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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) M& P2 {3 q- e
% 2007.1.9 By jxy
/ Z$ J& A7 f) c4 G%
测试函数:f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.048& ]: e% h9 a& Z+ h. S% d
%求解函数最小值
' _' Z; Q2 O" @
4 P6 D+ f% w# H; F- Dglobal popsize; %种群规模
$ |! |& A0 m; Z%global popnum; %种群数量+ j8 T% w% x) Y, T7 r% k5 E
global pop; %种群  T& K, s, [0 e) u2 D3 O
%global c0; %速度惯性系数,0—1的随机数+ D) ~6 ?! o" j( [% D
global c1; %个体最优导向系数8 n, Z* J1 R% s8 Z; ]
global c2; %全局最优导向系数( |4 d, \  F6 s" r7 C$ i0 q+ u
global gbest_x; %全局最优解x轴坐标
1 u, ^% F8 X: X5 Xglobal gbest_y; %全局最优解y轴坐标
3 O5 [. Z) j2 Q5 n. lglobal best_fitness; %最优解( C# }. d8 T1 J4 N" d, L- z6 C
global best_in_history; %最优解变化轨迹
5 ~, x) U" H3 p; }% ?global x_min; %x的下限$ P5 n6 q  g2 Z/ T
global x_max; %x的上限
" E. s6 A. I6 O6 x6 I9 o; Vglobal y_min; %y的下限
; m- y# F; }9 |: ?# oglobal y_max; %y的上限
# J& o  ^  g* y" R5 i- mglobal gen; %迭代次数  K1 g& v# d5 m
global exetime; %当前迭代次数
( L* B5 H5 r( R$ s( d8 bglobal max_velocity; %最大速度; S2 C2 Z. e" R- C' e1 t
: L) z7 o, ?* L, H# X
initial; %初始化
  g; |. r9 h' W6 p" f8 I: ^
1 h, M: d% Y8 A, ufor exetime=1:gen7 F2 Q# ?% t2 j& Z, s" |9 s( o
outputdata; %
实时输出结果
6 |* X( t( t* i+ I4 O( m, L$ {adapting; %计算适应值
1 k7 t) Z- H; [errorcompute(); %计算当前种群适值标准差
8 C/ C6 S) }+ `, b! x& u; A0 @updatepop; %更新粒子位置
& b3 W. F2 u, S8 Rpause(0.01);
: F# L5 `$ ?  z% Fend
/ o4 y0 _' n9 W1 J9 I
! h7 s7 }+ y2 W' c( x0 Gclear i;# ^" E; |  H2 k& ]7 h& z
clear exetime;
" r% ]8 H* b+ g: c) tclear x_max;" l# h: H* m5 z) `! p( Y- ]; M* T
clear x_min;
5 v$ R* u" n6 Z3 B$ a( |clear y_min;$ b6 Y. e3 _+ ^* y9 r' g3 R+ X
clear y_max;
/ i/ m' q  U$ O7 f& K* x# L: _8 [/ d, b4 W1 U7 w* c
%
程序初始化) [) n7 d/ @  q. G  h, x' L

0 T& t+ V3 O. ~6 hgen=100; %设置进化代数
% h) e1 i( m9 _$ @3 Z; I0 Rpopsize=30; %设置种群规模大小
6 ?" |6 u& ^/ a3 e- m- ebest_in_history(gen)=inf; %初始化全局历史最优解
( w+ m9 z' v: |5 Tbest_in_history( =inf; %初始化全局历史最优解
" R- p6 k* B, D: l* |max_velocity=0.3; %最大速度限制
& q: O: Z& F& x+ j" @  nbest_fitness=inf;+ C+ ?; o8 V6 _6 |
%popnum=1; %
设置种群数量' A/ k' k& c4 q7 q
1 K7 p1 O' S2 d9 E" I
pop(popsize,8)=0; %初始化种群,创建popsize5列的0矩阵
6 }4 E4 ~" A7 \8 R" u5 S0 P%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 Y0 K! p4 f. m2 O; ^; ~
%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
2 O7 t: A) h' p/ {' [! ]%7列为个体最优适值,第8列为当前个体适应值
; G" S3 C( K, W* H
: i, g9 v! H3 h7 \+ Z) O' t& ?for i=1:popsize: t9 k5 l; B7 J  i+ c% E# u- E9 X
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8 w0 f. N, |3 b, Q. t9 D0 a
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) m. z/ Z$ J, q: W, I9 ^
pop(i,5)=pop(i,1); %初始状态下个体最优值等于初始位置8 C6 c0 R4 Z7 ~/ C7 G4 X' O# a; ]
pop(i,6)=pop(i,2); %初始状态下个体最优值等于初始位置, c* X  N1 V- W& y1 i! p1 P( o
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0.00018 k3 l: ~# w7 K, L$ H# V" g
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) T7 F0 E0 n9 d. B. E( t* M" x
pop(i,7)=inf;
6 U. S0 I+ m( \pop(i,8)=inf;
0 N* Z0 @! r7 ?6 E8 l' Nend
2 H  L1 d: T: p5 p
+ k2 m" B3 Q5 ^% sc1=2;
. l) G7 x& a$ R, |" h( uc2=2;/ z3 p& M- j! Z
x_min=-2;
, J: D4 G# q  O( K% j  Hy_min=-2;
5 Q% P- r5 s  B: L; g5 [% Ax_max=2;
8 F: R) i* ^# |y_max=2;5 G% k. i. J- I
& m3 W. B# [3 [( x* T; Q- Q
gbest_x=pop(1,1); %
全局最优初始值为种群第一个粒子的位置
) r9 _6 ?$ H% ^gbest_y=pop(1,2);$ x1 p! c: H2 @9 P* A$ U
! J0 X4 @5 F$ ?
%
适值计算
8 k  |- n* e, s' {% 测试函数为f(x,y)=100(x^2-y)^2+(1-x)^2, -2.048<x,y<2.0485 O. s6 J2 J6 C* S* ~$ t/ V

