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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
0 B5 ]. |5 q# h  l% 2007.1.9 By jxy
/ p0 ?& g7 l9 {% H- F  u/ N; q! z7 \%
测试函数:f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048
, @2 G/ t, C7 {$ l% b%求解函数最小值. b$ v5 a. {; c, v0 w

  @: R! \5 ]# B7 _1 rglobal popsize; %种群规模
7 T# ?& r' n% i5 U* d%global popnum; %种群数量
4 z2 M* T5 Z& R$ Y6 `. Sglobal pop; %种群& q  g. W' t5 C
%global c0; %速度惯性系数,0—1的随机数5 b9 |3 @- g' G, k5 \- M
global c1; %个体最优导向系数
- m" G+ P9 S: `- H) j  F3 y8 mglobal c2; %全局最优导向系数) P# b( D) n- a
global gbest_x; %全局最优解x轴坐标
6 R! Y1 j/ V2 C9 rglobal gbest_y; %全局最优解y轴坐标
. |) ^& V  Y: `/ [global best_fitness; %最优解
0 ~# U( T1 |% n7 [  p- nglobal best_in_history; %最优解变化轨迹$ j. ^5 }( k; W) f3 L
global x_min; %x的下限
$ P2 y- `3 C1 P, ?% Nglobal x_max; %x的上限
( L- B: N; p+ i6 D9 A6 `global y_min; %y的下限
6 g& Y5 K* O) ~5 q( q8 e, yglobal y_max; %y的上限  ~6 N* \! v; I& K# y
global gen; %迭代次数
! [( I$ _' f4 D$ V7 rglobal exetime; %当前迭代次数
; n4 t9 x3 T' x& ]6 Dglobal max_velocity; %最大速度+ V' @1 y) N6 E

5 z# N% j) |$ n" V2 Pinitial; %初始化
- ~1 X1 s# h+ t5 [) f7 G3 X! l- \- d: r: P
for exetime=1:gen
# v; P. {4 C) E" }8 V: l7 L! Poutputdata; %
实时输出结果: V/ k, s! G0 U5 T
adapting; %计算适应值
- Z/ o& N& g! W4 u( M% g6 t5 r0 ?. jerrorcompute(); %计算当前种群适值标准差' A+ N* l5 q- }
updatepop; %更新粒子位置
0 i  p1 o5 m% M. L/ q2 Gpause(0.01);$ K! V, q' ~, l0 V
end9 ~/ _  f* s" ~& B7 i, \

+ }9 v7 n8 h1 T5 Rclear i;
# P1 F+ W7 s' f, u6 c' M' l/ Eclear exetime;
( G% K  N  g- ^! w0 t+ @clear x_max;
  Z( q2 K* k& Z% D, R6 B/ Y9 [; mclear x_min;, ~8 E2 }# c8 \; p- I$ L4 S. H
clear y_min;: p8 c0 s0 i0 p. I8 y
clear y_max;
4 I2 O) K  I. _7 [+ S3 L# m! \' i4 P! `7 _9 s9 _
%
程序初始化5 c  Q7 Z4 T; c8 Z0 D
; s7 Z! ~3 u3 _  b" f% t
gen=100; %设置进化代数
4 O: }7 \% @4 M" @$ @5 Npopsize=30; %设置种群规模大小. }, t2 [* t4 f9 O7 e
best_in_history(gen)=inf; %初始化全局历史最优解
) e+ H% ~, s1 G- Bbest_in_history( =inf; %初始化全局历史最优解: e# u9 f' M# j* ]( s! \* U. T% Z
max_velocity=0.3; %最大速度限制9 i' l. |0 b9 R8 @! }% r0 d
best_fitness=inf;8 M4 W' R- H  \( T
%popnum=1; %
设置种群数量
( O; Z! T3 w0 Q. @) f* e. K+ B! H3 W0 E- M
pop(popsize,8)=0; %初始化种群,创建popsize5列的0矩阵
9 T" f! s  q% G, G0 [& d: |%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
% v3 y9 V1 Z5 x; q) q' T%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 v4 s! d( w/ o: S; I- |
%7列为个体最优适值,第8列为当前个体适应值& U9 w2 v. V% F' i& B5 Q

