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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1 v7 b! s+ N2 y3 ]7 W  G' U
% 2007.1.9 By jxy% \2 c5 j+ A. H
%
测试函数:f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048
/ u% ]: ~$ p" {0 x1 t%求解函数最小值; K: _/ ?$ r% {' n4 j6 F3 ]! F9 E2 t
/ U4 J5 ~- i3 C8 T4 R- g) k/ I; s6 M
global popsize; %种群规模
) V1 d5 Z: V* M7 I/ Z. ?6 M%global popnum; %种群数量+ e% }6 a2 R5 a- x1 o+ h8 O
global pop; %种群3 P  a9 Q2 R4 ?9 `
%global c0; %速度惯性系数,为0—1的随机数
: g) |# j+ I2 ^: ~8 s7 l+ Yglobal c1; %个体最优导向系数
  C! }$ D0 M, @. a( T0 k5 C) V' Wglobal c2; %全局最优导向系数3 i! i2 R, Q8 v6 a( U- Q: ~6 K
global gbest_x; %全局最优解x轴坐标5 L1 n6 ^- R1 |* A: _  @7 p
global gbest_y; %全局最优解y轴坐标4 Y% B- i% W: V9 `5 @  i5 A1 o9 g( k' Z
global best_fitness; %最优解0 z% a' R! a# Y* l5 R5 X
global best_in_history; %最优解变化轨迹
% Y4 j& \' f( O' @global x_min; %x的下限
( J# d7 d- M# s/ gglobal x_max; %x的上限
& f8 {, Z- h% i3 ~global y_min; %y的下限* L+ ?5 Z; ~: K) J
global y_max; %y的上限8 `4 ?+ F5 Q' F8 ^9 \* e4 f
global gen; %迭代次数
! l( s3 Z3 {$ c; X. l3 m7 Fglobal exetime; %当前迭代次数; n" T* v0 l& h8 X8 i1 ?
global max_velocity; %最大速度
' a5 {' i* X( o: J3 y+ S
% K( B; I9 R. K3 Y: p8 jinitial; %初始化6 ]: J/ n& w& K& O

7 a  `% Z" X% P- Q% y3 d5 s3 H# tfor exetime=1:gen
2 u/ a# x' P  h3 \% P& Koutputdata; %
实时输出结果
. c% V+ g5 X6 s" F- vadapting; %计算适应值  X( n  k8 u5 I2 ~4 R
errorcompute(); %计算当前种群适值标准差
3 T0 U5 I. C  c4 q+ t; oupdatepop; %更新粒子位置
! `8 x. z4 G) y& Z$ i+ c3 ]pause(0.01);
/ G2 T: n1 W; Q; z: {. j4 P! Mend2 D1 T7 g! b: Y, A& L- M* p: C: n
5 m6 b+ z) W$ g  @" D6 ~
clear i;1 g" m9 c3 _* y( Y
clear exetime;
8 d5 M- k, _. `- kclear x_max;& K7 a, ?4 N* V. u
clear x_min;
' s9 L" z& l7 O6 w7 [( Lclear y_min;
- O( y; Y1 o9 ?7 N0 |% `  T' D# Z1 [clear y_max;
0 [, D  D/ J( o" M! J" o
: i) s3 w- j3 {% j! b& X/ r%
程序初始化
/ S* h, {5 {! M  w, v& v5 k' f8 R: h+ T. t9 K$ ^
gen=100; %设置进化代数
% P4 ]' W# {% t: y4 `1 |4 u4 M) m' u7 Ipopsize=30; %设置种群规模大小
9 _) M8 m4 l0 x6 y1 I6 \  V: E: xbest_in_history(gen)=inf; %初始化全局历史最优解
6 [0 `3 e2 S3 u1 e& ^best_in_history( =inf; %初始化全局历史最优解0 F$ B1 ~5 ~  s
max_velocity=0.3; %最大速度限制
6 K4 v  q% u5 L5 tbest_fitness=inf;/ j+ ~6 R% E3 w1 X- }) H4 O3 ?* u) b' f
%popnum=1; %
设置种群数量
# v4 a5 V2 H8 B' ?) O
! q' R5 W; L6 s$ m  `: d) mpop(popsize,8)=0; %初始化种群,创建popsize行5列的0矩阵# G% ^* r$ K3 G6 g$ ]  C- B8 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' F  C2 \% y: x7 a: ^2 }
%第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% X% V) @% ^% a. D* @
%第7列为个体最优适值,第8列为当前个体适应值
6 M! V: d' F; v0 K: h$ r
0 e9 w$ S& S" E# Hfor i=1:popsize8 D+ k0 O( ?- \8 e+ O
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* y  P& G2 k. A: e, e" ?$ o* `
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
! Z7 b$ C; `0 M# y- a8 [7 Z/ i9 Qpop(i,5)=pop(i,1); %初始状态下个体最优值等于初始位置
, x9 ]7 Y% Z5 r/ b5 x/ l6 t) Opop(i,6)=pop(i,2); %初始状态下个体最优值等于初始位置2 ^9 {+ y) W7 T# i) p0 i5 M+ Y
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
0 K' ^4 \$ z. j' ~9 spop(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
5 D6 V; U' ]& Z% A7 L$ q/ ipop(i,7)=inf;# \8 S8 p) A1 j9 _. o) \
pop(i,8)=inf;) c: j0 b$ f7 W# l1 p+ f; E1 {
end! F( @; }! k( [$ {3 t" @
" m& u- n2 K  M7 v8 v8 V
c1=2;
) `- [- N/ `* uc2=2;( I  t: e7 r6 v! U* D3 [* n6 O
x_min=-2;
; D9 n1 y$ }+ |4 V. Cy_min=-2;; B* G0 O) o, t
x_max=2;
3 L( Q& ?$ k( \! h* V3 a/ K  l8 @y_max=2;
0 ^2 B6 a- A  F5 p0 k, r) X7 P5 \+ j6 M! J" ^; i  N
gbest_x=pop(1,1); %
全局最优初始值为种群第一个粒子的位置7 M+ o& L; z9 K
gbest_y=pop(1,2);8 ^! b9 p$ u# p0 G8 \
# h6 I8 A: y3 `' Q1 h
%
适值计算
) p! _9 N3 c5 C: i3 P+ i  a8 m% 测试函数为f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048
# }2 n( x* n4 H) A7 N1 x* h' N
3 J  D0 y8 p( C$ e4 {2 ^%计算适应值并赋值& y0 D+ w8 f4 d  O5 n
for i=1:popsize: Q! R6 G, q4 J& [. _2 W
pop(i,8)=100*(pop(i,1)^2-pop(i,2))^2+(1-pop(i,1))^2;
' Z' y5 C3 T* o& A. k" }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
) ^" C6 R  @5 k) n3 P- mpop(i,7)=pop(i,8); %适值更新
; W( S/ w/ q" r( P) Apop(i,5:6)=pop(i,1:2); %位置坐标更新
3 X: {& H( U7 i) v! ?end
; T; U4 T; @" pend$ J, c4 g+ ]' |

