萤火虫算法及其应用研究Matlab

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萤火虫算法

萤火虫算法
但在国内,对人工萤火虫群优化算法的研究还刚起步,可参考文献少。
2008年,Krishnanand, K.N. 和 Ghose, D. 给出了萤火虫群优化算法应用于多
2009年,Krishnanand, K.N.和 Ghose, D. 用萤火虫群优化算法来优化多极值函
数,并捕获多极值函数的多个局部最优值。此Krishnanand, K.N. 和 Ghose, D. 还用基于多种群的萤火虫群优化算法来检测环境中普遍存在的危险之源。
萤火虫算法简介
主要内容
1.算法产生背景; 2.算法原理; 3.算法实现 4.适用领域
算法产生背景
人工萤火虫群优化(Glowworm Swarm Optimization,GSO)算法是 印度学K.N.Krishnanand 和 D. Ghose 于 2005 年提出的一种新型群智能 优化算法。 算法思想源于模拟自然界中萤火虫在晚上群聚活动的自然现象而 提出的,在萤火虫的群聚活动中,各只萤火虫通过散发荧光素与同伴 进行寻觅食物以及求偶等信息交流。一般来说,荧光素越亮的萤火虫 其号召力也就越强,最终会出现很多萤火虫聚集在一些荧光素较亮的 萤火虫周围。人工萤火虫算法就是根据这种现象而提出的一种新型的 仿生群智能优化算法。在人工萤火虫群优化算法中,每只萤火虫被视 为解空间的一个解,萤火虫种群作为初始解随机的分布在搜索空间中, 然后根据自然界萤火虫的移动方式进行解空间中每只萤火虫的移动。 通过每一代的移动,最终使得萤火虫聚集到较好的萤火虫周围,也即 是找到多个极值点,从而达到种群寻优的目的。
算法原理

在基本人工萤火虫群优化算法中,每一只人工萤火虫都被随机 的分布在目标函数的定义空间内,这些萤火虫拥有各自的荧光素, 并且每一个萤火虫都有自己的视野范围,我们称之为决策域半径 (local-decision range)。每个萤火虫荧光素的亮度和自己所在位置对 应的目标函数的适应度值有关。荧光越亮的萤火虫表示它所在的 位置就越好,即它所对应的目标函数值也更优。萤火虫的移动方 式是:每个萤火虫在各自的视野范围内寻找邻域,在邻域中找到 发出荧光较亮的萤火虫从而向其移动。每次移动的方向会因为挑 选的邻域不同而改变。另外,萤火虫的决策域半径也会根据邻域 中萤火虫数量的不同而受影响,当邻域中萤火虫数目过少时,萤 火虫会加大自己的决策半径以便需找更多的萤火虫;反之,就会 减小自己的决策半径。最终,使得大部分萤火虫聚集在较优的位 置上。

