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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 F- B+ y6 t- D
% 2007.1.9 By jxy7 _- {: u% Q- ]! K# N0 j
%
测试函数:f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.0482 o1 u  Q! Q2 {7 z/ |$ }- R5 p
%求解函数最小值. s# X" r5 e3 k
2 O4 q7 q1 r& B& |
global popsize; %种群规模
; i+ M- ^* R3 U& ]0 L%global popnum; %种群数量7 v5 ?; ^! C8 K! a% N
global pop; %种群
4 ?" R" ?. D5 V: x2 A%global c0; %速度惯性系数,0—1的随机数
" M% T! S  t. \7 m: H. [9 Y4 {global c1; %个体最优导向系数5 w. P" e( b$ I. L
global c2; %全局最优导向系数
5 N6 n; }. E4 l' k0 qglobal gbest_x; %全局最优解x轴坐标. `0 m$ @7 K# o
global gbest_y; %全局最优解y轴坐标
- C) r: o! [6 cglobal best_fitness; %最优解2 P5 j+ N! o  t- P; z; G9 d. ]! h3 T/ D4 A
global best_in_history; %最优解变化轨迹
8 D8 d! E* }( _" P, mglobal x_min; %x的下限6 d; X- y9 T/ T, H$ B! P: Q6 U6 c+ [! I
global x_max; %x的上限$ j0 w5 P  |& ?& X! Y$ s  z
global y_min; %y的下限
4 P) \. D" I$ s9 U, E2 }1 zglobal y_max; %y的上限; g5 b1 O$ O5 w/ r+ P4 I5 G
global gen; %迭代次数$ W4 Y* x3 E* F" n# q
global exetime; %当前迭代次数
7 U7 j$ Y/ n( B$ D# s8 Uglobal max_velocity; %最大速度. L3 q% Z+ l2 X7 Y$ J  _4 i
+ l+ r5 g; ~. |
initial; %初始化4 v9 d3 q2 P  r) I9 M2 V
1 g* _  H9 _" G/ R; l
for exetime=1:gen
- ]! d) ^% G. W0 Z" y! Houtputdata; %
实时输出结果& }4 |$ [& o. _! d( {: |/ X
adapting; %计算适应值6 q) Z5 l0 `7 X$ l, x5 o0 G
errorcompute(); %计算当前种群适值标准差
) X2 [1 k; ]; m9 u; u3 }! o* [/ \updatepop; %更新粒子位置
1 Y  K- [0 c, M$ o) C7 M8 L; n3 [7 fpause(0.01);) N+ I' L. S) W: S
end5 v& Q/ v. R$ V& x1 m+ k' k
% r& L0 J" V  A6 _6 J
clear i;: v7 Y) h& r5 y
clear exetime;
) J/ ?% Y! K3 ?( Jclear x_max;
! n  a  }' D$ s' I% sclear x_min;  b' W' I& f1 ~+ A+ M
clear y_min;& m( F* u- z1 U/ O9 ?" a
clear y_max;
" v: G) K! f9 ^* X2 Y7 `" {4 i. P! |0 ~' ^% m
%
程序初始化
/ o* |2 S  v" b8 O% S
( J8 x# c  w/ q" q7 v2 Lgen=100; %设置进化代数
+ b# {) S  C2 Y9 apopsize=30; %设置种群规模大小
( O2 T% Z' d$ }' Q. Z# f1 O: |8 Dbest_in_history(gen)=inf; %初始化全局历史最优解/ Q8 |7 h& ~7 {9 {/ Q% K
best_in_history( =inf; %初始化全局历史最优解4 T/ K. A) ^  `( A8 c
max_velocity=0.3; %最大速度限制' \& W) u- X$ [/ E8 u2 b1 \$ |; z  |
best_fitness=inf;
4 d; L  ], W3 S9 Q, Y%popnum=1; %
设置种群数量1 o! l4 Z2 u6 ?2 ^/ y6 I$ p8 G

