求解约束优化问题的动态邻域粒子群算法

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求解约束优化问题的动态目标迁移差分进化算法

求解约束优化问题的动态目标迁移差分进化算法

束 度在 容忍 度 以内时 , 通过原 目标 函数 更新个 体 ,
具 体操 作见 算法 1 .
个 种群 , 这样 就可 以提高种 群 中个体 的质 量 , 根
据需 要可 以连续 进行 L次 以上 的种 群迁 移操 作 , 本 文取 L = , 进行 一 次 种 群 迁 移 操作 , 反 约 =5 每 = 违 束 容忍度 变 为原来 的 0 1倍. . 1 2 基 本差 分进化 算 法的 改进 .
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法搜 索能 力 不 强 , i B 口 提 出 的协 同 进 化 差 分 Lu o 进化 算法 ( O ) C DE .
收 稿 日期 :0 20—4 2 1 -62
关 键 词 : 束 优 化 ; 分进 化 算 法 ; 态 目标 ; 移 操 作 约 差 动 迁
中 图 法分 类 号 : P 8 T 1 d i1 . 9 3 j i n 2 9 — 8 4 2 1 . 5 0 8 o : 0 3 6 /.s . 0 5 3 4 . 0 2 0 . 4 s
0 引
数 C … , R 表 示交叉 概 率 因子 的下 界和 上 界 , R C 该交叉 概 率能 良好 的平衡 全局搜 索 能力 和局部 搜 索能力 . 1 2 3 选择 操作 基 本 D .. E算 法 采 用 “ 婪 ” 贪 的 搜 索策 略 , 过变 异 与 交叉 操 作 后 生 成 的试 验 个 经
束优化 问题 的非 线 性 约 束 条件 , 法将 对 这 种 选 算 择策 略进行 修正 . 对于 1 和 : , 的竞 争 , 群 最 优个 体 种 的进

粒子群算法及应用

粒子群算法及应用

粒子群算法及应用粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)是一种基于群体智能的优化算法,源于对鸟群集群行为的观察和模拟。

粒子群算法通过模拟鸟群中个体间的协作与信息传递,以寻找最优解。

在实际应用中,粒子群算法已被广泛应用于函数优化、组合优化、图像处理、各类工程设计等领域。

粒子群算法的基本原理是模拟鸟群中每只鸟(粒子)的行为。

每个粒子表示问题的一个候选解,在解空间中最优解。

算法从一个随机初始解的种子集合出发,通过迭代更新粒子位置和速度,直到满足终止条件。

每个粒子维护自身的历史最优解和全局最优解,通过个体经验和邻域协作来引导过程。

粒子在解空间中自由移动,并通过其中一种适应度函数评价解的质量,并更新自身位置和速度。

整个过程中,粒子会不断地向全局最优解靠拢,从而找出最优解。

粒子群算法广泛应用于函数优化问题。

对于复杂的多峰函数,粒子群算法能够通过群体间的信息共享来克服局部最优解,找到全局最优解。

此外,粒子群算法还可以解决许多实际问题,如资源调度、网络路由、机器学习等。

例如,在图像处理中,可以使用粒子群算法进行图像分割、图像识别和图像增强等任务,通过优化算法自动化地寻找最优解。

除了以上应用,粒子群算法还可以用于各种优化问题的求解。

例如,粒子群算法在组合优化问题中的应用表现得较为出色。

在组合优化问题中,需要从大量的解空间中找到最佳的组合方案。

通过粒子群算法的迭代和全局协作,可以有效地找到最优解。

另外,粒子群算法还可以用于工程设计中的自动优化。

在工程设计过程中,需要考虑多个目标和多个约束条件,粒子群算法可以通过多目标优化或多约束优化来处理复杂的工程设计问题。

总之,粒子群算法作为一种群体智能算法,在函数优化、组合优化、图像处理和工程设计等领域都得到了广泛的应用。

其优势在于全局寻优能力和自适应性,能够找到复杂问题的最优解。

随着对算法的研究和改进,粒子群算法有望在更多领域得到应用和推广。

matlab粒子群优化算法约束条件

matlab粒子群优化算法约束条件

matlab粒子群优化算法约束条件粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)是一种基于群体智能的优化算法,它模拟了鸟群或鱼群等生物群体的行为,通过不断地迭代寻找最优解。