群智能优化算法及其应用

群智能优化算法及其应用

群智能优化算法及其应用随着复杂问题的不断涌现,传统优化算法往往难以求解出满意解。

而群智能优化算法作为一种新型的优化策略,以其强大的自组织、协作和学习能力,在解决这类问题上具有显著优势。

本文将介绍群智能优化算法的背景、概念及其应用,展望未来的研究方向和挑战。

群智能优化算法是一类基于群体行为启发的优化算法,通过模拟自然界中生物群体觅食、协作等行为来求解优化问题。

这类算法包括蚁群算法、粒子群算法、蜂群算法等,它们都具有以下特点:群体协作:群智能优化算法利用群体中个体的协作和信息共享机制,共同寻找最优解。

分布式计算:群智能优化算法采用分布式计算方式,将问题分解成若干个子问题,交由不同个体进行处理。

自适应调整:群智能优化算法能够根据问题的特性和解的分布情况,自适应地调整算法参数和策略。

蚁群算法是一种模拟蚂蚁觅食行为的优化算法,通过蚂蚁之间留下的信息素来指导寻优过程。

其应用领域广泛,包括函数优化、路径规划、任务调度等。

然而,蚁群算法易出现早熟收敛和信息素更新方式单一的问题。

粒子群算法是通过模拟鸟群飞行行为来求解优化问题的一种算法,每个粒子代表一个潜在解。

粒子群算法在求解多目标优化、约束优化等问题上具有较好表现,但可能陷入局部最优解。

蜂群算法是一种模拟蜜蜂觅食和酿蜜行为的优化算法,通过蜜蜂之间的协作和信息共享来寻找最优解。

蜂群算法在处理复杂优化问题时具有较高效率和鲁棒性,适用于多目标优化、约束优化等领域。

群智能优化算法在解决优化问题上具有广泛应用,除了上述的蚁群算法、粒子群算法和蜂群算法,还包括遗传算法、模拟退火算法、灰色狼群算法等。

这些算法在解决不同类型的问题时具有各自的优势和适用范围。

遗传算法是模拟生物进化过程的优化算法,通过选择、交叉和变异操作来产生新的解。

遗传算法在求解大规模、高维度优化问题时具有较好表现,但可能存在早熟收敛和计算效率低下的问题。

模拟退火算法是模拟固体退火过程的优化算法,通过引入随机因素来避免陷入局部最优解。

萤火虫粒子群算法

萤火虫粒子群算法

萤火虫粒子群算法萤火虫粒子群算法(Firefly Particle Swarm Algorithm,FPSA)是一种基于自然界萤火虫行为的优化算法。

该算法以萤火虫的闪烁行为为模型,通过模拟萤火虫间的交互行为,实现寻优问题的求解。

萤火虫是夜晚中特别美丽的昆虫,它们通过自身发出的光来吸引异性。

这种闪烁行为寄托着萤火虫之间的信息沟通和物种延续的重要意义。

借鉴这个行为,研究者们提出了萤火虫粒子群算法,并将其应用于优化问题的求解上。

萤火虫粒子群算法的核心思想是通过模拟萤火虫之间的吸引和追逐行为来搜索最优解。

在算法的初始阶段,每个萤火虫代表一个解空间中的潜在解,并具有一个发光强度(适应度值)用于表示其优劣程度。

根据萤火虫之间的距离和发光强度的差异,萤火虫具有不同的移动性和吸引力。

发光强度越高的萤火虫具有更强的吸引力,其他萤火虫则朝着亮度更高的方向移动。

通过模拟萤火虫的吸引和移动行为,萤火虫粒子群算法逐步搜索最优解。

不断迭代的过程中,萤火虫通过更新自身位置和优劣程度来逐渐接近全局最优解。

与传统的粒子群算法相比,萤火虫粒子群算法具有更好的全局搜索能力和收敛速度。

萤火虫粒子群算法在许多优化问题中得到了广泛应用。

例如,在无线传感器网络中的能量优化问题中,通过萤火虫粒子群算法可以优化传感器节点的部署方案,延长网络的生命周期。

此外,该算法还可以应用于机器学习中的特征选择、神经网络训练等问题中,帮助提高模型性能和减少计算复杂度。

总之,萤火虫粒子群算法是一种生动有趣的优化算法,通过模拟萤火虫之间的吸引和追逐行为,实现了寻优问题的求解。

其广泛应用于各领域的实际问题中,为优化问题的解决提供了一种有效的方法。

未来,我们可以进一步探索萤火虫粒子群算法的改进和优化,以满足更多实际问题的需求。

萤火虫扰动算法

萤火虫扰动算法

萤火虫扰动算法(Firefly Algorithm)是一种模拟自然界萤火虫群体行为的优化算法,用于解决优化问题。

这个算法最初由Xin-She Yang在其2010年的研究论文中提出。

萤火虫扰动算法通过模拟萤火虫在搜索食物的过程中相互之间的光信号交流来实现优化。

以下是萤火虫扰动算法的基本原理和步骤:
基本原理:
1.吸引度:萤火虫的光亮程度被称为吸引度,与其所在位置的适应度(即解
的优劣)有关。

适应度越高的解,其吸引度越大。

2.运动:萤火虫根据其吸引度和与其他萤火虫的距离来调整其位置,目标是
向适应度更高的解靠近。

3.扰动:为了增加算法的全局搜索能力,引入了随机扰动,使得萤火虫有概
率在搜索空间中随机移动。

算法步骤:
1.初始化群体:随机生成初始萤火虫群体,并计算每个萤火虫的适应度。

2.迭代:对于每一代,按照吸引度和距离调整萤火虫的位置。

即,每个萤火
虫根据其他萤火虫的吸引度和相对位置来移动。

3.扰动:对群体中的每个萤火虫,有一定概率进行随机扰动。

4.适应度评估:计算新位置的适应度。

5.更新:根据适应度的改变更新萤火虫的位置。

6.终止条件:根据预定的停止条件(迭代次数、适应度阈值等)决定是否终
止算法。

代码示例(简化):
以下是萤火虫扰动算法的简化代码示例,其中假设优化目标是最小化的:
这只是一个简化的示例,实际应用中,可能需要根据问题的特点调整参数,或者在更复杂的问题中使用更复杂的扰动和移动策略。