' v8 W' c* F  n( lpop(popsize,8)=0; %初始化种群,创建popsize5列的0矩阵8 I! w! G2 |2 w" Y' a: w- O6 |
%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8 F) O8 r! v. \+ `  B4 r: J9 `9 }0 d
%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
- B( ^, s9 j6 I8 d%7列为个体最优适值,第8列为当前个体适应值$ C7 p5 ~, F" x+ M6 k
2 X  ^$ ]$ D, H! W; |" `2 A
for i=1:popsize) J) t( Q7 d) \* w5 {6 P) p
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
0 R5 S# S, A5 Tpop(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
( I' d  R0 N: S) \3 K/ ~/ F4 h! I3 Mpop(i,5)=pop(i,1); %初始状态下个体最优值等于初始位置) D  w7 L6 {4 k, p# p. Z" g5 w
pop(i,6)=pop(i,2); %初始状态下个体最优值等于初始位置& }6 Y: @) U+ G0 D1 H4 P# V
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+ n: I* V  G! x5 z: {; C
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
  B8 h! ]! h4 r  V* Npop(i,7)=inf;& f5 v, z  A5 y! r' n
pop(i,8)=inf;# @# J! a- H$ @9 |; P
end0 E. j! d1 S+ p3 r
+ }) ^; a5 }6 P: ^% z
c1=2;
- y1 S1 q2 n  G* y5 ic2=2;
6 e) L1 Q! s# O. @# P! ix_min=-2;5 b& p# u5 M* S
y_min=-2;; k* I1 W4 n6 @6 F3 ?5 E3 D- L
x_max=2;# y- s8 \/ z- w( n: n! h) U
y_max=2;2 U$ b' b% X& R  a- H4 a
2 j) h0 [  x3 w0 J( q' F
gbest_x=pop(1,1); %
全局最优初始值为种群第一个粒子的位置
8 d  g9 v+ z& |& ?3 ~gbest_y=pop(1,2);- D: k) z( x; h7 D
. Z4 i" G# s- h, W
%
适值计算
, H& S( @- F- a/ |% 测试函数为f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048
% r2 P- O$ |: [, [
" B" M+ ~# G$ v2 f; A: A%计算适应值并赋值
& S2 W, R" H- c$ ]for i=1:popsize/ E& R9 }& b+ d" P) o
pop(i,8)=100*(pop(i,1)^2-pop(i,2))^2+(1-pop(i,1))^2;# f& P, r6 H3 q  j# Z
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
# {, H  ^9 J8 Bpop(i,7)=pop(i,8); %适值更新
5 O/ t+ |1 @. R2 w/ f4 Dpop(i,5:6)=pop(i,1:2); %位置坐标更新% y7 g$ T6 m  \% F& @
end+ P( O' M4 r! e# t& d
end
. l1 u# r  c& @! ]; \* x  C% b/ x# t+ l3 o+ g6 u2 C
%
计算完适应值后寻找当前全局最优位置并记录其坐标( T. M' w; y) Q0 v+ A& V
if best_fitness>min(pop(:,7))7 _7 H; D4 b+ G8 z) f8 T+ |- h) k
best_fitness=min(pop(:,7)); %
全局最优值
1 m8 n1 d/ D* c) B2 Z- g3 ygbest_x=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),1); %全局最优粒子的位置
7 S- h0 q. _; `$ v2 I
1 r) L3 W& Z* N+ w( f
gbest_y=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),2);
+ Z% p7 K' B" S' `0 s  ?+ y# ]end# O- q! o+ K$ E/ V
# ?7 `/ \& k( j/ ]
best_in_history(exetime)=best_fitness; %
记录当前全局最优# ^9 f0 a; v1 L" m% M( Z  {

7 r1 ]( C, x  D- Z0 M%实时输出结果2 s6 A% P2 ^' |' E) H) _
- X2 _; }1 ^0 M4 |: g
%输出当前种群中粒子位置
' B5 N6 c' G8 F4 M- Z! h0 u7 s3 ~subplot(1,2,1);
, W+ y% h; S2 G! v1 [& {for i=1:popsize0 t- m6 }( t  z1 C7 N
plot(pop(i,1),pop(i,2),'b*');
/ l( E6 H4 ?. L' N8 x- Lhold on;4 \: w; g! M' S0 }7 l+ b( T
end
0 o/ u* J' f) v% f1 e1 v. c& j' Z% ?+ C. k) Q. W
plot(gbest_x,gbest_y,'r.','markersize',20);axis([-2,2,-2,2]);6 k& ?1 J* X$ s2 B  `8 S& m
hold off;
; Q( P. C0 q# @+ k; @8 c. c" ~: a1 d4 ^2 R# }/ `0 J7 |
subplot(1,2,2);
* d4 E3 Y3 ]& v- i' D, Aaxis([0,gen,-0.00005,0.00005]);
5 n0 z4 L" v/ g1 v; l$ i4 T* |! U
, y7 y& d% y/ g" J, dif exetime-1>0. @+ P6 v/ Z4 M7 [* [! \+ j' l
line([exetime-1,exetime],[best_in_history(exetime-1),best_fitness]);hold on;2 ]- L6 ?' @- ]
end8 z. l3 B7 b( i& V
. |6 k5 ^" _$ Q9 G2 \/ W
%
粒子群速度与位置更新+ t6 t/ l3 C3 N5 S1 I/ f4 z- M  n& w

