粒子群演算法的matlab實現(二)
上一次的部落格中我將粒子群的搜尋過程可視化了,並將其轉存為了gif格式檔案,這個過程我先在這裡給大家講一下:
1.首先pause(),是在每次繪圖之後暫停一段時間,單位是秒,再進行下一次繪圖;
2.而當要轉存為gif檔案時,這其實就是一種無聲的視訊檔案,因此我們需要每一幀的影象,可以用pause,但是用drawnow更好,它的原理是保持當前視窗不變,繼續下一次繪圖。
因此將轉存為gif的步驟加入到之前的程式碼中就是:
clc;clear;close all; %% 初始化種群 f= @(x)x .* sin(x) .* cos(2 * x) - 2 * x .* sin(3 * x); % 函式表示式 N = 50; % 初始種群個數 d = 1; % 空間維數 ger = 100; % 最大迭代次數 limit = [0, 20]; % 設定位置引數限制 vlimit = [-1, 1]; % 設定速度限制 w = 0.8; % 慣性權重 c1 = 0.5; % 自我學習因子 c2 = 0.5; % 群體學習因子 for i = 1:d x = limit(i, 1) + (limit(i, 2) - limit(i, 1)) * rand(N, d);%初始種群的位置 end v = rand(N, d); % 初始種群的速度 xm = x; % 每個個體的歷史最佳位置 ym = zeros(1, d); % 種群的歷史最佳位置 fxm = zeros(N, 1); % 每個個體的歷史最佳適應度 fym = -inf; % 種群歷史最佳適應度 %% 群體更新 iter = 1; record = zeros(ger, 1); % 記錄器 while iter <= ger fx = f(x) ; % 個體當前適應度 for i = 1:N if fxm(i) < fx(i) fxm(i) = fx(i); % 更新個體歷史最佳適應度 xm(i,:) = x(i,:); % 更新個體歷史最佳位置 end end if fym < max(fxm) [fym, nmax] = max(fxm); % 更新群體歷史最佳適應度 ym = xm(nmax, :); % 更新群體歷史最佳位置 end v = v * w + c1 * rand * (xm - x) + c2 * rand * (repmat(ym, N, 1) - x);% 速度更新 % 邊界速度處理 v(v > vlimit(2)) = vlimit(2); v(v < vlimit(1)) = vlimit(1); x = x + v;% 位置更新 % 邊界位置處理 x(x > limit(2)) = limit(2); x(x < limit(1)) = limit(1); record(iter) = fym;%最大值記錄 x0 = 0 : 0.01 : 20; plot(x0, f(x0), 'b-', x, f(x), 'ro');title('狀態位置變化') drawnow frame = getframe(1); im = frame2im(frame); [A,map] = rgb2ind(im,256); if iter == 1; imwrite(A,map,'E:\培訓\優化演算法\pso.gif','gif','LoopCount',Inf,'DelayTime',0.1); else imwrite(A,map,'E:\培訓\優化演算法\pso.gif','gif','WriteMode','append','DelayTime',0.1); end iter = iter+1; end disp(['最大值:',num2str(fym)]); disp(['變數取值:',num2str(ym)]);
另外,大家可以看到,種群歷史最優值處我們初始化為了-inf,這是因為我們需要求最大值。但是如果要求最小值應該怎麼辦呢?最好不要將這裡改成+inf,如果這樣做,我們後面的最優值更新中全部要改成最小值和<,太麻煩。那麼最好的方式就是直接在適應度處加上負號,這樣的話就相當於求最小值了,只不過要將最後的最優值取反。
並且我們之前所寫的只是一維問題優化,程式碼優化程度不高,對此我給出一份優化程度較高的程式碼,以應對多維優化問題:
問題是求21.5+x*sin(4*pi*x)+y*sin(20*pi*y),x=[-3,12.1];y=[4.1,5.8]的極值。
子函式為:clc;clear;close all;tic %% 引數設定 N = 500; d = 2; ger = 1000; w = 0.8; c1 = 0.9; c2 = 0.9; xlimit = [-3 12.1;4.1 5.8]; vlimit = [-1 1;-1 1]; %% 種群初始化 x = repmat(xlimit(:,1)',N,1)+repmat(diff(xlimit'),N,1).*rand(N,d); v = repmat(vlimit(:,1)',N,1)+repmat(diff(vlimit'),N,1).*rand(N,d); xm = x; fxm = -inf*ones(N,1); ym = xlimit(:,1)'+diff(xlimit').*rand(1,d); fym = -inf; %% 開始搜尋 for i = 1 : ger y = f(x); for j = 1 : N if y(j)>fxm(j) fxm(j)=y(j); xm(j,:) = x(j,:); if y(j)>fym fym = y(j); ym = x(j,:); end end end v = w*v+c1*rand*(xm-x)+c2*rand*(repmat(ym,N,1)-x); x = x+v; x = min(x,repmat(xlimit(:,2)',N,1)); x = max(x,repmat(xlimit(:,1)',N,1)); v = min(v,repmat(vlimit(:,2)',N,1)); v = max(v,repmat(vlimit(:,1)',N,1)); end toc disp(['最優解為:',num2str(ym)]); disp(['最優值為:',num2str(fym)]);
function y = f(x)
y = 21.5+x(:,1).*sin(4*pi*x(:,1))+x(:,2).*sin(20*pi*x(:,2));
end
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