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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" r) V! N" [! N
% 2007.1.9 By jxy
: U  a9 O3 O* H  P/ X! {0 u' R%
测试函数:f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048
' S( A2 D( L+ D; n%求解函数最小值
) @: d' R% I5 h5 h5 n1 A4 S* j
2 [) q& f0 n# T. K( ?( vglobal popsize; %种群规模1 {2 c5 G. P. u; y0 F4 k* B
%global popnum; %种群数量/ p" y1 R* Q4 S  M' F/ N
global pop; %种群
9 r" m- z5 E: ]" a%global c0; %速度惯性系数,0—1的随机数& e; R5 _! }" d! q6 B
global c1; %个体最优导向系数
! S! \5 b5 Y  t& ^. E0 tglobal c2; %全局最优导向系数
( V9 E1 C1 ~; g+ O* f: {: }global gbest_x; %全局最优解x轴坐标" S8 q- G/ p$ c$ G
global gbest_y; %全局最优解y轴坐标$ O! m, o' S, s
global best_fitness; %最优解7 s9 X/ L7 |3 l7 J& m
global best_in_history; %最优解变化轨迹
$ ?  U# A$ {( d+ Q2 D5 x6 bglobal x_min; %x的下限
$ X3 s& c. M9 @7 I' g0 [  Yglobal x_max; %x的上限; F* _4 O6 b1 @, p. a
global y_min; %y的下限
- W4 s6 t+ d8 W! r: sglobal y_max; %y的上限( r, J8 t* k2 Q# K% |6 r& K
global gen; %迭代次数1 M4 z; [  v0 \; U2 d$ B+ e
global exetime; %当前迭代次数+ x! Z) ?! b6 _
global max_velocity; %最大速度
% o7 q1 j% D- }5 u1 B* U% D: Z. ~6 s! W7 {# l8 n* y  N
initial; %初始化
- g) @) k7 Q9 F+ v) c. K; c& a; K8 S
- G9 j) A/ U/ m7 Ofor exetime=1:gen/ @" P, ]* ]+ ~; x7 G# s/ m
outputdata; %
实时输出结果. K% f. U0 j# O, f/ a
adapting; %计算适应值
: E; C1 K" `9 Ferrorcompute(); %计算当前种群适值标准差/ j0 ?6 C# V, @: J5 e. n- S
updatepop; %更新粒子位置* {- `, ~1 A) K! `# V6 M* `% s& \' S
pause(0.01);
% y6 I: M( u+ uend3 [) L- l1 Z) K6 H+ U$ \0 ]

2 A! {: o& ~& i6 F1 k3 y: sclear i;3 H3 Z! L- F, ?
clear exetime;
/ g# u' e: O! c. N" Oclear x_max;
. }: A0 U  \) y" M$ d. P+ Eclear x_min;  R$ w% F4 r1 v) {2 D/ ]* c# I
clear y_min;
. K# q; v3 V* x4 Cclear y_max;5 F/ e' g* d# u9 Q5 t2 Z

; ?" I5 f1 E9 w/ H%
程序初始化9 h3 L: J# S; w, L$ b
9 V& G2 x4 ]& ~& O& `* h, g) j- X) b
gen=100; %设置进化代数
4 i( B, \/ n$ m5 o( E2 X% Z2 epopsize=30; %设置种群规模大小5 Z: Y$ d. B- U, t; G
best_in_history(gen)=inf; %初始化全局历史最优解! R1 L4 _3 C: i8 g
best_in_history( =inf; %初始化全局历史最优解+ T3 k6 ]: G- x3 }' D  A
max_velocity=0.3; %最大速度限制+ \8 w1 I3 U- |5 _$ G1 U0 |
best_fitness=inf;
( a' E1 G" `% _9 e% d; R1 T%popnum=1; %
设置种群数量
- q4 \2 T; _2 ]
9 n8 o4 E. {2 `7 a+ B0 t9 upop(popsize,8)=0; %初始化种群,创建popsize5列的0矩阵) V8 Z# G: I) j( i8 y
%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: n0 g! `) p% ^+ M
%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# F" c7 Q- Q0 m% T( v: B8 e
%7列为个体最优适值,第8列为当前个体适应值
( t& F, `* x4 ^
8 b" I  u/ ~+ d5 hfor i=1:popsize
4 ^- E. o( k0 J5 _6 K+ ^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  `( h) z& d2 X# Y+ q) n3 s. N' H
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- n1 a2 C  J; m& f# G, V3 P
pop(i,5)=pop(i,1); %初始状态下个体最优值等于初始位置
1 N$ U- O2 w" g) H$ y$ apop(i,6)=pop(i,2); %初始状态下个体最优值等于初始位置, X* V+ ~% `% }# G
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
' o* l6 }$ S. M5 B0 Jpop(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0.00014 D5 i9 X0 S- b2 Z/ l! I0 m, Q
pop(i,7)=inf;3 j5 r& l1 o  d" H6 f3 d* k& d3 R
pop(i,8)=inf;/ Y/ F- a: C3 _6 a3 `' H
end1 K% _" E' A* Z2 r