% e, B3 i& @* i! f7 t( h9 j$ C  L# ?%更新粒子速度% A  u4 C7 C1 ~0 x: l. z, {
for i=1:popsize  G6 ~" H7 {+ ?, r! r& `
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
: F6 @- v7 k' v% ?pop(i,4)=rand()*pop(i,4)+c1*rand()*(pop(i,6)-pop(i,2))+c2*rand()*(gbest_x-pop(i,2));
7 }: v8 U+ v8 Y" jif abs(pop(i,3))>max_velocity- T6 j2 T# w( J; d/ g
if pop(i,3)>0
/ V5 ?. w( `: W  jpop(i,3)=max_velocity;
- y1 F! R' ^+ D" j3 E. x! ]else- P( e: c2 S4 J# u8 v8 B- t' M) p: u
pop(i,3)=-max_velocity;" U) Y- R( t0 \' y$ [
end
3 [1 o% Q, p+ `% v0 f3 jend. z! ?2 C; u  L
if abs(pop(i,4))>max_velocity9 i% r2 Z; S+ }7 [
if pop(i,4)>0
, C" }% N  k( z& s% j0 r: ~pop(i,4)=max_velocity;
! U! Z& w6 x1 F3 `% E  l( b6 t7 ielse& X# x5 j6 }- H
pop(i,4)=-max_velocity;& ^" x, F2 n9 U& D4 e& c
end
$ H) u5 k- t6 h7 Zend8 x/ D2 W; }) C% O$ @- H
end
3 q' U; Z5 u. P* g. Y4 e& v. h7 G) |
%
更新粒子位置, E% j3 Z5 D( P
for i=1:popsize6 ~7 k/ M6 C- {) ^
pop(i,1)=pop(i,1)+pop(i,3);3 g6 n' Y) q% _) q' o- h- R4 e
pop(i,2)=pop(i,2)+pop(i,4);
, b) K  }7 s# J' t. x  E) Eend
# |0 x% p& Y! I+ w/ E! p

8 S% [7 Y, A$ |* l 6 j7 `3 e1 {5 J3 [% l
  q4 K" O; s& U, [8 k4 x
& o5 m/ q! m% y
+ m- T: ~- I: H
: x0 _2 w9 }6 W
% {: V9 {* U1 i% a6 N7 L! B4 W
, X, s# x5 q; j4 t0 \

. [6 x# G% j2 b  s6 P& O3 K
* H' m, t5 _+ A  M0 |% `- S
0 }7 ~* J5 W. ~5 K1 M! ]1 k
4 o. F$ h3 S* I) P 0 {! X" _: V8 E4 Y

& j0 w1 x( H  Q+ p 4 l/ s6 y3 t! Q* `
1 l9 E: G4 A9 ^0 ]8 p- d
6 z8 {9 X. C" `$ ^7 C- f8 Y
% A SIMPLE IMPLEMENTATION OF THE% I# v- I7 z6 d( q0 p
% Particle Swarm Optimization IN MATLAB" G7 x- `- H  _: c/ _+ ?
function [xmin, fxmin, iter] = PSO()
" {, V' r* s, l1 z% Initializing variables
- a- ~' n$ H# R$ H" P8 Asuccess = 0;                    % Success flag
! M: q! w. d* r$ ^3 MPopSize = 30;                   % Size of the swarm
  e, I8 w0 E& f# mMaxIt = 100;                   % Maximum number of iterations
3 g0 q3 G9 F8 uiter = 0;                       % Iterations’counter
7 R! o1 H  w: k0 |fevals = 0;                     % Function evaluations’ counter% v4 M3 R% C' E, n" |  @- A
c1 = 2;                       % PSO parameter C
10 i2 N7 a" p+ D* F* C1 u' ]
c2 = 2;                       % PSO parameter C2
/ C- m( R6 X  E% D3 T5 Q. Y& {w = 0.6;                       % inertia weight: Z# L$ y& t+ d5 ^3 V8 ?
                  % Objective Function
2 k0 B* D% ?; d0 F, ^, A" tf = ^DeJong^; + B/ Y; e9 c/ Q" u
dim = 10;                        % Dimension of the problem
, O1 K4 A& M- W' d7 jupbnd = 10;                      % Upper bound for init. of the swarm
0 q3 V2 L# Z0 U5 b  H3 qlwbnd = -5;                     % Lower bound for init. of the swarm- G( L) v* R$ q0 O# S0 ~
GM = 0;                         % Global minimum (used in the stopping criterion)+ {; t1 i# r1 z
ErrGoal = 0.0001;                % Desired accuracy) h9 ]1 s( ^4 |% `; x