: T. H6 W6 f2 `2 bfor i=1:popsize
: o$ x4 D1 K! k" ]" ?, ppop(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
' a) e; L% y/ s- `4 P# @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
& m) l+ C# j- E1 }! @  t, bpop(i,5)=pop(i,1); %初始状态下个体最优值等于初始位置
4 F. f; Y- Q, J' _pop(i,6)=pop(i,2); %初始状态下个体最优值等于初始位置
0 V3 j% q( d) A7 qpop(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
8 H4 l0 n: l& o. N5 ]8 Y: cpop(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" d  A% C9 _. R
pop(i,7)=inf;: ~" O' n4 e1 o
pop(i,8)=inf;
: ^( r7 g; w5 ~' U5 Vend
7 ~$ B4 J) j2 o: I2 {* v
* f) K9 g5 X4 a) d9 c7 k+ U* o# @" m9 mc1=2;7 N  w9 W$ M0 N- O
c2=2;1 y0 |+ _' G, q4 x
x_min=-2;
8 Y" d  a2 C6 h5 F# z) qy_min=-2;
4 G( w  J" U6 _3 \2 C9 Nx_max=2;, z. R& ]' P, ^+ Z
y_max=2;
3 d- v8 q, \4 G/ r1 M- J
' ~! O6 g# E- [# B: b0 ^6 Qgbest_x=pop(1,1); %
全局最优初始值为种群第一个粒子的位置0 U- V2 W( N/ V- Y9 m
gbest_y=pop(1,2);8 b) ?+ [" N3 \  r7 a- a' g/ P& |

/ J4 P) f! p! b5 H%
适值计算
" \+ m3 N( N8 w: Q% 测试函数为f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048
/ F3 @# x/ |0 Z+ A' Y0 o5 z2 n; l. u7 ]- t
%计算适应值并赋值
( T* s5 x5 H; a6 I; M, ^5 R8 c3 Qfor i=1:popsize/ o' x3 J! y& o  `: @
pop(i,8)=100*(pop(i,1)^2-pop(i,2))^2+(1-pop(i,1))^2;' m4 x. Y( J$ S) s6 j
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; w( t$ _6 `8 d" C+ A" D( x! p
pop(i,7)=pop(i,8); %适值更新. X* O$ @) l4 ~7 a* B
pop(i,5:6)=pop(i,1:2); %位置坐标更新
8 P9 b* P% D9 Aend
6 m% W. b. _4 z1 e; |3 I7 [end
8 F- P! D$ o8 Z" S( v; O5 b3 R' q. |- K2 Q; [' b% \3 k, X: ~% s6 V+ S
%
计算完适应值后寻找当前全局最优位置并记录其坐标# M/ v: ]+ D0 V' c% ^) a2 K
if best_fitness>min(pop(:,7))
) O  g2 j& n( u7 X& f+ s4 m( M! lbest_fitness=min(pop(:,7)); %
全局最优值
* E& V; P9 }* s- R: lgbest_x=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),1); %全局最优粒子的位置
/ ?4 j+ K: _# C* T8 \& p
1 j4 r* q( ]- a3 Y( Q- i
gbest_y=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),2);/ D5 y5 c1 r9 f. S. K! C
end# m$ S, _. t& B" a

$ r9 V# O3 N- p/ `  I# e2 ]best_in_history(exetime)=best_fitness; %
记录当前全局最优# k  E3 J4 y5 v/ B" o* G3 s$ K
* Q9 O) r, l8 w3 }+ D$ b
%实时输出结果. Z; F8 ^+ ~- T9 a4 V4 O3 F
" U4 m( U$ l% E- _
%输出当前种群中粒子位置
3 x8 h5 B; h8 \9 w5 l/ f) ^; }: }subplot(1,2,1);
0 o' L: W- D) S6 ]% ?3 Kfor i=1:popsize
$ H1 |  \! d+ W7 t/ `plot(pop(i,1),pop(i,2),'b*');& W- Y. c3 `6 [8 j
hold on;
1 U) b+ U: d; O3 Y  T& x1 c2 b  qend
- N" D9 A5 @4 w0 D: T. C6 Y: t* R3 D' |" ?
plot(gbest_x,gbest_y,'r.','markersize',20);axis([-2,2,-2,2]);1 U* E/ N  R$ `- |* R5 q
hold off;: Z; x. n. ~' \2 a! ?7 t1 [

& P( [& F# \0 c% R5 usubplot(1,2,2);; a+ P3 k6 t, E6 v* c! o5 o+ _8 B* X, y
axis([0,gen,-0.00005,0.00005]);
1 ]1 l% m- I7 k: c9 p9 z# |  ^
0 @+ S9 Z, x$ b8 l7 \5 [+ wif exetime-1>0; V* R# d) i0 j
line([exetime-1,exetime],[best_in_history(exetime-1),best_fitness]);hold on;
2 T# ?, F2 {. `end* H/ r0 v' O7 C+ ^# T