几种改进的萤火虫算法性能比较及应用

几种改进的萤火虫算法性能比较及应用

几种改进的萤火虫算法性能比较及应用作者:马良玉曹鹏蕊来源:《软件导刊》2017年第01期摘要摘要:萤火虫算法(FA)是继粒子群算法、遗传算法、模拟退火算法等经典智能算法之后,由剑桥学者Yang Xin-she提出的一种模仿自然界萤火虫捕食、求偶行为的新颖的群体智能随机优化算法。

该算法近年来逐渐在不同优化领域得以成功应用,但也存在易陷入局部最优、算法过早收敛等问题,为此许多学者对萤火虫算法进行了改进。

针对基于惯性权重的萤火虫算法、基于混沌算法的萤火虫算法这两种改进算法,通过几种标准检验函数对各算法的性能进行详细的仿真、比较,得出具体试验结果。

在控制系统PID参数优化中应用改进后的萤火虫算法,仿真结果表明改进后的萤火虫算法寻优精度和搜索速度均优于基本粒子群算法。

关键词关键词:萤火虫算法;惯性权重;混沌算法;函数优化;比较研究;PID;粒子群算法DOIDOI:10.11907/rjdk.162200中图分类号:TP312文献标识码:A文章编号文章编号:16727800(2017)001002105引言2008 年,Yang[1]通过对萤火虫个体相互吸引和移动过程的研究,提出了一种新型群体智能优化算法,即萤火虫算法(Firefly Algorithm,FA)。

虽然目前萤火虫算法还缺乏完备的数学理论基础,但已有研究结果表明,萤火虫算法具有较高的寻优精度和收敛速度,是一种可行有效的优化方法,为智能优化提供了新思路[2],已经在诸多领域得以应用[37]。

但萤火虫算法作为一种新的群体智能仿生优化算法,发展时间尚短,算法本身存在着对于初始解分布的依赖性、后期收敛速度慢、易于停滞、早熟和求解精度低等缺陷。

近几年,相关学者对其进行了多角度的改进。

Lukasik等[8]于2009 年对FA 进行了改进,并对算法的参数进行研究,改进后的FA 提高了求解精度,但求解速度较慢。

冯艳红等[9]提出了基于混沌理论的动态种群萤火虫优化算法(CDPFA),该算法运用立方映射混沌初始化萤火虫初始位置,取得了较好的效果,进一步提高了算法的寻优精度和求解速度。

FA萤火虫算法

FA萤火虫算法

萤火虫算法(GSO与FA)1 前言仿生群智能优化算法是近些年来国内外学者研究的热点问题,其主要的思想是研究或者模仿自然界群体生活的生物的社会行为而构造的随机搜索方法。

目前研究比较多的有两种算法:蚁群算法(ACO)和粒子群算法(PSO)。

有研究结果表明,仿生群智能优化算法为许多应用领域提供了新思路和新方法。

2005年,印度学者K.N.Krishnanand和D.Ghose在IEEE群体智能会议上提出了一种新的群智能优化算法,人工萤火虫群优化(Glowworm Swarm Optimization, GSO)算法。

2009年,剑桥学者Xin-She Yang根据自然界中萤火虫的发光行为提出萤火虫算法(Firefly Algorithm, FA)。

自这两种萤火虫算法提出以来,各国学者对这两种算法进行了研究、改进和应用。

经过几年的发展,在连续空间的寻优过程和一些生产调度方面萤火虫算法具有良好的应用前景。

GSO和FA有相似的方面,但在具体实现方面有一定差异。

本文具体介绍和分析了这两种算法及其改进算法。

2 关于GSO(人工萤火虫)在GSO算法中,每一只人工萤火虫散步在解的空间中个人感觉这个解空间,就是目标函数的取值这些萤火虫带着荧光,并且拥有各自的视线范围,称为决策域(local-decision range)。

个人感觉:这里可以类比AFSA(人工鱼群中的相关的函数的概念)亮度与自己所在位置上的目标值有关。

越亮的萤火虫表示它所在的位置越好,即有较优的目标函数值。

个人感觉:这里的思想十分类似AFSA中涉及到的目标函数大的地方,个体聚集的就多,而且越来愈多萤火虫会在决策域范围内寻找邻居集合,在集合当中,越亮的邻居拥有越高的吸引力吸引此萤火虫往这个方向移动,每一次的飞行方向会随着挑选的邻居不同而改变。