在实际应用中,往往需要考虑一些约束条件,如变量的取值范围、等式约束和不等式约束等。

本文将介绍如何在matlab中使用粒子群优化算法解决带有约束条件的优化问题。

我们需要定义目标函数和约束条件。

假设我们要求解以下优化问题:min f(x) = x1^2 + x2^2s.t. 0 <= x1 <= 1-1 <= x2 <= 1x1 + x2 >= 1其中,f(x)为目标函数,x1和x2为决策变量,0 <= x1 <= 1和-1 <= x2 <= 1为变量的取值范围,x1 + x2 >= 1为不等式约束条件。

接下来,我们可以使用matlab中的psoptimset函数设置PSO算法的参数。

其中,'lb'和'ub'分别表示变量的下界和上界,'nonlcon'表示非线性约束条件,'display'表示是否显示迭代过程。

options = psoptimset('Display','iter','TolFun',1e-6,'TolX',1e-6,'MaxIter',1000,'MaxFunEvals',10000,'lb',[0 -1],'ub',[11],'nonlcon',@mycon);其中,@mycon表示自定义的非线性约束条件函数。

我们可以在matlab中新建一个.m文件,编写如下代码:function [c,ceq] = mycon(x)c = x(1) + x(2) - 1;ceq = [];end其中,c表示不等式约束条件,ceq表示等式约束条件。

求解约束优化问题的多目标粒子群算法

求解约束优化问题的多目标粒子群算法

A s a t hs a e r oe ni p oe ut o jc v at l s am o t zr o l n o s an do t i t n rb b t c :T i p p r o sda rvdm l—be t ep r c r pi e r o igcn t ie pi z i o — r p p m i i ie w mi f s v r m ao p lm ( C S r h r) I C S f s y o v r dtec nt it pi i t npo lm it m l—be t ep o l , e MO P O f o . nMO P O, r l,cn e e o s a t z i rbe o ut o jc v r e o s t i t t h rn o m ao n i i b ms
a d t e t d c d te if a i l r s od v l et k h e to f a i l s lto sa et e d te s r f g t r — n h n i r u e h n e s e t e h l au o ma et e b s fi e s e ou in me s g ol a wam ih .P o n o b h n b h l
刘 衍 民 , 牛
理 学院 ,广 东 深圳 5 8 6 ) 1 0 0 摘 要 :提 出一种 多 目标 粒子群 算 法处理约 束优化 问题 ( C S 。首先将 约 束优 化 问题 转换 为 多 目标 问题 ; MO P O)
奔 赵 庆 祯 ,
(. 1遵义 师范 学院 数 学 系, 州 遵 义 530 ; . 贵 6 02 2 山东师 范大 学 管理与 经济 学院 , 南 20 1 ; . 圳大 学 管 济 504 3 深