/ N3 d% r% h7 w4 l# l%
粒子群速度与位置更新
5 V5 A- H) S0 I- b7 R% @
; `; n; q: `1 M* j& Y%更新粒子速度* D5 T! y" k+ ~  a
for i=1:popsize
0 l: F! v, M* T1 T- M6 [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
: |. f2 Y' e# ~; v+ G  `pop(i,4)=rand()*pop(i,4)+c1*rand()*(pop(i,6)-pop(i,2))+c2*rand()*(gbest_x-pop(i,2));
7 p* W; ~! @/ H, \9 p) iif abs(pop(i,3))>max_velocity) s' W! z0 J% i( n" j
if pop(i,3)>0
& R& C- p7 R1 xpop(i,3)=max_velocity;
. W3 r0 u$ p+ V' i- E, Velse
; x5 }* X- I3 P' ^pop(i,3)=-max_velocity;
9 D. d+ r, M0 f; K7 a  b. r! Z) Hend
2 r, v2 e* v5 \1 C/ M5 i; [8 ~end3 \$ g: t8 J7 [
if abs(pop(i,4))>max_velocity
0 }1 {: q2 u- s( ]if pop(i,4)>0
' c! I/ N6 l( X- L, z+ qpop(i,4)=max_velocity;
7 u2 Y/ p2 b5 r3 z( a& U8 melse
4 H$ U  w( B+ g3 n+ j' l1 Ipop(i,4)=-max_velocity;( {9 \1 `+ @: G: u& i1 x
end% a* b! S! f) l7 Z% ^
end
5 N8 w4 c6 A2 zend) B: p( W1 z* M& o, V
: h- r% s% g" _! ]1 O
%
更新粒子位置( l* q9 S/ Z9 K3 N) S3 l
for i=1:popsize
/ v% b+ u1 ]6 ^pop(i,1)=pop(i,1)+pop(i,3);
- m1 D2 x! R( H1 n# C4 K# epop(i,2)=pop(i,2)+pop(i,4);" o+ E$ N5 o+ c( p* ~& y  V6 e/ [
end
6 w/ E+ q3 m4 z$ Q  _" n) i

) y( z. h% @8 a* k- y4 n   J! j4 W5 q0 ]7 t7 k- {
( K0 k& U, m) l+ k" k( A9 M  R

, h7 U7 m: Q1 n* x* O. f, G$ K: u8 b6 U , M) Z1 l$ \/ ?- V) w/ t
/ k. ^# R! C( N, K
8 K! w7 _3 F$ n+ G% c
- w& B$ @" m) k1 h" B  s8 K
1 s# w9 Q" i( G; m2 g& c

+ }5 A1 t( O4 T  j, X3 h " ]2 l8 Z; Y1 M  K

5 h# m3 a9 |! g% u# \% j
: H6 Z4 N8 S% U ) o; H/ Q! D8 l8 b( h5 @; ]
3 C+ ]! U: s& }1 w% ]

- m' }- [# X7 z% a3 E 2 R0 a6 v' _# I* ?* P, T
% A SIMPLE IMPLEMENTATION OF THE' I& ?! H( Y2 E& Q* F
% Particle Swarm Optimization IN MATLAB$ T% `1 F3 h9 t; I- h
function [xmin, fxmin, iter] = PSO()
* ]3 A2 E7 w! |4 |% Initializing variables' Z  U* ]# }" u! u. O  S
success = 0;                    % Success flag
, M) b8 O# L: @& R' o0 qPopSize = 30;                   % Size of the swarm
- D; _" |+ ~$ n1 I+ |4 DMaxIt = 100;                   % Maximum number of iterations
& M9 ~3 f3 Y" C! q3 xiter = 0;                       % Iterations’counter+ k9 m5 W% f- N- t- W6 ~" I+ h" F
fevals = 0;                     % Function evaluations’ counter
9 k% E0 M4 i3 p1 D9 w* p) h& m+ k' Xc1 = 2;                       % PSO parameter C
1  D7 |/ ]' s+ T4 X8 L1 N
c2 = 2;                       % PSO parameter C23 x4 i2 \1 }9 v0 S  c2 Y, p) z
w = 0.6;                       % inertia weight
9 V/ n# U; K. M  O* d                  % Objective Function
- _3 D; a) I) rf = ^DeJong^; ) h0 i$ X4 N! M- l2 h" W
dim = 10;                        % Dimension of the problem+ B; X8 m) c7 |) Z1 {+ @) I' q
upbnd = 10;                      % Upper bound for init. of the swarm
5 r% H) Y4 h& l* R  j, Slwbnd = -5;                     % Lower bound for init. of the swarm% c/ Q9 A; B7 N' D
GM = 0;                         % Global minimum (used in the stopping criterion)
/ T, r9 l0 V' k  K& t# b& T  ]3 wErrGoal = 0.0001;                % Desired accuracy
- ?( K2 C, d* O% w5 [$ b  \/ ?% J% N/ |; x( |1 r: w
% Initializing swarm and velocities
/ S; ^. L# M0 }, jpopul = rand(dim, PopSize)*(upbnd-lwbnd) + lwbnd;2 ]6 [" e9 t$ m
vel = rand(dim, PopSize);: l6 N' x5 v* M$ M

