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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& Y* b1 ~9 v. {$ A7 r$ e
% 2007.1.9 By jxy- C& G' p3 u$ q9 H6 h6 n
%
测试函数:f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048
" j0 J8 h8 j2 `%求解函数最小值: S4 }# X- V2 X2 s2 k

# m% s, Z- x" f6 v9 {6 Yglobal popsize; %种群规模+ y( \' R2 S" B( d  k
%global popnum; %种群数量0 g- t; ]$ v. o+ Y  r
global pop; %种群
3 B8 i6 U6 [! U+ s+ E  D%global c0; %速度惯性系数,0—1的随机数- i2 j2 C6 m# V) J, _
global c1; %个体最优导向系数
6 x- |' J( G) ?global c2; %全局最优导向系数( X: n" U4 k" l" ]8 M3 y" Q1 r
global gbest_x; %全局最优解x轴坐标( k0 m; y( j0 X* i" ?
global gbest_y; %全局最优解y轴坐标
$ S0 J7 }: S& t& ^! H1 P9 }5 ^global best_fitness; %最优解8 b; |+ ]& }. q4 x: p
global best_in_history; %最优解变化轨迹+ f: ^' a6 h. r  y5 V
global x_min; %x的下限8 M& S, K+ T+ Z
global x_max; %x的上限
9 b2 t, N, ?" J$ e% Yglobal y_min; %y的下限
8 m* b: }* A1 n# v+ D7 G0 I' n2 uglobal y_max; %y的上限0 [5 _) E4 N( @1 ]) k* o: A1 @8 g
global gen; %迭代次数" b1 }" Q4 d' c8 s2 p; Z
global exetime; %当前迭代次数" l5 ]% I7 G8 c" c0 @' Q
global max_velocity; %最大速度/ Z5 v4 N3 Z* u# ^+ z

( _/ \# T0 Q. w- {8 b1 h' L& z9 b5 K+ Winitial; %初始化! e: L7 _, j3 k6 `  M

$ m; t9 X2 ~4 _% q& Qfor exetime=1:gen0 o0 ^# y: e" w  H& y
outputdata; %
实时输出结果6 e* U$ ]2 L2 Q6 D: t
adapting; %计算适应值
2 j" S7 g: e3 O1 G" o7 `% q# Werrorcompute(); %计算当前种群适值标准差
6 P( B2 _. Y- u' I1 rupdatepop; %更新粒子位置1 B  {. J- _/ j7 S8 U/ q3 x8 r2 P5 W
pause(0.01);# c" a+ J: m( _
end
- {0 G6 G5 @6 Z5 w. E2 `: h& O* s
# S9 N$ v" _5 g" b# k0 s8 H1 L+ i! Dclear i;% m) R# o5 D7 f/ @: R
clear exetime;
- V" ^( E& U/ o2 x: o( Qclear x_max;* G& ~* C3 b8 t/ Y' j
clear x_min;5 U# v) y* T1 }1 [9 b
clear y_min;
& z7 S# d  K; c3 n* ~6 rclear y_max;* `! q5 k3 x5 v* x) C1 W1 A- F5 E
( G7 y. M& |2 `' F2 V# K
%
程序初始化
; p3 A' _- L6 r& W3 J5 ?9 t6 h5 w  E! U+ q% J$ ~  J7 R. ~
gen=100; %设置进化代数
0 L  y8 h+ `$ S4 R2 t$ g2 |popsize=30; %设置种群规模大小( Y& s, q+ t% u8 O( h9 i8 r2 j3 _2 b1 d
best_in_history(gen)=inf; %初始化全局历史最优解) v7 p% i0 D: S2 s" `* p
best_in_history( =inf; %初始化全局历史最优解( E. g" l  O# @6 L' m* O
max_velocity=0.3; %最大速度限制
' P( K( Y' \3 R/ L5 {best_fitness=inf;: ?1 o9 y) I0 O# [% L3 r, V
%popnum=1; %
设置种群数量
3 o* k' O. f$ @5 U6 G. C: Q' d+ m' t+ |1 \, Y5 |- t( C
pop(popsize,8)=0; %初始化种群,创建popsize5列的0矩阵; k$ B7 F& b1 j
%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% D# p* ?/ B, \7 `! K  G
%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( n3 K. F% }$ O
%7列为个体最优适值,第8列为当前个体适应值1 T5 t: w3 {& O' J. a5 T

