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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( e9 O; C0 L% e; q
% 2007.1.9 By jxy2 k3 \9 {7 Y5 n5 M# h
%
测试函数:f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048
) }( b2 H; j/ g%求解函数最小值
6 P+ p" ^9 W1 R2 R. e
/ p* i8 x7 p) X/ [8 r- wglobal popsize; %种群规模5 i7 u0 H2 @6 j7 B4 H5 g( U' o. e
%global popnum; %种群数量  X' Y' ]0 Q1 I9 {9 }
global pop; %种群
# _4 w9 @3 I: K4 \+ [%global c0; %速度惯性系数,0—1的随机数3 }3 w) i$ s# V8 G) r
global c1; %个体最优导向系数
1 [! s9 g+ \  l+ ^global c2; %全局最优导向系数* Z* v* y* a/ Z7 e
global gbest_x; %全局最优解x轴坐标6 U) Y3 D# i$ @% l/ ~
global gbest_y; %全局最优解y轴坐标1 C* |( X* J  U8 O) h( O; v
global best_fitness; %最优解6 J5 w2 _, w7 m- c, i/ m$ C
global best_in_history; %最优解变化轨迹6 I3 |; y9 J3 l3 R& X* t0 k, ]$ Y
global x_min; %x的下限
( f3 \* Y4 m1 T* H; x2 Q. s, P: oglobal x_max; %x的上限- W0 M% h7 a2 C2 u# U8 x
global y_min; %y的下限, X& U" M4 E2 ^/ D
global y_max; %y的上限
% P7 `! [1 j0 I  X7 p" c1 |1 Aglobal gen; %迭代次数9 Q! i. s# h5 W! i# i
global exetime; %当前迭代次数
$ {# W9 z9 Z; x' |* _  b$ Lglobal max_velocity; %最大速度
& e, n- I/ W; z' q: n8 \6 H* m0 g9 x( w* m: Y2 M4 A
initial; %初始化
; u# o7 X& t9 Z+ @! ?9 n! N& [! }$ ?  B/ X: w/ r+ P+ n9 V2 h
for exetime=1:gen! r  X8 a( {% F' T; {7 c
outputdata; %
实时输出结果
* Q8 D% a5 B3 Y  s3 @adapting; %计算适应值
" Y4 r5 T) U1 X4 berrorcompute(); %计算当前种群适值标准差' V! }4 U$ h. W
updatepop; %更新粒子位置
' j$ ?4 Q% K8 G+ j* B+ Cpause(0.01);! n7 |' @0 Q6 [: a& m% j2 F
end; e6 W& c8 Y$ x/ O" t+ j
0 v' N$ m/ Q' n& r- r
clear i;
1 G3 F! v- V& Q' [* C3 ^clear exetime;# C8 b8 |4 O" U1 Y& o
clear x_max;
- p2 r' Y% n' i2 {. w: H: Wclear x_min;
) T& l2 p; }! n+ l& ^& D3 c  oclear y_min;% v# b! m3 u$ d! }9 u4 b/ N
clear y_max;" h6 ]8 e; |6 r" {2 z$ H

) D: P$ \) h% R) s%
程序初始化
' C* T6 z. t. k: _% h# y' x
7 G8 L- ^! q) j. n6 q: t7 @* agen=100; %设置进化代数) g1 u; [- N. _) W3 s
popsize=30; %设置种群规模大小
6 I: I* H. N$ _, J# i( L3 ubest_in_history(gen)=inf; %初始化全局历史最优解3 l; q' \& H2 r* x
best_in_history( =inf; %初始化全局历史最优解$ e9 M! j" m" w2 J3 G- A% ^  v& F
max_velocity=0.3; %最大速度限制
, x2 u. }  n" `2 L+ Vbest_fitness=inf;" A7 M" v. X  u2 }* u
%popnum=1; %
设置种群数量5 z; S* ~& E# e% ?+ p+ I$ j
- d8 F; I, X0 l7 a4 N) v+ S
pop(popsize,8)=0; %初始化种群,创建popsize5列的0矩阵
) c/ A6 @  W# e" W6 u7 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
! ~- o6 o2 f  d+ I; S: i%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
6 H' k, s0 V: A9 b  }0 h3 y%7列为个体最优适值,第8列为当前个体适应值
8 I2 n' ]: A' h" T' K8 y, Z: N" r
for i=1:popsize
3 W1 O. f7 h. _0 f' ?; Vpop(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  B, m0 l! M8 A& ^; _' c
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
6 k' _& d. r- {- b5 M6 }2 t6 {pop(i,5)=pop(i,1); %初始状态下个体最优值等于初始位置
' T8 o1 S" r( X3 u: E6 Spop(i,6)=pop(i,2); %初始状态下个体最优值等于初始位置$ T9 n; y+ z# }
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  `2 a  {" J/ M
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
# F" v( X2 ?2 Y" S+ {pop(i,7)=inf;
6 v+ T0 P' o& n( K3 vpop(i,8)=inf;. m6 x! P5 c! U/ ^
end. ]& g9 X# B& r- V) Z8 D