. o. S: B  ]" r%计算适应值并赋值
+ z# S3 |, A* o9 \) z" R  m1 dfor i=1:popsize1 D. e2 u( ]- j& {$ \5 M; p; v7 W7 d
pop(i,8)=100*(pop(i,1)^2-pop(i,2))^2+(1-pop(i,1))^2;
7 C1 a# \3 X+ G; j1 l5 z2 fif 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, l& E" T% n* g' u. [# _
pop(i,7)=pop(i,8); %适值更新
* b$ [& U) O% w& m: m, Wpop(i,5:6)=pop(i,1:2); %位置坐标更新# ]8 t5 h( r# K0 l; n1 G
end
  V% y) h1 ?' i9 F: E$ Tend
7 i# ]5 [) @1 U5 {8 ]3 X9 p0 R) {5 |
%
计算完适应值后寻找当前全局最优位置并记录其坐标
) S7 L2 `9 f, b7 r1 k1 m, Pif best_fitness>min(pop(:,7))
' v4 a  H. C) k, [) Tbest_fitness=min(pop(:,7)); %
全局最优值
, }9 w( v: M. ]7 I# qgbest_x=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),1); %全局最优粒子的位置+ W! U( i5 K7 @* M' g, r( S

2 {# W3 V# d$ d9 ?2 X  _, [gbest_y=pop(find(pop(:,7)==min(pop(:,7))),2);
6 U  ]! m5 i' Q) L, lend5 L% g5 Q) d3 e: u

/ g! n- H  C: `5 Y: n# zbest_in_history(exetime)=best_fitness; %
记录当前全局最优* ^+ B2 u0 k2 D7 Y

8 e' a& z# d; p; ]1 }" e- n3 V%实时输出结果& Y6 c1 b" V( v8 M3 n
: A8 u) g) c( x; A- _; q
%输出当前种群中粒子位置
( {- G; z6 R! ysubplot(1,2,1);0 u, m3 ^* @# _" `
for i=1:popsize' b0 M8 {' Q( h
plot(pop(i,1),pop(i,2),'b*');
. E: m' y' v( X" g# S/ thold on;
  z8 C4 m2 p) N# b; ~end- |' m- |  D* k3 g9 l; \% t) A0 C

! k" e4 n, q# gplot(gbest_x,gbest_y,'r.','markersize',20);axis([-2,2,-2,2]);+ E1 x& m( ?% d/ M  S6 g: k8 M9 f
hold off;
3 x. _1 {0 M# y6 d0 ^- w, ]9 [( U5 \4 Y8 T/ x% O
subplot(1,2,2);
# n7 X& ^9 S" L. G2 zaxis([0,gen,-0.00005,0.00005]);. J- }( @2 n3 o6 O  r. N' E8 \