" {% C  V7 m1 Y( I/ wfor i=1:popsize% q5 G7 {0 @' 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2 f. l' E, L; C* l0 x
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( Q. ?8 M: e) |) i, G
pop(i,5)=pop(i,1); %初始状态下个体最优值等于初始位置
" {3 I! n, d) C3 \" P7 `pop(i,6)=pop(i,2); %初始状态下个体最优值等于初始位置
% u& P0 C# g3 O, U" T! q$ gpop(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
4 \7 F. _& Y' A, Lpop(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
1 c: l# U& x5 J- ?2 I3 Npop(i,7)=inf;
3 |* R5 \6 H( b1 d  fpop(i,8)=inf;
4 N. N; `1 q' J! x$ D$ P5 N7 l- uend* T; P2 U' U+ f( V8 y

+ @1 z, \- O" j& ac1=2;
9 ?7 F! e, u2 d8 lc2=2;' k* ]( z! x- u
x_min=-2;
1 z( J& P6 o$ d4 ny_min=-2;( i  ~5 C# u3 d0 [, H7 ^% U) r
x_max=2;
0 V( f8 Q% E! @6 \8 ?+ Q9 oy_max=2;) A. d  u% n- j
6 `% q% m) H! u7 A5 V
gbest_x=pop(1,1); %
全局最优初始值为种群第一个粒子的位置
% w8 ]5 Q" k$ ^9 x  C% rgbest_y=pop(1,2);
% ~3 n- p; C+ k5 b8 a! R# [: Y5 Q9 D2 \" _& M
%
适值计算, V4 J8 p& p* f7 O+ z/ M( z. B) j
% 测试函数为f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048
# F5 r6 J3 r# U$ w
1 \5 V# p& ^: H; G%计算适应值并赋值
, C6 D, K- @' S, j9 x! [& Lfor i=1:popsize
6 z- O$ i! S: {4 C, u1 Mpop(i,8)=100*(pop(i,1)^2-pop(i,2))^2+(1-pop(i,1))^2;
* z3 l* Z  N5 gif 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$ P4 |+ D( X% g$ H$ i2 [, c* {
pop(i,7)=pop(i,8); %适值更新
& _0 T$ g0 N3 W0 lpop(i,5:6)=pop(i,1:2); %位置坐标更新
3 Q8 f# Y& e+ |! |; Kend
2 ^5 v; E5 v- o! j  Send; W, b1 {7 k% X) d
- c1 h& ?9 \1 s, r9 R  e
%
计算完适应值后寻找当前全局最优位置并记录其坐标
9 o3 n; A6 m1 q  }1 O: kif best_fitness>min(pop(:,7))
" {& z2 F/ M! s4 Y3 D& F; l- bbest_fitness=min(pop(:,7)); %
全局最优值
6 q. r2 v2 l# V* o1 k! Ugbest_x=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),1); %全局最优粒子的位置
! O5 ~1 g& w4 R

6 u3 e+ ]# j7 ]$ ugbest_y=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),2);
9 [: E- Y& Z6 M5 x  aend/ t' k! `) b) c  s/ J2 F) _

6 v/ {% Q' n! t) u/ U" bbest_in_history(exetime)=best_fitness; %
记录当前全局最优
- }9 L* h1 Q9 t$ Q/ i& n7 n  h* Z
%实时输出结果
1 j4 }* y9 R9 T4 }# W5 N
9 ^* v3 \# B  R%输出当前种群中粒子位置
  n: G' ]  m/ osubplot(1,2,1);9 r) g  v) K  c5 Z5 W7 M
for i=1:popsize9 c$ R. l% O( e) X
plot(pop(i,1),pop(i,2),'b*');& `! e2 f6 W; X$ g+ B
hold on;
. v( e; V& T5 @8 {7 Send+ m7 E  x# {& I* ]
" o. P/ I( {0 h! \9 |" _" y
plot(gbest_x,gbest_y,'r.','markersize',20);axis([-2,2,-2,2]);
5 E: V& q# V1 B  a% P) m+ p+ b8 x" Ehold off;
8 M' g1 l$ S" a6 _& i' [* E5 m6 M0 h  n* @9 e" Y
subplot(1,2,2);" Q  C: z" ?" T% _1 M# R5 v
axis([0,gen,-0.00005,0.00005]);
1 u: d! a" W$ t1 H$ E4 X0 g- F# r" ?
5 L( t" Q4 g8 A5 s7 N: q+ Tif exetime-1>0
) E- o! r, q# b! ~: p2 N8 e1 oline([exetime-1,exetime],[best_in_history(exetime-1),best_fitness]);hold on;
8 c# Z2 g$ S$ y8 `  Z. F- I0 k% _end
5 }( U7 p6 v1 O) U+ n; Q5 C" v  J6 ?: M2 g8 u7 i7 D/ W5 o2 L' ]3 q
%
粒子群速度与位置更新" d! f) ^* O4 L/ }
; d' O7 J5 w8 F: s6 b& n: K
%更新粒子速度
8 Z5 d3 e% J# r: G7 O/ rfor i=1:popsize
, d8 M( v5 y5 G! S  z$ Zpop(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2 q; c5 K6 `' G
pop(i,4)=rand()*pop(i,4)+c1*rand()*(pop(i,6)-pop(i,2))+c2*rand()*(gbest_x-pop(i,2));
4 [6 s( L1 w5 S  Q0 Rif abs(pop(i,3))>max_velocity$ n' [2 B; ~) _7 ~3 d: n/ Q
if pop(i,3)>0
: N. k& S0 _# E9 F: J- n( Q( kpop(i,3)=max_velocity;
! b, i$ ^) [4 [- lelse" N' l2 A2 E. @) C) H- S& b
pop(i,3)=-max_velocity;
; s; [, g% V6 c" C" d  r2 r& {end
$ `! Q( j/ X( H0 o% a8 ?end$ ]4 W8 u! B' j3 a3 c% e; J! R
if abs(pop(i,4))>max_velocity7 e# O2 q; D5 T( ?1 E
if pop(i,4)>0
- Y5 [, d+ g; s1 }) `% ~) Ypop(i,4)=max_velocity;3 u# f2 ?2 P5 a, w' R% h7 w
else9 _2 \- K+ G. I$ ?4 A- r! V
pop(i,4)=-max_velocity;
, I. {$ H( Y* ?" Kend6 N8 g% [1 |7 Y1 F$ {+ F
end
8 Z% ~8 s. @% U5 q; dend
5 ~/ E6 k0 ^, d: F! ~
! i; Y9 K6 ?) e4 g: Q' A0 k%
更新粒子位置$ c  L+ {! f5 k3 v5 j" d" \4 p
for i=1:popsize. V8 L+ q; j5 z7 l& n7 f  x1 m
pop(i,1)=pop(i,1)+pop(i,3);& C) a1 R* I, Q" s, `8 X
pop(i,2)=pop(i,2)+pop(i,4);
& h$ n' F3 u( mend