4 G  D. x" O7 {4 i1 g4 l%
计算完适应值后寻找当前全局最优位置并记录其坐标
( b' f7 I5 d7 A8 v+ e4 h2 rif best_fitness>min(pop(:,7)); b+ C' B( ^* a- d; R
best_fitness=min(pop(:,7)); %
全局最优值
% }4 ]8 |; Z- A7 d& m! }1 Pgbest_x=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),1); %全局最优粒子的位置
: ?$ v2 l4 |1 }1 X" C4 V

, Z- |0 u/ q2 T) {5 |( u" lgbest_y=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),2);$ Q6 a3 @7 ~$ V
end
; Q6 K. F1 l. n( K( t
" p+ L4 H8 D5 y0 S9 p% _( `best_in_history(exetime)=best_fitness; %
记录当前全局最优' |' ^# f( j) c$ F/ e3 G8 T7 X

+ z0 ?. f  X% l9 q$ G8 b# J%实时输出结果" Y6 A, V4 W0 E. m, O$ B

) S% u  i" g! X8 K8 y6 q: s0 y%输出当前种群中粒子位置
% g* V8 Q& E. F; ]/ C, nsubplot(1,2,1);( c0 Q2 s7 z, g. C8 c  N( ]$ X
for i=1:popsize
/ U" T- n# L1 W+ @& {4 k% U7 [' Lplot(pop(i,1),pop(i,2),'b*');
) \* F* E9 T  F4 Y3 Rhold on;
% r( Q9 \! g! x$ {) d9 Wend1 H8 F2 Y7 g$ y! b
% ~7 j/ ]$ M9 W" Z
plot(gbest_x,gbest_y,'r.','markersize',20);axis([-2,2,-2,2]);/ O' Y8 Y: a5 Y3 W* K% n
hold off;
/ A. t+ Z+ j4 }$ n
! g% }$ A% g0 V) V7 ?, I* Tsubplot(1,2,2);
& g6 p( r& {( Caxis([0,gen,-0.00005,0.00005]);$ Q" M( @# }6 W* t: u( z
' T9 f/ }, _: q2 G' v/ g' N% j
if exetime-1>0, n+ O3 E0 `  K* Z' k
line([exetime-1,exetime],[best_in_history(exetime-1),best_fitness]);hold on;
7 \! `3 ]3 O; ?- u+ Q! E/ Send+ c$ w3 I- L4 B4 q- `+ E# c0 N