' \. p- h, F4 J* U6 ?/ z2 k8 Kif exetime-1>0  F8 N; f' |% v
line([exetime-1,exetime],[best_in_history(exetime-1),best_fitness]);hold on;+ w6 _5 U; Y2 |0 k6 {- q5 q
end
4 D# a+ y. b$ A: [
" ?, S$ N3 ?7 M& H) B%
粒子群速度与位置更新
+ k8 j8 O  @- t9 @* m8 U. {, g% c3 I! [5 a5 ^
%更新粒子速度  I3 n) u, b9 x4 M
for i=1:popsize
8 F2 @9 v$ M! |: i6 V& p/ l6 Xpop(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
; D0 [7 E' q& D3 Y8 I' \pop(i,4)=rand()*pop(i,4)+c1*rand()*(pop(i,6)-pop(i,2))+c2*rand()*(gbest_x-pop(i,2));
7 A& u5 y0 b) o9 F* Qif abs(pop(i,3))>max_velocity2 ~+ h6 {. e" S2 q3 i- l
if pop(i,3)>0
( F8 I) K' I4 x& g2 p; W8 ?. e! bpop(i,3)=max_velocity;
9 c+ E, g% V2 k2 R+ |- R2 v7 celse: ]9 d* p/ s% d8 r4 H7 D& N
pop(i,3)=-max_velocity;% Y8 r$ ?+ z) Y- M/ D/ D
end
8 e1 Q0 u8 z! |. ^) Nend
+ l0 J: O- r3 J& H  j" gif abs(pop(i,4))>max_velocity8 h7 X/ Z/ S2 i& f3 l. F6 Y4 B# ^' o
if pop(i,4)>0& E+ o' z  j2 \; c, O( `6 k: u4 k
pop(i,4)=max_velocity;
, j# p; [  W, k( B! Ielse
2 p1 T0 W, c5 H' {pop(i,4)=-max_velocity;
, U+ Q! s2 N" t0 Y% O) Kend
# t5 o7 [; C/ K1 `' y" Cend
6 p$ f: N( J: n- A; y" E8 cend9 g% k% I: X* Y, w
. `/ V4 F" F4 _9 K6 e/ [
%
更新粒子位置
8 R) w( x3 y6 e6 {# \3 G0 f- dfor i=1:popsize
1 w( ?% j: l  ?/ n7 ypop(i,1)=pop(i,1)+pop(i,3);6 n: Z0 ~* J" j% b0 B
pop(i,2)=pop(i,2)+pop(i,4);
5 K  a5 b- H3 b& W0 c# [end

" B, N, Z- ], x9 d% v 8 @) q; I5 [2 v% r9 G1 `

3 C. R2 N& k4 U
  k* E8 o! h* s. _5 X% w& H6 j/ ? # ^* Z8 s  |6 ?! P' G

6 V1 K) S; g& K& B% z$ y! m
5 r4 M: o/ b; k. u! I0 L ) j6 p, l2 z1 y0 h

. S4 m7 h  D& [, V
% Z$ l$ w7 Z4 N. y. U2 Q- b/ c
8 l# O( Q9 U4 s8 v0 O
& e  A6 T3 f  `% |) E, M! @6 D 4 r( p* t& h$ D
# K% S$ ^. M- H2 K4 ?. M7 I
& u" a2 O7 f/ j  O8 }2 L$ I

7 S7 A, t( `/ b( B1 G
0 W& o! Q% O1 C' b! P  l. s - L* [5 F, Y$ T8 M  D
% A SIMPLE IMPLEMENTATION OF THE
2 h8 S' j- S3 z3 F, V6 e8 [! [$ ]% Particle Swarm Optimization IN MATLAB7 {9 P( B% o% H9 Q# \: L
function [xmin, fxmin, iter] = PSO()
3 E, X  ^+ ?: ^: K& m+ b$ Q* T% Initializing variables' ]+ k( I0 _" v  m( C* D
success = 0;                    % Success flag
" u1 r: Z& h0 G6 V& YPopSize = 30;                   % Size of the swarm
3 z& N9 C& ~3 ~' F; fMaxIt = 100;                   % Maximum number of iterations8 }4 R1 Z  ]# J
iter = 0;                       % Iterations’counter' _# }" M! U5 y
fevals = 0;                     % Function evaluations’ counter
7 ^: I5 h9 x8 L: X+ A0 Fc1 = 2;                       % PSO parameter C
1
  }- e$ J8 E3 K* Z0 A( Vc2 = 2;                       % PSO parameter C2$ }- y/ i0 }2 x" e
w = 0.6;                       % inertia weight
; @/ f6 D$ E$ ~/ Y2 `                  % Objective Function9 u/ e$ _1 N: h! \
f = ^DeJong^; 6 J7 Q( u9 t: R. J  N+ Z$ s  b
dim = 10;                        % Dimension of the problem& o/ E: B9 q' u+ [1 Y* @% ^% W* B
upbnd = 10;                      % Upper bound for init. of the swarm( m2 V) b; q4 {, U
lwbnd = -5;                     % Lower bound for init. of the swarm
  }4 V/ s0 s3 U) O2 X1 H# XGM = 0;                         % Global minimum (used in the stopping criterion)
% b( g2 }+ x1 f- F! HErrGoal = 0.0001;                % Desired accuracy4 W: ]4 p- G$ n( m
7 @% c% U8 `9 ~. L# J$ \, X8 }  c
% Initializing swarm and velocities6 l+ |% l% K$ ]' m& B
popul = rand(dim, PopSize)*(upbnd-lwbnd) + lwbnd;
' b! A4 J; a( u" [0 m9 j6 r7 ~vel = rand(dim, PopSize);7 T( T9 _! j+ o$ n
6 Y+ T# N  Y8 t# `
for i = 1opSize,8 l* r3 H  Y  }
    fpopul(i) = feval(f, popul(:,i));
% j- J; @% c8 E- n$ o- B    fevals = fevals + 1;
3 V* B! K3 @5 T8 cend
' C, _' `* T- r* W7 L! i' c2 I0 Q7 m
bestpos = popul;1 Q* z! U2 I; V4 N3 N* \
fbestpos = fpopul;
# G) b( T8 Y1 s% Finding best particle in initial population
5 @4 Y3 |4 i; P* F0 k[fbestpart,g] = min(fpopul);5 ?# P+ ]7 t+ {) M5 f
lastbpf = fbestpart;6 v- v% y2 K4 H$ Z# }$ Q* c  Y