2 a4 x; J9 z7 T5 X# P  B0 @
! }: U: _5 G, A% T, v
8 I) r' D# r  ]. ] 1 K2 s3 f8 j& x. R) K+ h' Z$ B/ y

" g/ f5 s: ^' y/ @6 y7 h' Q 7 h. U4 u) x. ^1 n5 h

" Q$ p- }+ L3 Y- `' U9 f- i7 Z : o0 G$ t/ R" P' p0 n# p9 o
6 X2 d. T+ D5 x* s1 k0 G6 G

" x& W6 W- i, p5 d# N ! h( H  b' w; V

8 X: w& F* h  v& V! {. n" N! I. F
4 M+ ?4 o7 B$ P0 M% w" x ; \# }: A" s) x
" l7 [5 k( K+ t
9 j* n2 y% W! Z5 u3 V+ J

- W* j6 ^4 u- N! _0 T 5 w& E7 a  s# b2 L. R
% A SIMPLE IMPLEMENTATION OF THE
) C2 V5 A' h1 ^& o- S: G$ {0 }% Particle Swarm Optimization IN MATLAB
( J3 F5 I7 _: K. z( ^function [xmin, fxmin, iter] = PSO()( c7 I2 T; G) J' f
% Initializing variables% V) m! G: d6 ]3 y6 G! R
success = 0;                    % Success flag0 ^, P: {0 s8 d& O
PopSize = 30;                   % Size of the swarm  w1 p1 P0 `/ L9 M7 \3 X  [
MaxIt = 100;                   % Maximum number of iterations. l/ g9 D/ e& E) d
iter = 0;                       % Iterations’counter/ B: D& m+ X) l) A
fevals = 0;                     % Function evaluations’ counter
+ u/ A" x1 m: a+ Qc1 = 2;                       % PSO parameter C
1
  ^9 i3 O" p8 `c2 = 2;                       % PSO parameter C2
( J8 l5 Q" _2 ^; d$ l- @w = 0.6;                       % inertia weight
, h. g3 a8 d7 ^0 Y2 ^$ n2 i  h' q+ ?4 J                  % Objective Function0 r( M) `6 _' q6 P
f = ^DeJong^;
( ]' o! s$ ~  B- v+ |dim = 10;                        % Dimension of the problem
* I5 J" y" ~' u/ f6 }& p& Y9 jupbnd = 10;                      % Upper bound for init. of the swarm
6 V" ?0 [8 h, w# A& |4 x- Z# K, _lwbnd = -5;                     % Lower bound for init. of the swarm
  @' K0 h- |7 |; KGM = 0;                         % Global minimum (used in the stopping criterion)1 Q9 F; |5 j0 a) X% ]
ErrGoal = 0.0001;                % Desired accuracy
) S# H7 e9 d+ G8 A1 ^
9 S: c1 ?* W8 I/ k! Z7 P/ `* h* I% Initializing swarm and velocities
* B" \2 ^$ `+ x. g9 fpopul = rand(dim, PopSize)*(upbnd-lwbnd) + lwbnd;
* q$ D0 t- H5 z& L0 I$ Q1 w' r% ivel = rand(dim, PopSize);
* g; X6 [  ^+ g' C
5 T- L" X+ k0 `+ Yfor i = 1opSize,
4 ]. z) X9 d$ E' R. E, l! [+ W    fpopul(i) = feval(f, popul(:,i));4 ?( z2 i7 F* ^
    fevals = fevals + 1;
8 L% \8 Q! ^/ p0 E/ Dend
& u9 R2 N+ Q, N- c* }; h' M0 |  S' J' V' K( g$ C
bestpos = popul;% m4 s+ g7 r. W+ R7 J
fbestpos = fpopul;. M7 @; e0 i! Q( G  O! Q