; ~4 T7 q0 |. M; u0 r& l: [% Initializing swarm and velocities% I6 S, G/ P: X/ e$ c. o2 n! T* y
popul = rand(dim, PopSize)*(upbnd-lwbnd) + lwbnd;
% Q" ^3 o4 `; p* B" I5 @, hvel = rand(dim, PopSize);
1 N- D5 G" K6 p# r$ u: \$ a
8 \+ e9 N' {% v( C* f- ofor i = 1opSize,
  }  k" [. ~* u    fpopul(i) = feval(f, popul(:,i));
. X3 g/ z: [8 K; h    fevals = fevals + 1;$ I8 x! i% A; n: d' A' R7 H3 f
end- M$ \/ A' U7 ?0 O

3 R! G% q7 C1 H& e, D2 zbestpos = popul;
$ k, V% C! I! M# J5 ]fbestpos = fpopul;
9 E$ r% c. A) x- u% x) v+ n% Finding best particle in initial population
) V% t9 M4 H3 f[fbestpart,g] = min(fpopul);
# g, K2 h. p2 U. B7 L& mlastbpf = fbestpart;
7 ^3 C! S, w8 }) `$ H' O+ }: a  s
! M2 e- G% ]7 m8 E0 pwhile (success == 0) & (iter < MaxIt),   
+ m4 C8 T( A. c    iter = iter + 1;
' W9 P% E' ~, T* D5 n0 H4 G; v/ ]5 c
    % VELOCITY UPDATE
8 W! m# y9 D% ^    for i=1opSize,( k/ }0 B5 V' O& ]- U8 {0 j  m
        A(:,i) = bestpos(:,g);
$ D% L- f! o8 E3 v0 B3 P0 \6 a! [, E1 T    end. M  }/ ^/ g8 q' n, x0 w+ w
    R1 = rand(dim, PopSize);
7 M9 U4 o' r9 E/ [, ]: ]    R2 = rand(dim, PopSize);" a" f5 `/ N/ b& Y* T- H* ?
    vel = w*vel + c1*R1.*(bestpos-popul) + c2*R2.*(A-popul);
0 q8 z0 l. ]- C, E
) _+ r5 _4 c% ^    % SWARMUPDATE
+ B' J* [. z# U* p/ ^    popul = popul + vel;# a& x( o9 @6 u: j' L* N, x
    % Evaluate the new swarm& k8 o5 ?/ I: E8 M
    for i = 1opSize,
: \0 b6 b5 d. Z8 }4 I        fpopul(i) = feval(f,popul(:, i));' K1 a3 y1 i. S+ T) S
        fevals = fevals + 1;9 S; I9 k! _! z
    end
; Z; j. P0 B: W& r9 |  H7 z    % Updating the best position for each particle( K  D1 \+ K2 l8 b) [. D
    changeColumns = fpopul < fbestpos;" ?- w) e. y; }( H) \9 E
    fbestpos = fbestpos.*( 1-changeColumns) + fpopul.*changeColumns;
# u4 d4 g) x4 q9 l8 A* Z4 G; }9 D8 a    bestpos(:, find(changeColumns)) = popul(:, find(changeColumns));5 c' X* E, g2 Y8 ~# j# s' K
    % Updating index g$ Q" a1 o+ ^) {5 M6 Y: N
    [fbestpart, g] = min(fbestpos);( j  s* D3 V9 l+ _+ }
    currentTime = etime(clock,startTime);. m- Y1 S2 |7 H, ^0 l' H2 d# `
    % Checking stopping criterion" |: f$ w, c# E0 Z
    if abs(fbestpart-GM) <= ErrGoal
9 i& j7 N  f$ {" r! N        success = 1;
8 H, m4 Y- y# @5 ]4 _    else0 {7 {9 y0 L; X+ ]: N. s
        lastbpf = fbestpart;
8 b, f1 K1 `5 x    end# l* w6 J" p* Z) k+ Y- a0 t4 e

, k: `& F( N- n- a2 [end& E3 I1 l: |: K2 G& N+ u
* W9 R) V, _! N& g7 G6 u
% Output arguments% v; W; y: O( G9 @2 d! J# a" H5 T
xmin = popul(:,g);* ~" ~2 w) I7 O' I; `( B
fxmin = fbestpos(g);+ F# y; U. |- x! e
, W* M* i2 g4 \; D0 [5 u. t# t
fprintf(^ The best vector is : \n^);
4 F# L9 r& u6 i& {% F) Ifprintf(^---  %g  ^,xmin);
! H: D% J% f; K: Ffprintf(^\n^);
  ~2 Q' j6 S7 _+ Q" V: ~%==========================================
8 y* Y0 |- u$ }- tfunction DeJong=DeJong(x)7 Y# g1 S/ v; X6 z" V* _% n. @
DeJong = sum(x.^2);
zan
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