. `. p' h9 Z; \% u* f+ m/ r# ywhile (success == 0) & (iter < MaxIt),    ' F) S( q% C2 j
    iter = iter + 1;9 i  y" q. K3 c) p0 E3 p# k3 n2 L
9 \  v$ h$ C) [# r
    % VELOCITY UPDATE
% z$ ~: Z9 B- R5 W    for i=1opSize,3 S/ y; ?% V3 A; X
        A(:,i) = bestpos(:,g);! d5 a5 D5 r7 b9 L0 X% P' w' d
    end  q3 d( ?8 H1 }3 I
    R1 = rand(dim, PopSize);
/ ]# M* G% Y% t3 q3 p2 {% D    R2 = rand(dim, PopSize);
; I- @+ n; _/ R    vel = w*vel + c1*R1.*(bestpos-popul) + c2*R2.*(A-popul);- H4 I0 x0 f4 z6 o

4 Q1 U7 u' ]% \2 }" ^( v    % SWARMUPDATE/ z2 J: R4 x+ `+ x) U: a) p# y0 z
    popul = popul + vel;8 x, }, c- o) X% P
    % Evaluate the new swarm
* ~4 o8 f* J( D( J3 {    for i = 1opSize,& B4 N* M/ {+ J7 \9 }8 \3 T2 N
        fpopul(i) = feval(f,popul(:, i));
7 D- ?9 O2 R+ o# k0 P% Q        fevals = fevals + 1;3 a3 M& ]5 W# o0 K4 d$ g3 ]
    end$ x* y" a* T9 T0 R+ U) X4 L
    % Updating the best position for each particle
# H( T/ e+ m# ?. F    changeColumns = fpopul < fbestpos;2 w# [1 U/ h/ B. C, ?
    fbestpos = fbestpos.*( 1-changeColumns) + fpopul.*changeColumns;
" Q8 o8 F8 i. |* f8 U    bestpos(:, find(changeColumns)) = popul(:, find(changeColumns));
% ?9 Q- _' M; B    % Updating index g' ]% f3 e/ y; j: }. [* x0 B
    [fbestpart, g] = min(fbestpos);
( \# B$ x6 f; K3 t8 `$ R9 J    currentTime = etime(clock,startTime);
) H* g6 p, I) t9 s( Z9 r( a( I1 w    % Checking stopping criterion
0 G/ ~1 c" e% {8 O    if abs(fbestpart-GM) <= ErrGoal0 i; k" A2 Q  M7 n' A6 h3 A$ [
        success = 1;
& h* \7 f+ ]1 L, l: N& v+ f    else
! ]! a! W6 N- H        lastbpf = fbestpart;( Z( D. e( s" ~8 X3 F1 p
    end
1 J4 f; x3 e. _" B9 r
. h" [% i1 w- |2 u/ o6 mend" C* E+ l, l9 N, N) b
$ J/ j( t+ Q& ]$ u6 i- W
% Output arguments7 ]9 J# O: p. }
xmin = popul(:,g);0 R& d, n( e/ q
fxmin = fbestpos(g);
: L, V: p" [7 \& k5 C9 V4 Q
/ A8 f% k+ F4 e1 f7 ufprintf(^ The best vector is : \n^);# v$ f3 {# ?) d( o% a6 l
fprintf(^---  %g  ^,xmin);  W. p0 A# F0 }2 h! d2 I6 T) E9 ]
fprintf(^\n^);& |, H, b+ t6 F9 i  I; Z
%==========================================9 I  E/ k: u% c# e2 o% y9 s
function DeJong=DeJong(x), n2 `, {* L2 E& ]1 i/ p
DeJong = sum(x.^2);
zan
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