% Finding best particle in initial population2 Y$ O" o9 a& o6 i  {% I
[fbestpart,g] = min(fpopul);* Z4 f: z: }3 {9 `
lastbpf = fbestpart;: {' }6 `$ C- g* |. J. a
. ^$ g# R& V! R* Y3 R7 L
while (success == 0) & (iter < MaxIt),      h2 d8 q  }& `9 @' n/ V
    iter = iter + 1;
" u) L" E- a& K+ t. m: |! t9 |: @+ K6 A
    % VELOCITY UPDATE
: a& n5 o5 t0 \7 C  X2 Z. K    for i=1opSize,8 l3 p, F4 G$ K( c  o  D' j
        A(:,i) = bestpos(:,g);
* D+ U2 B! h" D. |% K4 M. t    end1 A3 }) u0 r1 d; O
    R1 = rand(dim, PopSize);
1 E" g8 P. D; |8 ]$ C# n- n9 B    R2 = rand(dim, PopSize);
0 l* w% ^/ m+ Z0 T, ]/ @    vel = w*vel + c1*R1.*(bestpos-popul) + c2*R2.*(A-popul);
+ E9 L  {8 n; }! W( ]
' J3 k" m. |* K  k$ M    % SWARMUPDATE# f* e$ A7 U+ V0 I4 u
    popul = popul + vel;
* V/ u! z. R% N4 h    % Evaluate the new swarm, o3 Y: L  L; S8 ~/ w# K
    for i = 1opSize,
7 Y3 I. X; ~+ P7 n1 D        fpopul(i) = feval(f,popul(:, i));
* y' c; b, I- R. |- Q% b' ?        fevals = fevals + 1;
/ N0 _  j1 G. @, n) L1 K% I9 C    end, W$ q2 S' w% R, l' \
    % Updating the best position for each particle+ _* k* `: _$ H
    changeColumns = fpopul < fbestpos;& k( U% V4 W) r1 U# z2 X5 r9 E" U9 T
    fbestpos = fbestpos.*( 1-changeColumns) + fpopul.*changeColumns;  `' P* K' u" E0 `( S! V; f
    bestpos(:, find(changeColumns)) = popul(:, find(changeColumns));+ \& F) V- j; T8 t
    % Updating index g
# k! }0 z! ?6 }6 Y8 z" s    [fbestpart, g] = min(fbestpos);- Y7 Y; U8 @  ^0 W- o
    currentTime = etime(clock,startTime);# L  X' {  J% Y. h+ W
    % Checking stopping criterion
- K, `3 v, w  Q% @( [$ p) J. d6 F    if abs(fbestpart-GM) <= ErrGoal- m7 M: E, {+ S# v3 K
        success = 1;* H( w! ]& ], a. m
    else
8 @5 `) P( B; }  j  M! I        lastbpf = fbestpart;
4 Y4 b$ a2 f% [* C# Y    end- }3 }( m+ d+ l+ c

3 M5 s; |' S0 w+ `- B' c5 bend
+ @: y; H' {. J$ w) Z1 a/ O1 g% |
% Output arguments8 [7 f" v! {0 ]! o+ P! I8 j
xmin = popul(:,g);
4 j# A/ R- k- S% C1 Zfxmin = fbestpos(g);) y( L% j+ e5 {2 @2 w9 E/ ], a  o, {( T

1 o: }2 p- w! R6 Y. N* Gfprintf(^ The best vector is : \n^);
3 V( E1 a5 }7 I) ?9 tfprintf(^---  %g  ^,xmin);
* D/ }+ i$ ~/ f4 rfprintf(^\n^);
! w: r% j. y8 i* V# e%==========================================
" d* G8 G. @/ N1 mfunction DeJong=DeJong(x)
2 b+ ]5 c: _/ Z* V+ xDeJong = sum(x.^2);
zan
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