4 K8 ~* @: Q0 I" x, J$ kc1=2;# J5 }/ `+ K) [1 @  x' S
c2=2;
) s4 G$ S9 s* Y* m0 I6 k- a% Vx_min=-2;
3 \( @) {+ R6 K2 A) Ay_min=-2;) D1 x& m! l0 h3 J  h  X
x_max=2;
0 s, B2 T1 f& B$ X* C; Py_max=2;
( P: g; i) a9 t! G$ L& Q( a( c- z" b, l8 {
gbest_x=pop(1,1); %
全局最优初始值为种群第一个粒子的位置) \: m* v  @1 P$ L+ L! c# {
gbest_y=pop(1,2);5 }# D) V: y" }0 B
; G7 ~, J- r$ q9 O+ U
%
适值计算, D4 v& s7 F1 t% d/ d% l/ t
% 测试函数为f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048
# ]- P$ {" l# b8 G9 q1 p3 G: d. ~4 ?# C- i$ N* X
%计算适应值并赋值
- B, @5 E2 S0 U9 O+ X- p, d! hfor i=1:popsize- b  a) e; u7 @$ I$ m
pop(i,8)=100*(pop(i,1)^2-pop(i,2))^2+(1-pop(i,1))^2;
+ O5 @; S% W" y# D9 S, a8 jif pop(i,7)>pop(i,8) %
若当前适应值优于个体最优值,则进行个体最优信息的更新
, ]; M8 P4 i/ ~" k& Wpop(i,7)=pop(i,8); %适值更新
" }# h6 H3 ~/ _* b. i; ]7 ?pop(i,5:6)=pop(i,1:2); %位置坐标更新
; Z: s- p' t' U# {2 E- y# fend6 R) I* e( B& G$ g0 ~9 N6 |
end, t1 P# x( Y! d8 ~
/ `6 r% ~1 J8 l2 V7 |% K- ]
%
计算完适应值后寻找当前全局最优位置并记录其坐标2 N5 s' m0 l5 K' b4 [+ Y4 c0 Z/ V
if best_fitness>min(pop(:,7))
; c2 e5 d  Y; E2 ^% U9 ]best_fitness=min(pop(:,7)); %
全局最优值
5 B5 s4 @) @8 k' l4 ^. ]6 bgbest_x=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),1); %全局最优粒子的位置
9 v! ~3 W1 z) ]4 \) i. b6 n

% b1 e# O- M& Hgbest_y=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),2);2 C4 e! `* w2 w& u% F4 R: u
end
8 V3 u& O& S1 J- ?/ z* W0 t' {8 H" d/ m( f
best_in_history(exetime)=best_fitness; %
记录当前全局最优+ n/ Y# h' r5 l9 k% m8 s% N
2 l5 ]) q/ Y2 d" o/ j
%实时输出结果
, @7 U# N5 U4 L; T/ u& i
! L+ [$ x% K. Q8 W1 F/ ]8 c%输出当前种群中粒子位置
4 O# h: y3 x- _# s4 zsubplot(1,2,1);  }1 u! b) N+ j, [: K) l
for i=1:popsize
1 w: Z, A9 v4 k& lplot(pop(i,1),pop(i,2),'b*');/ Y5 R8 {: y% }0 X9 E
hold on;
* g% n6 l  c1 v6 \# Pend
  [9 G5 J. w: g0 Y1 g# {+ f- I
- }6 l: ~  h, oplot(gbest_x,gbest_y,'r.','markersize',20);axis([-2,2,-2,2]);
' T0 T) Q* C3 _0 k' s& [hold off;8 l% W5 N* o/ f" B! ~4 s6 K6 S