此外,决策域范围的大小会受到邻居数量的影响,当邻居密度越低,萤火虫的决策半径会加大以寻找更多的邻居;当邻居密度越高,它的决策半径会缩小。

基于标准萤火虫算法的改进与仿真应用

基于标准萤火虫算法的改进与仿真应用
第4 3卷 第1 1 A期 2 0 1 6年1 1月
计 算 机 科 学 C o m u t e r c i e n c e S p
V o l . 4 3N o . 1 1 A N o v 2 0 1 6
基于标准萤火虫算法的改进与仿真应用
臧 睿 李辉辉 ( ) 东北林业大学理学院 哈尔滨 1 5 0 0 4 0
— — 萤火虫算法的研究 , 摘 要 通过对一种智能优化算法 — 在标准萤火虫算法中引入一种新型的自适应惯性权重来 提高算法的收敛速度 , 并提出用虚拟萤火虫来加强萤火虫之间的相互协作和信息共享 , 进而改进了萤火虫的位置 更 新 公式 。 针对算法中萤火虫位置的越界问题和边界早熟问题 , 引入一种对称边界变异, 提高了改进后的算法的寻优率。 对 6 个标准测试函数的实验结果表明 : 改进后的萤火虫算法的有效性 、 收敛速度得到了明显的提高 。 最后对两 个 经 典 工程优化问题进行了计算 , 运用改进后的算法所得的结果优于其它算法所得结果 , 也验证了萤火虫算法在改进后 的 适 用性 。 关键词 萤火虫算法 , 自适应惯性权重 , 相互协作 , 信息共享 , 边界变异 , 工程优化 中图法分类号 T P 3 0 1 文献标识码 A
I m r o v e m e n t a n d S i m u l a t i o n A l i c a t i o n B a s e d o n S t a n d a r d F i r e f l A l o r i t h m p p p y g
Z ANG R i I H u i h u i L -
( , , ) C o l l e e o f S c i e n c e N o r t h e a s t F o r e s t r U n i v e r s i t H a r b i n 1 5 0 0 4 0, C h i n a g y y

混沌萤火虫优化算法的研究及应用

混沌萤火虫优化算法的研究及应用

混沌萤火虫优化算法的研究及应用郁书好;苏守宝【期刊名称】《计算机科学与探索》【年(卷),期】2014(8)3【摘要】针对基本萤火虫群优化算法的早熟收敛,易陷入局部最优值,求解精度不高等问题,提出了一种基于切比雪夫映射的混沌萤火虫优化算法。

利用混沌系统的随机性和遍历性初始化萤火虫群,获得了质量较高且分布较均匀的初始解;同时对部分适应值低的个体进行了混沌优化,以提高种群的多样性。

对4个标准测试函数进行了仿真实验,结果表明该算法的求解精度、全局搜索能力优于基本萤火虫优化算法。

将改进算法应用于车辆路径问题的求解中,结果表明了改进算法的有效性。

%To overcome the disadvantages of premature convergence, local optimum and low precision in basic glow-worm swarm optimization (GSO) algorithm, this paper proposes a chaotic glowworm swarm optimization (CGSO) algorithm based on Chebyshev map. CGSO applies the features of chaotic randomness and ergodicity to initial the glowworm population. Therefore, it can achieve high quality and uniformly distributed initial solutions. Meanwhile, in order to increase the diversity of population, the proposed algorithm disturbs the partial individuals with low fitness value by Chebyshev map. The experiments on four standard test functions show that CGSO outperforms the basic GSO in precision and global searching ability. Finally, the improved algorithm is applied to vehicle routing problem (VRP), the results show that the algorithm is effective.【总页数】7页(P352-358)【作者】郁书好;苏守宝【作者单位】合肥工业大学计算机网络系统研究所,合肥 230009; 皖西学院信息工程学院,安徽六安 237012;皖西学院信息工程学院,安徽六安 237012【正文语种】中文【中图分类】TP301.6【相关文献】1.带交尾行为的混沌人工萤火虫优化算法 [J], 黄凯;周永权2.变尺度混沌光强吸收系数的萤火虫优化算法 [J], 徐华丽;苏守宝;陈家俊;牛应轩3.一种混沌多样性控制的萤火虫优化算法 [J], 徐华丽;苏守宝;严仍荣;马艳4.综合成本最小的车辆调度问题及混沌萤火虫优化算法 [J], 李娟;余国印5.具有混沌搜索策略的萤火虫优化算法 [J], 刘长平;叶春明因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