求解约束优化问题的几种智能算法

求解约束优化问题的几种智能算法

求解约束优化问题的几种智能算法求解约束优化问题是现代优化领域中的一个重要研究方向。

约束优化问题存在多个约束条件的约束,如不等式约束和等式约束。

在实际应用中,约束优化问题广泛存在于工程、经济、生物、物理等领域,如最优化生产问题、投资组合优化问题和机器学习中的优化问题等。

对于约束优化问题的求解,传统的数学优化方法往往面临着维数高、非线性强等困难。

因此,智能算法成为了求解约束优化问题的重要手段之一。

智能算法是通过模仿生物进化、神经系统或社会行为等自然现象来解决问题的一类方法。

常见的智能算法包括遗传算法、粒子群优化算法、模拟退火算法等。

这些算法通过自适应搜索的方式,能够在解空间中寻找全局最优解或接近最优解的解。

下面将介绍几种常见的智能算法在求解约束优化问题中的应用。

首先是遗传算法。

遗传算法是基于生物演化理论的一种优化算法。

它通过模拟自然遗传的过程,包括选择、交叉和变异等操作,来搜索解空间中的最优解。

在求解约束优化问题中,遗传算法通过将问题的解表示为染色体编码,并利用适应度函数评估每个个体的适应度,然后根据选择、交叉和变异等操作,在搜索空间中寻找最优解。

遗传算法能够有效克服问题的维数高、非线性强等困难,适用于求解复杂的约束优化问题。

其次是粒子群优化算法。

粒子群优化算法是基于鸟群觅食行为的一种优化算法。

它通过模拟多个粒子在解空间中搜索目标的过程,来寻找最优解。

在求解约束优化问题中,粒子群优化算法通过将问题的解表示为粒子的位置,并利用适应度函数评估每个粒子的适应度,然后根据粒子的速度和位置更新规则,在搜索空间中寻找最优解。

粒子群优化算法具有收敛速度快、易于实现等优点,适用于求解中等规模的约束优化问题。

再次是模拟退火算法。

模拟退火算法是基于固体退火原理的一种全局优化算法。

它通过模拟固体退火时渐冷过程中原子的运动来进行优化。

在求解约束优化问题中,模拟退火算法通过随机选择初始解,并利用目标函数评估解的质量,然后接受较差的解以避免陷入局部最优,并逐渐降低温度以使搜索逐渐趋向全局最优解。

PSO求解约束优化问题

PSO求解约束优化问题

总结词
PSO算法在机械设计优化问题中具有广泛的 应用前景,能够提高机械性能和可靠性。
详细描述
机械设计优化问题涉及到多个参数和复杂约 束条件,如强度、刚度和疲劳寿命等。PSO 算法能够根据设计要求和约束条件,优化设 计方案,提高机械性能和可靠性,减少设计 时间和成本。
案例四:求解电力系统优化问题
总结词
03
PSO算法求解约束优化问题
基于PSO的约束优化算法流程
初始化粒子群
评估粒子适应度
根据问题的约束条件和目标函数,初始化 一组粒子,每个粒子代表一个潜在的解。
根据约束条件和目标函数,评估每个粒子 的适应度,即其优劣程度。
更新粒子速度和位置
迭代优化
根据粒子自身的速度和位置,以及整个粒 子群中其他粒子的速度和位置,更新每个 粒子的速度和位置。
02
在PSO算法中,每个解被视为一 个粒子,粒子在搜索空间中飞行 ,通过不断更新粒子的位置和速 度来逼近最优解。
PSO算法的基本原理
01
02
初始化一群粒子,每个 粒子代表一个潜在的解。
计算每个粒子的适应度 值,根据适应度值评估 其优劣。
03
根据粒子的适应度值和 个体最优解、全局最优 解的信息,更新粒子的 速度和位置。
约束优化问题的求解方法
约束优化问题的求解方法可以分为解 析法和数值法两大类。解析法主要是 通过数学推导和分析来求解,适用于 一些简单的问题。数值法则是通过迭 代和搜索的方法来寻找最优解,适用 于大规模和复杂的约束优化问题。
常见的数值法包括梯度法、牛顿法、 拟牛顿法、共轭梯度法等。这些方法 在求解过程中需要用到目标函数和约 束条件的梯度信息,因此对于非线性 约束优化问题,需要用到数值微分等 近似方法来计算梯度。

粒子群算法基本原理

粒子群算法基本原理

粒子群算法基本原理粒子群算法(Particle Swarm Optimization, PSO)是一种基于群体智能的优化算法,模拟了鸟群或鱼群等生物群体在自然界中求解问题的行为。