' b) R* d4 n/ C3 Gfor i = 1opSize,
$ r( h# _9 t6 D# s! m+ C    fpopul(i) = feval(f, popul(:,i));
5 p5 L$ F* F# d/ m$ f    fevals = fevals + 1;8 l3 K. @/ B# m3 d
end9 n* c3 r+ j/ G  r
( c, z: _- E! S) j# D( u
bestpos = popul;
6 \1 G& w5 k8 c9 {5 K: M: B3 Yfbestpos = fpopul;" X* i5 e. J9 e' M- U6 [
% Finding best particle in initial population4 G4 w/ Y( Z& ]) ^3 W3 g9 Y
[fbestpart,g] = min(fpopul);+ J/ k* V) R( D# |
lastbpf = fbestpart;' d5 C0 ~+ e0 B1 L+ S

4 \& m% H. w) K: l2 H0 F3 B; h& Wwhile (success == 0) & (iter < MaxIt),    # @; ^$ f; h+ m' n2 s
    iter = iter + 1;
+ v. |2 o# L. ?. m5 A5 L' o2 e; J+ m- X0 I
    % VELOCITY UPDATE
' s- E' W) w" [6 L7 h  q2 k    for i=1opSize,$ i( l1 w/ I9 R9 T5 }! D. e
        A(:,i) = bestpos(:,g);" H. b  r7 P+ n! _6 F9 }
    end( n7 O6 c* g- Y
    R1 = rand(dim, PopSize);
3 g) e2 B8 T4 G/ [5 g1 u+ C    R2 = rand(dim, PopSize);
" \7 P& U! ?& d2 O& `( q  k# Q4 t    vel = w*vel + c1*R1.*(bestpos-popul) + c2*R2.*(A-popul);0 f: [7 V+ N" C! |9 }8 K
" E6 Z2 W) c- b) Q2 r0 R3 }, w
    % SWARMUPDATE
! r7 I  B( C. E6 M0 H7 i    popul = popul + vel;+ ~+ K/ O- d( l( o* \
    % Evaluate the new swarm' `+ C* H* j# R0 n
    for i = 1opSize,/ p; p) h6 @, m( f7 H) w  w( e
        fpopul(i) = feval(f,popul(:, i));
. O( y1 O+ E- K. f& A  q# Q, `( F        fevals = fevals + 1;
1 X8 I$ f0 K' J) S    end
8 D. d  \) m. w3 T1 y5 w    % Updating the best position for each particle
! m; l7 H8 S$ v) p7 D) c4 u% a    changeColumns = fpopul < fbestpos;
+ q0 N! V! q- R$ K$ g    fbestpos = fbestpos.*( 1-changeColumns) + fpopul.*changeColumns;; Q; J( h4 a' U& p+ w" R* U/ W
    bestpos(:, find(changeColumns)) = popul(:, find(changeColumns));
2 _/ y1 W7 |7 B6 m! V: V% P    % Updating index g5 u  V( M5 N/ C! H
    [fbestpart, g] = min(fbestpos);
, l1 V" c4 h7 N1 o4 F+ k% F( c7 v    currentTime = etime(clock,startTime);
/ M% j' A2 B2 l7 {3 m: n. G! e& U    % Checking stopping criterion
1 v" m5 A" ~( X2 o" b0 R0 W* |( ^    if abs(fbestpart-GM) <= ErrGoal
4 J; j7 w! K- }5 {% R* l' {( L        success = 1;
; G  ^+ x8 c' g0 Q+ A    else
& [8 s6 U3 E# E( l7 R7 N- A3 V2 ~        lastbpf = fbestpart;
7 K- E* o  j  e1 Y7 s! G1 h/ j    end" [1 N. p' W# \8 G# u4 I; }
" m: U$ Y5 S0 L7 B! ~7 [  D
end  a' J4 N& E0 e

0 m; C+ p$ [& e$ B8 ^/ K. O- F% Output arguments
  |6 P* D6 c+ |/ V) H7 Bxmin = popul(:,g);
" z# \- z; j- m* pfxmin = fbestpos(g);- f0 b0 }2 F3 V: a) p- r  o

( y1 h3 W  x4 {9 c/ M3 G+ |fprintf(^ The best vector is : \n^);9 J5 A: Q6 S, E5 c& A
fprintf(^---  %g  ^,xmin);
& z/ g" T: J* ?/ S. `8 r4 Wfprintf(^\n^);
: s4 c: |: a+ c8 ?%==========================================
- K8 ?( R3 \$ Wfunction DeJong=DeJong(x)+ F! p) ~2 j; N- d- K: {
DeJong = sum(x.^2);
zan
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