
" `& ~' y- C: q5 O% Particle Swarm Optimization IN MATLAB" @, f. t; _5 P4 a3 E
function [xmin, fxmin, iter] = PSO()
$ M: J" r& D# d# x* l2 p3 K% Initializing variables7 Y" @4 y* Q8 v+ y& ]$ J- m. e! j' A
success = 0;                    % Success flag3 y$ K. \" y+ ^4 @1 R8 S4 h
PopSize = 30;                   % Size of the swarm$ T8 b5 M& J$ x; Q/ n  ?' v
MaxIt = 100;                   % Maximum number of iterations
' v4 G" C+ j2 B9 Miter = 0;                       % Iterations’counter1 p, ]0 L4 w% D; B& d0 n
fevals = 0;                     % Function evaluations’ counter9 {" F/ G! L2 ~5 R, w7 ^% v
c1 = 2;                       % PSO parameter C
1
; Q' }( a3 W" _! G, }& qc2 = 2;                       % PSO parameter C2
! E$ [2 J" K4 mw = 0.6;                       % inertia weight" u9 \7 ?  e! l* p9 K9 C% w
                  % Objective Function: k& F; C* y) z; f( @
f = ^DeJong^;
, y9 Y7 d0 [: k- m1 A0 F. D7 R$ |- sdim = 10;                        % Dimension of the problem
' Y  ]+ ?# `% b: F3 E5 \9 {upbnd = 10;                      % Upper bound for init. of the swarm
# \& T/ y9 X1 M2 \4 dlwbnd = -5;                     % Lower bound for init. of the swarm
6 ~3 [. N, J9 ^GM = 0;                         % Global minimum (used in the stopping criterion)
3 ?5 V. G$ D- b9 |ErrGoal = 0.0001;                % Desired accuracy
1 \0 K( G4 j% @) k+ ]/ Z: l
/ A/ ?# u( R  w6 v% Initializing swarm and velocities& q6 u) U0 A" Q5 _, b
popul = rand(dim, PopSize)*(upbnd-lwbnd) + lwbnd;
( c! z: {; @3 n( J+ W# m* Nvel = rand(dim, PopSize);
  H& }# C3 f+ j" ~" J  B
% V8 I% {# G+ p, z' O* ?for i = 1opSize,1 t! }) q2 x& y. `8 ^
    fpopul(i) = feval(f, popul(:,i));) a+ v+ E9 d: H9 G2 N+ ?( j
    fevals = fevals + 1;
  F9 b% m- \* r( T( Dend# H* r* u6 p4 g5 }( D; G" L+ k6 B4 p
2 Z( w9 a9 A+ C3 N6 w; x
bestpos = popul;
, F$ H: c7 a1 i0 sfbestpos = fpopul;
# K+ d4 J9 H; O- E$ p' U" I% Finding best particle in initial population
" a) w4 D8 m; W3 I% i2 U1 P6 d6 i4 f* E[fbestpart,g] = min(fpopul);. ^2 L% ~4 f, Z9 B! c% R
lastbpf = fbestpart;9 p3 }, @% b3 @4 x3 Z& V
  L5 W  r* R' S8 {" r
while (success == 0) & (iter < MaxIt),    . a( ^) A8 o! @0 Q& e. X  @4 k
    iter = iter + 1;$ w% B6 o, a! S8 u8 d) l6 W
9 o1 Y2 ?' O4 G. C3 k
    % VELOCITY UPDATE/ d! d% S% a' T# f6 ]0 Y2 H5 A
    for i=1opSize,
( M" g+ t0 d" l4 x; x4 h( k1 \, F        A(:,i) = bestpos(:,g);
6 a- f' y  |* a& O; j4 h  j    end
2 q  p( t. X# x    R1 = rand(dim, PopSize);' d/ G8 i1 o/ X
    R2 = rand(dim, PopSize);  [- z2 q- K5 G8 {4 ?
    vel = w*vel + c1*R1.*(bestpos-popul) + c2*R2.*(A-popul);
9 W- `3 T! q: j2 o! h' B- E% t' C" A4 x3 D# Z
    % SWARMUPDATE- N1 t8 H9 x2 l; b4 g: _
    popul = popul + vel;3 p7 b: p5 G9 t* z4 B8 ?
    % Evaluate the new swarm
4 v- N0 d6 J5 J2 v    for i = 1opSize,
8 F& @1 j- a. P        fpopul(i) = feval(f,popul(:, i));
  S5 i0 m4 p4 D. J        fevals = fevals + 1;
9 ^* b4 F+ a% U/ }' l: O# ^    end+ u* |4 K# J, o6 \9 l0 v8 }
    % Updating the best position for each particle
' e1 E( D; @" F; I$ y# }    changeColumns = fpopul < fbestpos;
; k  r: p: k0 L: ]- M    fbestpos = fbestpos.*( 1-changeColumns) + fpopul.*changeColumns;& C6 t6 @5 m. [. L" `. `- d
    bestpos(:, find(changeColumns)) = popul(:, find(changeColumns));
% B$ [  o! o) X; k0 ^" Q    % Updating index g
$ C  g; [3 r/ @  t- J' V5 `$ j    [fbestpart, g] = min(fbestpos);# n/ L3 {3 n# ~' n/ r. o) d
    currentTime = etime(clock,startTime);: m+ n0 I) ~0 K$ p
    % Checking stopping criterion# {% c3 f, ~( k* e3 k- W% l) ?
    if abs(fbestpart-GM) <= ErrGoal4 e' w$ Q8 `& O- y# \: \
        success = 1;3 e+ v3 C& j7 }
    else
" d) j: q+ r% H* ^4 i) W        lastbpf = fbestpart;
$ D- ^/ h* \) h    end9 j. T, M) |% v, z; \3 @" m
1 K+ v! w. G7 |8 w9 q6 n, R+ N, D
end" X: y* h3 f7 j. ?$ t
  T" V. I; C1 b; e; E* E: k! h
% Output arguments
8 h) \. R/ `: q$ exmin = popul(:,g);
) ]( c  K# [' t) Wfxmin = fbestpos(g);
. e: ~. V" R$ R, d4 S( H& j% `% c% H( l/ [$ C8 o
fprintf(^ The best vector is : \n^);
- J& |% o0 R& Q" v6 Dfprintf(^---  %g  ^,xmin);2 l8 U; o) I0 w6 S6 b$ r0 K
fprintf(^\n^);- |$ N( g0 j% y8 O- z3 g. h9 u
%==========================================
5 Z4 S4 s' g9 Y- nfunction DeJong=DeJong(x)0 f% H( `$ E9 A9 T" i. n( }8 {
DeJong = sum(x.^2);
zan
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