2 U; k7 P; B+ S$ @: q3 y6 Xc1=2;
9 T/ n( n% o7 w3 D) k4 mc2=2;* L2 i2 d4 d/ A$ C5 b( }! m/ m) K
x_min=-2;4 e3 c9 p" F6 a: j
y_min=-2;+ O( O1 O: W: x- y0 [& J) L
x_max=2;
) i& x& R# M* ry_max=2;
2 @' H3 z% V2 e  H- r1 g
( V% E2 s1 [; i& igbest_x=pop(1,1); %
全局最优初始值为种群第一个粒子的位置  f- @5 O' L$ s$ v( ?
gbest_y=pop(1,2);, Q( {3 Z. h; Z' x# W8 o2 S/ H* s
) D2 \4 u! q. p+ V
%
适值计算
  ?, K; M8 g" J# {' O; ?% 测试函数为f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.0487 f8 ~; A" E7 d
4 n7 t3 E, l% a3 _" I
%计算适应值并赋值
8 s) k! H. b; |; t: xfor i=1:popsize
! x9 g# t) J1 L, I$ }( P: R; Mpop(i,8)=100*(pop(i,1)^2-pop(i,2))^2+(1-pop(i,1))^2;* p" l: Z  L& B8 B% n
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7 u6 ^- `) A" u7 p: I. g, \
pop(i,7)=pop(i,8); %适值更新8 h7 ~% m* Q7 X) ^. E4 ?. S& e
pop(i,5:6)=pop(i,1:2); %位置坐标更新  c6 I. f9 Y. ^7 _$ r6 _
end6 l8 d  l1 D: s0 L; `& S0 Q
end3 i* g  F. e5 m9 E; Q: S

' U3 r; m9 O* a# r6 h* p%
计算完适应值后寻找当前全局最优位置并记录其坐标. E; {5 Q) w$ d$ {* [, l
if best_fitness>min(pop(:,7))* Z/ }, F7 Z* X1 ?
best_fitness=min(pop(:,7)); %
全局最优值! n8 Y) x% e+ L4 a7 C4 V0 K: ~
gbest_x=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),1); %全局最优粒子的位置7 v8 Q- K( Z; Y8 v
3 L5 h0 v9 N+ W3 Z! u$ e0 K
gbest_y=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),2);
+ c+ @4 m! C$ S2 W# h+ Jend, l; {. U% h' O
, e+ V5 S$ F: T% g+ c/ r- g) B0 \
best_in_history(exetime)=best_fitness; %
记录当前全局最优
7 ]+ }6 i+ A5 n9 x- E1 J0 F
! O) H6 }! n4 |) t/ m%实时输出结果
: M* b) W* S( L) B  G1 {
' b) }/ T1 a/ y+ u) \' V%输出当前种群中粒子位置5 [" H( @- h& e. a& K% k; x% F
subplot(1,2,1);5 u' O! x% C9 C# C; h
for i=1:popsize% ~4 F* G* J$ m; K) i: f! X& {' a
plot(pop(i,1),pop(i,2),'b*');
& h% f, d0 ?: `8 h: shold on;
  V/ ]  m7 X3 G. `( l. \+ K; y( r" Fend. P. ^* @9 F. B
3 b& x! o! U3 m: {6 K! l
plot(gbest_x,gbest_y,'r.','markersize',20);axis([-2,2,-2,2]);& I# d+ D: p6 ^- T( P7 a
hold off;
4 F; x7 T# Q8 u2 P2 h# f* j: s- ^1 ^3 {! ?0 a
subplot(1,2,2);3 f. A6 e& S* z9 B( ?5 u6 T
axis([0,gen,-0.00005,0.00005]);
) l3 f! R6 J: [
% }+ @) p' e( w& ]) Yif exetime-1>0
' k0 F! J  ^& B  W" w* pline([exetime-1,exetime],[best_in_history(exetime-1),best_fitness]);hold on;1 `+ c. I+ E( {+ y" t9 L
end( C0 {' d# w8 g& @9 b
/ T9 t3 Z/ u' D
%
粒子群速度与位置更新
' U* v) [; z# M- ~
2 t" M' g* d* V%更新粒子速度
3 M1 h7 p2 W) f/ r3 _- n% gfor i=1:popsize
6 \& b$ X. Y  n6 D0 Lpop(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" A/ v, s3 }1 `4 P0 Y
pop(i,4)=rand()*pop(i,4)+c1*rand()*(pop(i,6)-pop(i,2))+c2*rand()*(gbest_x-pop(i,2)); 6 U4 u" B: g4 k, X3 m' M' z9 ?4 T
if abs(pop(i,3))>max_velocity
: C" C6 X) h- j; }  V5 hif pop(i,3)>0
% E- A% ?+ P0 j# z1 Npop(i,3)=max_velocity;: f8 }, Z3 k1 w  m- [  n( A* e
else
% S) w+ K7 Q3 f- V$ h5 I7 Vpop(i,3)=-max_velocity;
: e, r& U- [2 p6 @end; X/ H2 m$ s% r: l
end
2 S- n) Y& h$ Lif abs(pop(i,4))>max_velocity
! p5 O3 f* |  Y& u1 u( y+ Kif pop(i,4)>0
! i4 s: q+ Z4 G. jpop(i,4)=max_velocity;' C. E# I% N- w* \  L- o+ N
else' g' j. v; c; t  d5 {
pop(i,4)=-max_velocity;
7 y7 [8 ~8 {+ n. @9 R. F3 Aend
' R% X/ d+ w1 Uend
* }8 c1 S& O! C, k4 g( T7 Vend# t$ p, L0 t) |2 ]! y! ~