0 T, x+ C6 N7 e4 G. vsubplot(1,2,2);
& n0 M, h9 s# x6 `axis([0,gen,-0.00005,0.00005]);
% b# F3 s! x1 T' _' U1 Y: r8 [+ Z! T7 Y/ [" b
if exetime-1>0
% S4 w2 W: n+ u9 l# d8 oline([exetime-1,exetime],[best_in_history(exetime-1),best_fitness]);hold on;
# x- _1 w& M1 Gend: @' I, K; `, v& s6 e
* q' A1 D; D# J
%
粒子群速度与位置更新
: g' `" G  Y, ^* K9 \8 w5 o- W0 F9 l, r5 x4 V5 ^5 D7 p! {
%更新粒子速度1 T9 m0 x! M+ X3 ?7 H
for i=1:popsize
1 u' I+ d( k9 x7 J% I3 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 X3 e0 ]' ?1 S! \1 `+ Ppop(i,4)=rand()*pop(i,4)+c1*rand()*(pop(i,6)-pop(i,2))+c2*rand()*(gbest_x-pop(i,2)); % k& H; H2 H0 u  O6 c
if abs(pop(i,3))>max_velocity
: F$ Y- i$ f. aif pop(i,3)>0
& ~/ h3 Y( G) j/ I$ Gpop(i,3)=max_velocity;( k$ m" j( \6 k$ U
else6 c7 ~6 G- `/ [! R1 a
pop(i,3)=-max_velocity;  [% |; y8 a( T" m
end0 {, m0 E6 o- G5 M+ k8 V, }) g
end0 d7 t' v; P; q1 I4 ?) p2 ^
if abs(pop(i,4))>max_velocity
9 \. k) i3 c$ J, |0 I" q  J; Mif pop(i,4)>0
9 Q3 F9 V  ?* T. kpop(i,4)=max_velocity;
% V9 P& v/ [! G+ p4 |& z8 Nelse
8 ?2 F9 w/ y' t, npop(i,4)=-max_velocity;. I& Z9 T: W2 y
end% i4 Z+ F3 P# e# H! y9 a9 m
end% p& \3 I7 g9 ^2 _* j
end
5 F- o2 F% n6 p9 z# ?$ p! \: _' a+ S; v# `" @2 e" n, q
%
更新粒子位置4 ^0 r$ c* I/ M
for i=1:popsize
$ j' c+ W5 O$ m1 ~; A* bpop(i,1)=pop(i,1)+pop(i,3);' r! s" |# Y  U* K7 G
pop(i,2)=pop(i,2)+pop(i,4);( r) J( i4 S4 P4 E  |' ^$ F
end

7 N; q2 O( W* O; P
% D7 K( D! Z2 w; a$ U ' a  r5 N, e/ Y& `4 ^* d

2 A- z3 c$ J  }, ]
6 Z1 I3 H* U; s1 h 7 Y* Q# |1 x: l$ \+ u

1 y: N# H5 \! D  ?6 p
5 s3 A5 d2 y6 e) ?/ i7 w9 E
# i/ W6 [' H6 k * q# C) K, |8 y; y
/ M2 k0 _( Q( q5 ~' z) U
- \. `0 R6 {' x6 \' T$ ?& W* T2 v
/ \3 M4 d7 ]1 A  a4 T0 @/ O
5 x! S; s* S0 {% F
/ P3 s/ l  _1 a8 |0 z- z" g6 O

! p6 k; Y7 c, E) i2 H
. z: F5 V; E2 F$ `$ Z/ r: N$ _+ L
& C2 ~+ H) g1 c8 p) n% A SIMPLE IMPLEMENTATION OF THE( |; F0 j# o6 A
% Particle Swarm Optimization IN MATLAB
( U" S" `: l" _9 i1 O: M7 m9 h; Kfunction [xmin, fxmin, iter] = PSO()
7 a2 Z1 e2 t: N% Initializing variables. i, M2 E5 k8 K
success = 0;                    % Success flag: T. N! [, ~+ E! ]& o/ }, a5 n* O
PopSize = 30;                   % Size of the swarm
$ P. @$ a2 Q7 _6 s! u8 T) UMaxIt = 100;                   % Maximum number of iterations
! X% v! o) J1 i. Q- `iter = 0;                       % Iterations’counter
! _2 C( o5 Q: ~0 Q  v' U: D& ~fevals = 0;                     % Function evaluations’ counter
3 n9 _+ S, j+ ?& k7 F2 x4 e4 Y4 Xc1 = 2;                       % PSO parameter C
17 g: t; g0 @2 y4 A. x
c2 = 2;                       % PSO parameter C2  F# v, i) A$ F( h6 k- U' s
w = 0.6;                       % inertia weight
  |5 ^( e- o2 q5 K                  % Objective Function
# y7 X' q; C% @1 {" df = ^DeJong^; 5 Y5 B" q) O2 B6 m! L* h1 g
dim = 10;                        % Dimension of the problem
5 p. p$ \% g- j5 T2 {* Oupbnd = 10;                      % Upper bound for init. of the swarm
$ t1 M' t1 \( y/ [( K( d5 ^1 W5 R9 ylwbnd = -5;                     % Lower bound for init. of the swarm4 T7 c, j/ x+ e7 x5 a( `# B
GM = 0;                         % Global minimum (used in the stopping criterion)- g6 r# X" I5 N, r3 j7 G
ErrGoal = 0.0001;                % Desired accuracy) @" Y! ?* K) B
0 M/ X2 Y& X( {1 b
% Initializing swarm and velocities) L# N6 N5 Z$ o/ K+ D
popul = rand(dim, PopSize)*(upbnd-lwbnd) + lwbnd;
0 @& k8 f/ q$ i7 A# m- \vel = rand(dim, PopSize);
5 N. ?& t+ v% j- Q: n" W1 X
  P9 A4 r+ m4 P! y! I$ Y3 I6 Xfor i = 1opSize,; V! h0 A- v& i" i, F; M( S: w* M
    fpopul(i) = feval(f, popul(:,i));+ t' w. |- Z) h6 O. a6 w
    fevals = fevals + 1;
& V/ G. e" G/ w7 Nend/ v; b2 o/ Q$ I- D) K4 Q