; U- ?/ J! i, d1 J4 S. R& H%
粒子群速度与位置更新& d( ~4 m/ \8 a( U
) `: W$ U, k! n$ N
%更新粒子速度9 S, H& E0 |; O* Q# I. I
for i=1:popsize
; s7 U  }" [" U1 V/ }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5 F3 P  G( q# l: x+ u; j
pop(i,4)=rand()*pop(i,4)+c1*rand()*(pop(i,6)-pop(i,2))+c2*rand()*(gbest_x-pop(i,2));
$ o. h- W9 K- M" cif abs(pop(i,3))>max_velocity
9 h4 P2 ~& k# V2 Q& ^9 Hif pop(i,3)>0
) W- G7 _7 u$ H, Fpop(i,3)=max_velocity;3 S! g( J* {+ H+ X8 o' }
else
7 t. v/ S5 b  u) Lpop(i,3)=-max_velocity;
: I9 }0 w8 L( Rend
5 S" r% O) Q6 T9 x# g8 bend' E1 t9 u6 ?9 e; `' v
if abs(pop(i,4))>max_velocity# q" m0 g. s" f/ y- a  m3 W
if pop(i,4)>0. g- q+ s1 p, t) T/ S8 R
pop(i,4)=max_velocity;$ T, U1 H9 I% @; D: Z7 q& z
else; Z6 O! V# v9 s
pop(i,4)=-max_velocity;( ]6 j9 e; g. A" \
end
, w' z& C) c9 _- S( ^end
" g4 X; Q2 B0 o: @3 s9 r, nend. G8 G  Q( `  X+ e, x

$ |1 A2 @$ m  X: R%
更新粒子位置; n6 S, k5 F6 u6 G
for i=1:popsize
& v$ \+ z; O3 Y# h! n/ q$ Apop(i,1)=pop(i,1)+pop(i,3);* f* y# K2 \1 C
pop(i,2)=pop(i,2)+pop(i,4);
8 u4 ~- n: e8 {) J% hend

# f$ z$ _, q+ h( \7 a9 F 0 Y& Z! L' e7 y! ?" a( X5 R' a
5 h9 l: i9 C" m  [# D7 Z

+ M. A" ^5 H& h
. f8 F5 e* }0 u+ l8 y; P
) ?! @9 e% \" C6 r4 U# `+ \) e5 k ) m7 S& e6 S4 ]
( Y( x- e, |0 s8 x

8 W' L* s8 n( o* G4 C4 ]
% J$ X& E9 X' ~ 9 C' k" {/ u4 _9 |6 {; y  e
9 p* T! x5 _8 g* t9 D3 \

% G, u1 z7 r3 {1 Q, t; \4 s
- k$ g8 L' X* {6 _4 Y
  @8 y9 C4 J& K1 m$ U' z9 `8 K; u
7 e% S$ ^3 q6 |: M+ c0 n: Q
4 A" w/ _& ?# N; k6 M, `( |1 i   S- @; }0 o5 t0 J, M& J
% A SIMPLE IMPLEMENTATION OF THE
/ M% c  P2 Y! p& e5 q" ~! w; w% Particle Swarm Optimization IN MATLAB
' e7 T$ G; X2 }function [xmin, fxmin, iter] = PSO(), u0 r1 t. T5 Z2 O
% Initializing variables
1 p, U) d) Z  m% V# e5 ~success = 0;                    % Success flag/ h' b6 n7 _2 s& ^, s, v$ y) P3 M
PopSize = 30;                   % Size of the swarm6 {( P3 k+ B6 i( w+ R0 H0 v* L
MaxIt = 100;                   % Maximum number of iterations
* A+ |, u; e0 R; Witer = 0;                       % Iterations’counter$ @* U# y% i" B
fevals = 0;                     % Function evaluations’ counter( ?2 R& K7 [2 {. _
c1 = 2;                       % PSO parameter C
1
: Y6 b* j) x0 i, C8 ?c2 = 2;                       % PSO parameter C2# l: q8 t/ u6 @# E8 t# e) j
w = 0.6;                       % inertia weight
3 j, Q8 Z" N7 r' }                  % Objective Function4 m$ m# P* t, q. o2 w4 b1 |
f = ^DeJong^;
) A" B/ z9 t0 D3 `" X1 pdim = 10;                        % Dimension of the problem4 b9 D, m% q/ P/ M- g/ t( B8 Z
upbnd = 10;                      % Upper bound for init. of the swarm) H' ^/ Y: z# C6 x8 |5 `
lwbnd = -5;                     % Lower bound for init. of the swarm
$ }0 e# I) X! p1 kGM = 0;                         % Global minimum (used in the stopping criterion)' d- D" ^0 K6 ?' j8 {5 `
ErrGoal = 0.0001;                % Desired accuracy. i# K* R# G9 Y  E. b8 J
5 h0 p' ?- }# Y1 i! _! N- E# ]
% Initializing swarm and velocities
5 M  Z  {- Y8 X9 H, Rpopul = rand(dim, PopSize)*(upbnd-lwbnd) + lwbnd;
* J1 [0 R) D0 O4 U" u" t% ~" Avel = rand(dim, PopSize);6 R, j0 G' q6 A" `2 D3 t5 u