. Y  c7 h/ L% e# q! _* i%
更新粒子位置
$ y0 k# [& R: ^8 Z5 Q1 ?for i=1:popsize
3 E- _- C. w" _/ k& ]6 b6 bpop(i,1)=pop(i,1)+pop(i,3);
" w7 Q/ V$ h$ e* ^0 A7 [$ K' Bpop(i,2)=pop(i,2)+pop(i,4);! G, r' n8 w9 k" A( p5 o
end
6 r. m. H, q7 C! B( D2 x# L
  i2 _4 n" s5 A

4 Y( x0 V6 _- Q- p( Q" G, j1 m
& K. j4 \9 Q4 ~: \ 9 d5 `3 f6 L  y$ C

! ~+ Y; V) u* z1 _; |/ A& F
/ L! |8 ]# ]& _: ]/ ~% p1 \  I
+ R$ P: m; A: N8 l& x
# a9 _4 q- w2 Q , N" v: v8 y. Y/ W6 z: z4 O
) s3 c' \4 v8 I# D2 H: l! K& E" ~
# I6 W4 o2 g: k6 [. C

! D( Z' F$ Y$ U1 u, M: y% D, b . L# i( X6 M" X6 b* W3 W

3 n8 {  v5 R. g; k; N  k 4 ^* c7 t4 j& e& w
3 Z. @! @, F* u& l2 J
9 L5 {; W7 `+ _) j* Q* w5 H
% A SIMPLE IMPLEMENTATION OF THE
5 |4 a6 k$ E0 S% Particle Swarm Optimization IN MATLAB
1 M0 K4 [1 c2 @* O! r; Cfunction [xmin, fxmin, iter] = PSO()
+ P5 ^  ^7 p& B0 v% Initializing variables
' I% m. s* b' ~( ^- e7 ]success = 0;                    % Success flag
, D8 V- E- E  H7 B3 t; ]PopSize = 30;                   % Size of the swarm( f9 X, _# {( M6 C
MaxIt = 100;                   % Maximum number of iterations
& x. h; @" U9 T; xiter = 0;                       % Iterations’counter  V% F1 n0 Q  c) {! r# J
fevals = 0;                     % Function evaluations’ counter5 b( A  s1 D1 C' e
c1 = 2;                       % PSO parameter C
1
0 Q% C: t5 o) t, U! e# S0 Qc2 = 2;                       % PSO parameter C21 |8 v2 A- _7 g5 S
w = 0.6;                       % inertia weight
. }- G; b4 ?* W; d+ ]1 D! E! E                  % Objective Function
: h- U+ A/ J# b3 P9 {. }f = ^DeJong^; 1 M+ d, S, {2 H% }4 S
dim = 10;                        % Dimension of the problem! ?; ]* n6 i; G9 W; l0 w' b8 }& h
upbnd = 10;                      % Upper bound for init. of the swarm8 U1 R1 m9 f. G: U
lwbnd = -5;                     % Lower bound for init. of the swarm
- f6 _* M9 r- }GM = 0;                         % Global minimum (used in the stopping criterion)
4 `# J1 y- l/ `ErrGoal = 0.0001;                % Desired accuracy
) _, P: H- f6 O& l' P5 ]9 h
1 a/ S# _" U1 D4 q1 l% Initializing swarm and velocities( L4 a* W5 N' C  p4 y% `5 |& q! l
popul = rand(dim, PopSize)*(upbnd-lwbnd) + lwbnd;+ f$ ]/ X2 V7 i# u
vel = rand(dim, PopSize);
9 }  P2 G( G0 Z5 k9 ~9 I9 O" v2 H1 K4 ~! [5 V% q: x0 n
for i = 1opSize,
) |7 D2 F9 I# i2 e" a' [    fpopul(i) = feval(f, popul(:,i));6 I; \. W$ D+ y* [1 b* s$ y) W/ |
    fevals = fevals + 1;
9 J+ V, J- m6 p3 Nend
1 f4 u& _+ I1 N( n. ^% \+ u" T- j