粒子群算法是一种无约束优化算法,可以用于求解各种优化问题。

粒子群算法的基本原理是通过模拟粒子在解空间中的过程来寻找最优解。

每个粒子表示了一个潜在的解,其位置和速度表示了解的状态和速度。

整个粒子群可以看作是一个多维解空间中的群体,每个粒子都具有一个解向量和速度向量,通过不断调整速度和位置来寻找最优解。

1.初始化粒子群:根据问题的维度和约束条件,随机初始化粒子的位置和速度。

其中位置表示解向量,速度表示方向和速度。

2.计算粒子适应度:根据问题的定义,计算每个粒子的适应度。

适应度函数根据问题的不同而变化,可以是目标函数的取值或其他综合评价指标。

3.更新粒子速度和位置:通过利用粒子当前的位置、速度和历史最优解来更新粒子的速度和位置。

速度的更新过程包括两部分,第一部分是加速度项,其大小与粒子所处位置与个体最优解、群体最优解的距离有关;第二部分是惯性项,保持原有的速度方向并控制的范围。

位置的更新通过当前位置和速度得到新的位置。

4.更新个体最优解和群体最优解:将每个粒子的适应度与其历史最优解进行比较并更新。

个体最优解是粒子自身到的最优解,群体最优解是所有粒子中的最优解。

5.判断停止条件:根据预定的停止条件判断是否终止算法。

停止条件可以是达到最大迭代次数、适应度值达到一定阈值或范围满足一定条件等。

6.返回最优解:将群体最优解或个体最优解作为最终结果返回。

粒子群算法通过不断地更新粒子的速度和位置,通过粒子之间的信息交流和协作来找到最优解。

在算法的早期阶段,粒子的范围较大,有较高的探索性;随着的进行,粒子逐渐聚集在最优解周围,并逐渐减小范围,增强了局部的能力。

这种全局和局部的结合使得粒子群算法能够更好地求解多峰优化问题。

粒子群算法的优点是简单易实现、全局能力强,对于非线性、非凸性、多峰性问题有很好的适应性。

粒子群优化算法原理

粒子群优化算法原理

粒子群优化算法原理粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)是一种被启发自鸟群觅食行为的群体智能优化算法。

