計(jì)算智能-粒子群優(yōu)化課件

人工智能ArtificialIntelligence(AI)

2013年9-10月2023/4/2

第4章計(jì)算智能4.7粒子群優(yōu)化算法2023/4/24.7粒群優(yōu)化4.7.1群智能和粒群優(yōu)化群智能粒群優(yōu)化4.7.2粒群優(yōu)化算法個(gè)體最佳算法全局最佳算法局部最佳算法2023/4/2群智能的特點(diǎn)：個(gè)體結(jié)構(gòu)和行為是非常簡(jiǎn)單的，通過個(gè)體之間的相互作用與協(xié)同合作，可以構(gòu)成非常復(fù)雜的群行為。2023/4/2基于群智能的算法：粒群算法：模擬鳥群的智能行為蟻群算法：模擬螞蟻的覓食行為用途：解決最優(yōu)化問題2023/4/22粒群優(yōu)化粒（子）群優(yōu)化（ParticleSwarmOptimization，PSO)算法是一種模擬鳥群行為的群體搜索算法。2023/4/2在粒子群優(yōu)化中，粒子（個(gè)體）在搜索空間中是不斷地改變位置的，但是位置變化要受到其鄰近粒子行為的影響，所以說(shuō)，粒子群優(yōu)化算法是一種共生合作算法。2023/4/24.7.2粒子群優(yōu)化算法群是粒子的集合，每一個(gè)粒子代表一個(gè)容許解。每一個(gè)粒子的位置由原先的位置和鄰近粒子的位置來(lái)確定。2023/4/2令xi(t)：粒子Pi

在時(shí)刻t

的位置vi(t)：位置變化速度則粒子Pi

的當(dāng)前位置為xi(t)=xi(t-1)+vi(t)

vi(t)xi(t-1)xi(t)2023/4/21個(gè)體最佳算法特點(diǎn)：每一個(gè)個(gè)體只將它的當(dāng)前位置與自己的最佳位置的性能值作比較，而不使用其他粒子的信息。2023/4/2記號(hào)：目標(biāo)函數(shù)、性能函數(shù)已經(jīng)得到的最佳性能值最佳性能值對(duì)應(yīng)的自變量值，即最佳的粒子位置2023/4/2算法步驟：對(duì)于粒子群P(t)

初始化，使得

t=0

時(shí)每一個(gè)粒子Pi

的位置xi(t)

是隨機(jī)的。利用每一個(gè)粒子的當(dāng)前位置計(jì)算其性能函數(shù)值（即目標(biāo)函數(shù)值）。2023/4/2(4)改變每一個(gè)粒子的速度位置隨機(jī)數(shù)(改變參數(shù))每一個(gè)粒子的新位置(5)轉(zhuǎn)到(2)，重復(fù)(2)-(4)，直到收斂為止。2023/4/2說(shuō)明：粒子離原先發(fā)現(xiàn)的最佳位置越遠(yuǎn)，使粒子回到它最佳位置所需要的速度就越大。隨機(jī)數(shù)的上限是用戶選定的算法參數(shù)，其值越大，粒子軌跡振蕩就越大；反之，軌跡就越平滑。2023/4/22全局最佳算法在全局最佳算法中，粒子群的全局最優(yōu)方案具有星形的鄰域拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：2023/4/2算法步驟：對(duì)于粒子群P(t)

初始化，使得

t=0

時(shí)每一個(gè)粒子Pi

的位置xi(t)

是隨機(jī)的。利用每一個(gè)粒子的當(dāng)前位置計(jì)算其性能函數(shù)值（即目標(biāo)函數(shù)值）。2023/4/2(3)比較每一個(gè)粒子的當(dāng)前性能值與至今得到的最佳性能，如果則2023/4/2(4)將每一個(gè)粒子的性能與全局最佳粒子的性能進(jìn)行比較，如果則即找出迄今為止的最佳粒子位置及其性能值2023/4/2(4)(續(xù))每一個(gè)粒子的新位置(5)轉(zhuǎn)到(2)，重復(fù)(2)-(4)，直到收斂為止。2023/4/2說(shuō)明：粒子離開全局最佳位置和自己的最佳位置越遠(yuǎn)，使其回到本身最佳位置的速度就越大。隨機(jī)數(shù)(1,2)可以確定為i=ri

ci

，其中ri～U(0,1)

，ci為正加速度常數(shù)。2023/4/2算法步驟：對(duì)于粒子群P(t)

初始化，使得

t=0

時(shí)每一個(gè)粒子Pi

的位置xi(t)

是隨機(jī)的。利用每一個(gè)粒子的當(dāng)前位置計(jì)算其性能函數(shù)值（即目標(biāo)函數(shù)值）。2023/4/2(3)比較每一個(gè)粒子的當(dāng)前性能值與至今得到的最佳性能，如果則2023/4/2(4)將每一個(gè)粒子的性能與局部最佳粒子的性能進(jìn)行比較，如果則即找出迄今為止的局部最佳粒子位置及其性能值2023/4/2(4)(續(xù)）改變每一個(gè)粒子的速度位置隨機(jī)數(shù)第二項(xiàng)：認(rèn)知分量第三項(xiàng)：社會(huì)分量2023/4/2(4)(續(xù))每一個(gè)粒子的新位置(5)轉(zhuǎn)到(2)，重復(fù)(2)-(4)，直到收斂為止。2023/4/2說(shuō)明：粒子離開局部最佳位置和自己的最佳位置越遠(yuǎn)，使其回