Python实现粒子群算法的示例

#基本粒子群算法
#vi+1 = w*vi+c1*r1*(pi-xi)+c2*r2*(pg-xi)  速度更新公式
#xi+1 = xi + a*vi+1  位置更新公式（一般a=1）
#w = wmax -(wmax-wmin)*iter/Iter 权重更新公式
#iter当前迭代次数 Iter最大迭代次数 c1、c2学习因子 r1、r2随机数 pi粒子当前最优位置 pg粒子群全局最优
#初始化 wmax=0.9 wmin=0.4 通常c1=c2=2 Iter对于小规模问题（10，20）对于大规模（100，200）
#算法优劣取决于w、c1和c2，迭代结束的条件是适应度函数的值符合具体问题的要求
#初始化粒子群，包括尺寸、速度和位置
#本算法假设想要的输出是长度为10的矩阵，y=[1.7]*10,适应度函数f（x）= |x-y| <=0.001符合要求

import numpy as np

swarmsize = 500
partlen = 10
wmax,wmin = 0.9,0.4
c1 = c2 = 2
Iter = 400

def getwgh(iter):
  w = wmax - (wmax-wmin)*iter/Iter
  return w

def getrange():
  randompv = (np.random.rand()-0.5)*2
  return randompv

def initswarm():
  vswarm,pswarm = np.zeros((swarmsize,partlen)),np.zeros((swarmsize,partlen))
  for i in range(swarmsize):
    for j in range(partlen):
      vswarm[i][j] = getrange()
      pswarm[i][j] = getrange()
  return vswarm,pswarm

def getfitness(pswarm):
  pbest = np.zeros(partlen)
  fitness = np.zeros(swarmsize)
  for i in range(partlen):
    pbest[i] = 1.7

  for i in range(swarmsize):
    yloss = pswarm[i] - pbest
    for j in range(partlen):
      fitness[i] += abs(yloss[j])
  return fitness

def getpgfit(fitness,pswarm):
  pgfitness = fitness.min()
  pg = pswarm[fitness.argmin()].copy()
  return pg,pgfitness

vswarm,pswarm = initswarm()
fitness = getfitness(pswarm)
pg,pgfit = getpgfit(fitness,pswarm)
pi,pifit = pswarm.copy(),fitness.copy()

for iter in range(Iter):
  if pgfit <= 0.001:
    break
  #更新速度和位置
  weight = getwgh(iter)
  for i in range(swarmsize):
    for j in range(partlen):
      vswarm[i][j] = weight*vswarm[i][j] + c1*np.random.rand()*(pi[i][j]-pswarm[i][j]) + c2*np.random.rand()*(pg[j]-pswarm[i][j])
      pswarm[i][j] = pswarm[i][j] + vswarm[i][j]
  #更新适应值
  fitness = getfitness(pswarm)
  #更新全局最优粒子
  pg,pgfit = getpgfit(fitness,pswarm)
  #更新局部最优粒子
  for i in range(swarmsize):
    if fitness[i] < pifit[i]:
      pifit[i] = fitness[i].copy()
      pi[i] = pswarm[i].copy()

for j in range(swarmsize):
  if pifit[j] < pgfit:
    pgfit = pifit[j].copy()
    pg = pi[j].copy()
print(pg)
print(pgfit)