6 f2 I% q7 E- p# \1 ~for i = 1opSize,4 \/ [8 B& A9 [+ |" q4 {+ `0 m, u
    fpopul(i) = feval(f, popul(:,i));
5 v+ H% F5 |* a  \    fevals = fevals + 1;% s2 z( F6 ~" p1 `5 u
end
" ]3 q* W1 Y) g8 B: u5 p5 x/ P* n; y" X) n" x8 m
bestpos = popul;% o+ |2 u6 f" q7 V3 D. @
fbestpos = fpopul;( O1 |5 }7 S8 x+ B& C/ m( P6 o
% Finding best particle in initial population
4 d9 E" s% e: k[fbestpart,g] = min(fpopul);
; S* R5 ]8 {: n" ?lastbpf = fbestpart;
) S" G% A4 A: I( i; e" J$ E2 q; X& k# ^( J( Y8 s; m4 e
while (success == 0) & (iter < MaxIt),    ) @: s: y  E; q9 d) S3 @
    iter = iter + 1;
2 C1 w1 A6 K0 j) j1 ^# j6 |
7 P$ ^- r& `. m# m6 b, V7 [    % VELOCITY UPDATE
' r) ]  E( d" A    for i=1opSize,0 A( q7 `3 R, e  A2 t
        A(:,i) = bestpos(:,g);8 V' A+ w, p) ]2 Z8 X9 l
    end' l4 \( Z! A3 E' g) ^
    R1 = rand(dim, PopSize);
( F1 N" E8 n" z4 B. V    R2 = rand(dim, PopSize);
3 y4 R! |1 v! A$ b/ A: ^    vel = w*vel + c1*R1.*(bestpos-popul) + c2*R2.*(A-popul);- a4 p0 I; ~& i4 |- m# r/ X

( s  h# e* w" M" W* G6 o8 A    % SWARMUPDATE( Q2 a/ ]' Z  }1 R
    popul = popul + vel;4 q- L  ^; @$ C& @6 ]
    % Evaluate the new swarm- P% C2 V) v, m$ h' H4 z, T9 s
    for i = 1opSize,1 b: p$ Z) K7 S( x
        fpopul(i) = feval(f,popul(:, i));; e) l' z& F0 J
        fevals = fevals + 1;
( M+ y' _5 \- y2 r" o    end! D" K, o, Z7 z3 R' {, i
    % Updating the best position for each particle! B8 ^7 Y- U# s$ f2 B) D
    changeColumns = fpopul < fbestpos;# o1 f8 }& M% j& h/ i& P. `
    fbestpos = fbestpos.*( 1-changeColumns) + fpopul.*changeColumns;
5 b  ^6 o( U# I) `8 G+ M0 Q0 n    bestpos(:, find(changeColumns)) = popul(:, find(changeColumns));0 `0 Z8 n5 a5 Y6 K: y. H; D
    % Updating index g
" A7 b1 r  Y: @" w% ]6 ?    [fbestpart, g] = min(fbestpos);6 w# H4 O! \) U: I4 M
    currentTime = etime(clock,startTime);
8 J: \7 P6 j- f; x9 h2 W! o    % Checking stopping criterion
# A$ A% P: X0 S    if abs(fbestpart-GM) <= ErrGoal
* P/ [! y/ C4 C8 A+ v        success = 1;
+ z1 `7 X. L) m( T; |    else
( s+ @- S1 ~9 W* |) I0 Q9 L: n" B. b. j        lastbpf = fbestpart;
8 B% M; L' K3 s: T; P# t2 w: u5 u    end6 s# ?5 j, i/ O: S# f

3 r- c) T% E7 \9 ?end
* Z9 G' |. W0 x; d1 j: d! v$ j) k3 k, q4 J1 M
% Output arguments
/ }& t( H! N! T& ]4 e$ Wxmin = popul(:,g);! W( l$ F* x$ f8 h, t( |( b
fxmin = fbestpos(g);
; J3 I/ y. Z* j. B4 W! s: ~7 F1 m/ F
fprintf(^ The best vector is : \n^);4 P& Z% N! o6 x6 \) K: i
fprintf(^---  %g  ^,xmin);! ?# _+ c3 K, N0 ]+ m
fprintf(^\n^);1 l, H# b" d; P$ c7 t
%==========================================
( B0 n# G0 U! J; ~( q$ ^function DeJong=DeJong(x)
7 q/ p$ H+ U3 K3 n+ VDeJong = sum(x.^2);
zan
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