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兰州交通大学毕业设计(论文) I 摘 要 萤火虫算法(Firefly Algorithm,FA)是受自然界中的萤火虫通过荧光进行信息交流这种群体行为的启发演变而来。它是由剑桥大学的Xin-She Yang教授在2009年提出的,它作为一种新颖的仿生群智能优化算法,有较大的研究空间。近几十年来随着越来越多的仿生群智能算法的提出,人们对于这些算法的认识和研究也逐步加深。 本文先介绍群智能优化算法的理论概念,然后着重通过对萤火虫算法仿生原理的了解,从数学的角度对萤火虫算法进行合理的描述和过程的定义,最后编写该算法的matlab代码实现对3个峰值函数进行仿真测试,得出其测试结果。同时用遗传算法对同样的测试函数也进行仿真测试,得出其测试结果。最后通过测试结果比较萤火虫算法和遗传算法分别在对峰值函数寻优结果的精确度。在比较过程中,可以根据测试结果发现,萤火虫算法在对峰值函数的寻优结果的精确度优于遗传算法。这表明了萤火虫算法在连续空间优化的可行性和有效性,同时也表明了萤火虫算法具有良好的应用前景。 关键词: 萤火虫算法,仿生群智能优化算法,优化分析,遗传算法 兰州交通大学毕业设计(论文)

II ABSTRACT The Firefly Algorithm (FA) is affected by the nature of the Firefly exchange of information through a fluorescence inspired this kind of crowd behavior has evolved. It is made by Xin - She Yang professor at the university of Cambridge in 2009, as a novel bionic swarm intelligent optimization algorithm, has a large research space. In recent decades as more bionic swarm intelligent algorithm is put forward, people also gradually deepen to the understanding and research of those algorithms. First,it is introduced in this paper theoretical concepts of swarm intelligence optimization algorithm, and then emphatically through the understanding of firefly algorithm bionic principle, from the perspective of mathematical descriptions of firefly algorithm is reasonable and the definition of the process, finally ,writes matlab code of the algorithm to realize the three peak function simulation test, to test results. At the same time with the genetic algorithm on the same test function, simulation test, to test results. Finally by comparing test results of firefly algorithm and genetic algorithm in the accuracy of the optimization results of peak function respectively. In the process of comparison, according to the result of test, it can shows that the firefly algorithm on the accuracy of the optimization results of peak function is superior to genetic algorithm. It shows that the feasibility and effectiveness of firefly algorithm in the continuous space optimization, but also shows that the firefly algorithm has a good application prospect. Keywords: firefly algorithm, The bionic swarm intelligent optimization algorithm, Optimization analysis, genetic algorithm 兰州交通大学毕业设计(论文)

III 目 录 摘 要 ......................................................................................................................................... I ABSTRACT .............................................................................................................................. II 目 录 ...................................................................................................................................... III 第一章 绪论 ............................................................................................................................ 1 一、 研究的背景及意义 ................................................................................................... 1 二、 群智能优化算法的研究现状 ................................................................................... 1 三、 本论文的内容和结构 ............................................................................................... 2 第二章 群智能优化理论 ........................................................................................................ 4 一、 群智能优化算法的概述 ........................................................................................... 4 二、 模拟退火算法 ........................................................................................................... 4 三、 遗传算法 ................................................................................................................... 5 四、 蚁群算法 ................................................................................................................... 7 五、 粒子群优化算法 ....................................................................................................... 8 六、 人工萤火虫群优化算法 ........................................................................................... 9 七、 人工鱼群算法 ......................................................................................................... 11 第三章 萤火虫算法 .............................................................................................................. 13 一、 萤火虫算法的概念 ................................................................................................. 13 二、 萤火虫算法的国内外研究现状 ............................................................................. 13 三、 萤火虫算法的仿生原理 ......................................................................................... 14 四、 萤火虫算法的数学描述与分析 ............................................................................. 15 五、 萤火虫算法的流程 ................................................................................................. 16 六、 实现萤火虫算法的matlab代码 ............................................................................ 16 第四章 仿真实验与分析 ...................................................................................................... 22 一、 三个测试函数的介绍 ............................................................................................. 22 二、 FA和GA对F1(x)的仿真测试 .............................................................................. 22 三、 FA和GA对F2(x)的仿真测试 .............................................................................. 25 四、 FA和GA对F3(x)的仿真测试 .............................................................................. 27 五、 测试结果分析 ......................................................................................................... 30

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