bestpos = popul;- J- m- |; S! B  Y* u4 z5 L4 i
fbestpos = fpopul;4 p+ j; ~' @' D- R% J1 B- o6 Z  m* @
% Finding best particle in initial population
9 i: J/ h! g: I' j[fbestpart,g] = min(fpopul);# e/ g" H& C: K( j4 P
lastbpf = fbestpart;5 ~  X4 ?1 W# X( N3 v
  A0 x  F, ^" [& P
while (success == 0) & (iter < MaxIt),   
4 p: z/ r+ D. r$ A6 X/ K    iter = iter + 1;
, v5 }6 }: i# [. g7 y# I
1 u+ _& p5 A- W    % VELOCITY UPDATE
) |2 {0 `. ?) z, a/ E# v9 D+ K    for i=1opSize,+ E( k- f1 X1 E$ z
        A(:,i) = bestpos(:,g);1 g! R4 z! a4 V& L" l
    end5 q& o% X9 o" D; [# w0 B9 l
    R1 = rand(dim, PopSize);
# L& m5 G/ y; U    R2 = rand(dim, PopSize);: D# N& w' j( N# f' K- m+ m' b
    vel = w*vel + c1*R1.*(bestpos-popul) + c2*R2.*(A-popul);; l/ T5 |% k6 }, N5 _% \/ a
% K4 V0 O% K! V
    % SWARMUPDATE& p2 Q! d0 V) X. X4 ^
    popul = popul + vel;( b5 ]. l$ o, [( A' B! ]# h
    % Evaluate the new swarm( v+ ~1 n% h+ H2 g; ], E
    for i = 1opSize,
* k( s- c( j1 l% b9 @        fpopul(i) = feval(f,popul(:, i));
+ ]8 U7 {( C7 [! p4 N" T        fevals = fevals + 1;
4 R: [7 _% _9 W* ^    end
: l2 W- L1 K" ~$ T2 A) W    % Updating the best position for each particle
7 w' w7 `% R% r* z    changeColumns = fpopul < fbestpos;) f3 ^, l" j& c  b
    fbestpos = fbestpos.*( 1-changeColumns) + fpopul.*changeColumns;/ c) @5 U* Z$ [1 v
    bestpos(:, find(changeColumns)) = popul(:, find(changeColumns));
0 |/ K; ?* h2 K! Z: N0 P: I. h    % Updating index g0 @  p9 [& @4 t" Y
    [fbestpart, g] = min(fbestpos);4 L- c7 `% z+ _) ?
    currentTime = etime(clock,startTime);
6 H* f1 @4 n* e0 D1 g" P    % Checking stopping criterion/ D4 Q: L' [: k  @7 L: a& l! H+ D
    if abs(fbestpart-GM) <= ErrGoal! s5 \8 Q. E& S5 }6 F# T
        success = 1;
- y% T( v) S, ~% N& `4 B* D    else( \$ p- B+ H. I) N
        lastbpf = fbestpart;
8 N' |; h; I$ O8 N# Q    end0 S" S# y/ U. n
- X# {3 R- p! S; k7 I% ?8 g
end3 K. M# n, n3 D" @/ E

( ]& a" c# E! @/ M% Output arguments+ a! r" b( ~# x! {" I
xmin = popul(:,g);
' e1 d7 i4 O2 U9 I) H7 |fxmin = fbestpos(g);  {( O& g3 P: [0 J! l1 ?" r/ }
& R  ^; n5 l( [
fprintf(^ The best vector is : \n^);
8 J# Q$ u: `9 s+ Ifprintf(^---  %g  ^,xmin);& S! X* s; E6 Q* Q4 b( s" o& o
fprintf(^\n^);% \9 e# D* y& i
%==========================================0 N0 a9 }" B8 R9 ?" s. i2 q9 @9 W
function DeJong=DeJong(x)
7 R$ Y# C" I2 {+ ^3 {6 K, rDeJong = sum(x.^2);
zan
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