它最早由Kennedy和Eberhart于1995年提出,通过模拟鸟群追踪食物的行为,以期得到问题的最优解。

PSO的原理如下:1.初始化粒子群的位置和速度:每个粒子代表问题的一个解,其位置和速度表示解的位置和移动方向。

粒子的初始位置和速度通常是在问题解空间中的随机位置和速度。

2.计算粒子的适应度值:根据问题的目标函数,计算出每个粒子的适应度值,用于评估解的好坏程度。

3.更新粒子的位置和速度:根据粒子当前位置、速度和当前最优解(全局最优解和个体最优解),更新粒子的下一个位置和速度。

粒子的速度受到当前速度、向当前最优解的距离和向全局最优解的距离的影响。

4.评估是否需要更新最优解:根据当前适应度值和历史最优适应度值,评估是否需要更新全局最优解和个体最优解。

5.重复更新直到达到停止条件:重复执行步骤3-4,直到达到预设的停止条件,如达到最大迭代次数、达到目标适应度值等。

在PSO算法中,粒子的移动被认为是通过相互合作和信息共享来实现全局的。

每个粒子通过“记忆”当前得到的最优解和“经验”当前的方向,来更新下一次的位置和速度。

同时,粒子也通过“邻居”之间的信息共享来获得更多的能力。

PSO算法具有以下特点和优势:1.简单而高效:PSO算法的原理简单,易于理解和实现。

它不需要求解目标函数的梯度信息,可以应用于连续和离散优化问题。

2.全局能力强:PSO算法通过全局最优解和个体最优解的更新,能够有效地进行全局,在解空间中找到问题的最优解。

3.并行计算能力强:PSO算法的并行计算能力强,可以快速地处理大规模和高维问题。

4.适应度函数的简单性:PSO算法对问题的适应度函数的形式和计算复杂性没有要求,适用于各种类型的优化问题。

PSO算法已经被广泛应用于各种领域,如机器学习、神经网络、信号处理、图像识别、经济学、工程等。

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违反度都较小 的粒 子所携 带 的有 用 的信 息难 以有效地 得 到利
用 , 而很难 找到足够的可行粒子 , 成恶性循环 。 从 形
版 P O虽然具 有 较快 的收敛 速 度 , 更 容 易 陷入 局部 极 值 。 S 但
为 了克服 全局 版 P O的缺点 , 究人 员采 用每个 粒 子仅 在一 S 研
文章 编号 :10 —6 5 21 )727 —3 0139 (0 10 —4 60
di1 .9 9 ji n 10 —6 5 2 1 . 7 0 0 o :0 3 6 /.s . 0 13 9 . 0 10 .2 s
Dy a c n ih o h o atce s r o tmiain fr n mi eg b r o d p ril wa m pi z t o o
a d d s n d a mp o e d p i e c n t i t a d ig meh d Ac o dn o i r t n n mb r l e ri c e s e r h d b a e n e i e n i r v d a a t o s an n l t o . c r i g t t ai u e i a n ra e s a c e is s g v r h n e o n
A s at a ieS am ot i t n( S b t c:Prc W i pi z i P O)fr o ig o sa e p m z i rbe ie r u rm t e ovr r tl m ao o sln nt i dot i t npol e s ds i s e a r ne— v c rn i ao ms x t e o p u c
作者简介 : 彭虎( 9 l ) 男, 南长沙人 , 18一 , 湖 讲师 , 硕士 , 主要研 究方 向为智 能计 算、 数据挖掘 (x pnh @j . d .n ; x— egu j eu c ) 田俊峰 (9 3 ) 男, u 18 一 , 讲
师, 硕士 , 主要研 究方向为数据挖 掘、 现代数据库技术 ; 邓长寿( 9 2 ) 男 , , 士, 17 一 , 教授 博 主要研 究方向为智能计算、 数据挖掘.
定 的邻域 内进 行信息交换 , 提出了局部版 P O S 。粒 子的邻域拓
扑是影 响局部 版 P O算 法收敛性能的关键 因素 。 S
1 2 动 态 邻 域 .
为 了增强粒子群 的多样 性同时也减缓收敛 的速度 , 避免过
早陷入局部最优 , S I O使用局部模 型 , 将随机拓 扑与冯 ・ P 并 诺 依曼拓扑结合起来 , 提出 了动态邻 域 , 即粒子 的邻域 是动 态的
Ke y wor ds: p ril s r o tmiai n; d n mi ih o ho d; c nsr i d o tmiain; s q e ta q a r tc r g a a ce wa m p i z to t y a c neg b r o o tane p i z t o e u n il u d a i p o r m—
与其他启发式算法相 比, 粒子群算 法已被证 明是 一种具有竞争
力的无约束优化 问题 的求解算法 。近年来 , 已经有一些文献开
收稿 日期 :2 1.2 1 0 0 1 .0;修 回 日期 :2 1 - 12 0 10 —0
基金项 目:江西省教 育厅科技基金资助项 目( J1 66 G J0 1 )
mi g n
粒 子群优 化 ( S 是 由 E ehr 和 K n ey 于 19 P O) brat end … 9 5年
始研究用粒子群算法来求解约束优化问题。Hu等人 提 出的 算法从可行解开始 , 并将 可行解 进行 临时存 储 ;u S n等人 提
出一种收缩系数确保粒子在可行域之 内; u d P l o等人 引入 了 i
c efce t i h al a e e o s a c e sbe s l i n, o f in ,n t e e ry bis tnd d t e r h f a i l outo whie i te lte e d d t e r h t e o i l s l in, n i l n h at rt n e o s a c h ptma outo a d
综合上述分析 , 设计一 种改进 的 自适 应约束 处理方 法 , 根 据迭代代数线性 增加 搜 索偏 向 系数 , 在早 期偏 向于搜 索可 行 解, 在后期偏 向于搜索最优解 , c、 样的粒子 随迭代代 数 像 D这 的增加而增大被利用 的概率 。这 样能 有效地 克服约束 优化研
彭 虎 ,田俊峰 ,邓长寿
( 江学 院 信 息科 学与技 术 学院 , 九 江西 九江 320 ) 305