  Z+ y6 @1 X4 O: E$ R% l- lbestpos = popul;9 x, ^. J. ]% ?- N5 N
fbestpos = fpopul;8 N( @$ o8 n( `1 f; P& Z* G
% Finding best particle in initial population7 L3 Q9 J) `* E8 W
[fbestpart,g] = min(fpopul);# b9 O5 w" Q' {9 _) b% i9 `' A
lastbpf = fbestpart;3 j. t* l& E8 r( W1 I

" j: X2 h" g8 e9 o: Kwhile (success == 0) & (iter < MaxIt),    ; q9 T; y) s* ?5 O
    iter = iter + 1;! @  s2 k+ \8 c* L* d9 H2 M

- g% D, ~6 ]4 L  A    % VELOCITY UPDATE
$ N  V- _' [, ?( f+ v! L    for i=1opSize,
$ ], _" ?' J& [$ X% _/ s6 C        A(:,i) = bestpos(:,g);
6 g6 E4 s5 y; J1 R% l    end
0 Q5 b6 Y+ a+ ]& L8 \    R1 = rand(dim, PopSize);; G5 o. S. A5 j+ }# A$ `
    R2 = rand(dim, PopSize);
3 t# T! o' K. n% [$ ^. j    vel = w*vel + c1*R1.*(bestpos-popul) + c2*R2.*(A-popul);: _3 X- i! s! {/ x: c
8 h1 R4 C) W0 p& u$ U
    % SWARMUPDATE4 _$ _2 j# ^( b7 k# h
    popul = popul + vel;# i& n. ~% _, h& D1 H  c
    % Evaluate the new swarm
/ @; w) k& `: E    for i = 1opSize,- K" S4 N0 e0 e* p  h- x
        fpopul(i) = feval(f,popul(:, i));1 o4 ?* c4 l: Y, j; ~7 L4 J" \  H
        fevals = fevals + 1;
! b+ A3 I! ~; L) J" \( k0 H. _    end
- g3 i8 w: H  Q$ H* Y    % Updating the best position for each particle
5 e* u3 ~" Y% C& u! e    changeColumns = fpopul < fbestpos;+ {! F, `7 `/ J9 o* `
    fbestpos = fbestpos.*( 1-changeColumns) + fpopul.*changeColumns;
% g* |, n4 c! y% j    bestpos(:, find(changeColumns)) = popul(:, find(changeColumns));6 n+ G- s7 W& b& t
    % Updating index g
' x5 X1 n" m4 d    [fbestpart, g] = min(fbestpos);7 y. @- ?2 y( F- D
    currentTime = etime(clock,startTime);& k: c8 L2 k; d+ E. m7 A6 k
    % Checking stopping criterion) O' K, H$ o; l, N; I# o: J  X
    if abs(fbestpart-GM) <= ErrGoal
7 v1 b, S1 x4 |; ]( K, @        success = 1;
' q& i! H% Y8 L7 I' C3 z    else
# m8 y* p. y# C; r* a: W9 B        lastbpf = fbestpart;
/ N% Y. ]+ O% f, Q    end
6 s3 Q" V1 R7 K( r; F' a% Q2 k8 f& ?
end2 T9 N$ A  B6 d! m( N

" ?. R+ z! ~: [8 j% X$ h  ?% Output arguments# L! f( D' s4 E1 ^4 W+ h* T
xmin = popul(:,g);5 A+ X2 }. K, }" e1 V
fxmin = fbestpos(g);
& G' l6 t; v+ r8 r
7 R, z! o- |$ Zfprintf(^ The best vector is : \n^);
0 ?- j7 k+ M5 h9 bfprintf(^---  %g  ^,xmin);" {5 i1 V/ N( q4 j( @
fprintf(^\n^);
/ X/ V  M4 c6 \& [! V5 P+ E; D%==========================================) c( q9 l2 V) }+ R' @
function DeJong=DeJong(x)3 P6 b/ s0 E. R
DeJong = sum(x.^2);
zan
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