要:粒子群算法( S ) P O 求解约束优化问题存在较严重的早熟收敛现 象, 为了有效抑制早 熟收敛 , 出了基 提
于改进 的约束 自 应方 法的动 态邻 域粒 子 群 算法 (P O 。算 法采 用动 态邻域 策略 提 高 算 法的 全局 搜 索 能 力 , 适 IS ) 设 计 了一种 改进 的 自适应 约束 处理 方法 , 根据 迭代代 数线性 增加搜 索偏 向 系数 , 早期偏 向于搜 索可 行解 , 后 在 在
的求解约束优化 问题 的动态邻域粒子群算法 (mpoe a i e i rvdprc tl
s aI o t zt n I S 。 w r pi ai , O) n mi o P
i ,, , =1 2 … l =12, , , … m
( 1)
1 动态 邻域粒 子 群算 法
1 1 粒子群算法 .
其 中: ER : ∈[ H ] i , , n}, ) 目标 函 S={ f , =1 2 …, ;( 为 ,
数 ; ≤0和 ( g( ) )= 0分别表 示约束 优化 问题 中 的不 等式 和等式 约束 。通 常基 于进化算法 的约束 处理技术 将等式 约束
在粒子群算法中 , 每个个体称为一个粒子 , 其代表一个潜 在 的解 。算法初始时随机产生一个初始种群并赋予每个 粒子一个 随机速度 。在飞行过程 中, 粒子的速度通过跟踪 两个极值来 加 以动态调整 , P 是粒子本身 找到的最好解 , 是种群找 到的最 P
期偏向于搜索最优解, 并引入序列二次规划增强算法的局部搜 索能力。通过基准测试函数 实验对 比分析 , 表明
该算 法对 于约束优 化 问题 具有 较好 的全局 收敛 性。
关键词 :粒 子群优 化 ;动 态邻 域 ;约束优化 ;序 列二 次规 划
中 图分类 号 :T 3 16 P0 .
文 献标 志码 :A
ma k f n t n s o s ta h lo t m rc n t i e p i z t n p o l mswi et rgo a o v re c . r u c i h w h tt e ag r h f o sr n d o t o i o a miai r b e t b t lb lc n e g n e o h e
prc w r pi i t n (P O) Agrh sdd nmcni brods a g poeteg blsa hcpbly at l s a ot z i ie m m ao IS . l i m ue ya i eg oho t t yt i r l a er aa it, otHale Waihona Puke h re om v h o c i
mi_ ) n厂 (
St g ( ≤O .. ) ( ): 0
∈S
新的扰动操作提高算法 的开拓能力 。
虽然 出现 的求解约束优化问题 的 P O算 法的各种 版本 对 S
算法性能有一定 的改善 , 而早熟 收敛仍 然是 约束 优化 问题 求 然 解 的一大难题 。本文提 出了一种基 于改进 的约束 自适 应方 法
第 7期
彭 虎 , : 解约束优 化 问题 的动 态邻域 粒子 群 算法 等 求
・ 4 7・ 27
根据粒子邻域是否为整个群体 ,S P O算 法分为全局模 型和
局部模 型。全 局版 P O 即前 面所 描述 的基 本 P O算 法 , S S 全局
可行粒 子 的比例一直 很小 , 么像 、 那 c等 目标 函数 值和 约束
好解 。在每次迭代中, 粒子根据 以下式 子更新速度和位置 :
= + l1p z cr( 一 )+ 22P 一 ) C ( r
= +口 () 2
转换 为不 等式 约束 进行 处理 : ( l 占 。其 中, 为等式 ) 一 ≤0 6
约束条件的容忍值 , 一般取较小 的正数 。 粒子群算法作为一种启发式算法和基于群体的进化算法 ,
a o t d s q e t u d ai r g a d p e e u n i q a r t p o r mmi gt n a c o a s a c a a i t s h o g ee p r n a o aio fb n h l a c n e h n el c e rh c p b l i .T r u h t x e me tl mp rs n o e c — o l ie h i c
提 出来 的一种基 于种群搜索 的 自适应 进化算法 , 其思想来源于 对鸟群捕食行 为的研究 , 其优 势在 于简单且 容易实 现 , 同时又 有深 刻的智能背景 , 既适合科学研究 , 又特别适 用于工程 应用 。 约束优化问题 是一类广泛存 在 于实 际工程 中但又 较难求
解的问题 , 因而对其研究具有 十分重要 的理论和实 际意义 。一 个约束优化问题可描述为如下形式 :
c n tan d o tmi ai n p o l ms o sr i e p i z to r b e
P NG E Hu, TAN u — n I J nf g,DEN C a gs o e G h n —h u
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