【2025年SCI一区智能优化算法】真菌生长优化算法（Fungal Growth Optimizer，FGO）附MATLAB代码

最新推荐文章于 2025-12-02 15:32:05 发布

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#算法 #matlab #开发语言

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🔥 内容介绍

在当今复杂的工程优化、数据科学和人工智能领域，面对高维、多峰、非线性的优化问题，传统的数学优化方法往往难以高效求解。元启发式算法凭借其强大的全局搜索能力和对问题模型的低依赖性，成为解决这类复杂问题的重要工具。从早期的遗传算法、粒子群优化算法，到近年来的鲸鱼优化算法、哈里斯鹰优化算法，各类自然启发式算法不断涌现，为优化领域注入新的活力。

然而，随着优化问题的维度不断提升、约束条件日益复杂，现有算法在处理高维问题时仍面临收敛速度慢、易陷入局部最优等挑战。在此背景下，真菌生长优化算法（Fungal Growth Optimizer，FGO）作为一种新型的自然启发式元启发式算法应运而生。该算法从自然界真菌独特的生长行为中汲取灵感，通过模拟菌丝生长、分支和孢子萌发等过程，构建了一套高效的探索与开发机制，在高维优化问题和复杂约束场景中展现出巨大的应用潜力。

FGO 算法的灵感来源与生物学基础

真菌生长的生物学特性

真菌作为自然界中一类特殊的生物群体，其生长与繁殖方式具有显著的适应性和扩展性，为算法设计提供了丰富的灵感：

菌丝尖端生长：真菌的营养体主要由菌丝构成，菌丝尖端具有极强的生长活性，能够朝着营养丰富的区域定向延伸。尖端细胞的持续分裂推动菌丝向前推进，这种定向生长特性使其能够高效探索周围环境。

分支机制：当菌丝遇到适宜的生长条件时，会在主菌丝上产生分支，形成复杂的菌丝网络。分支的生长方向既受营养浓度梯度影响，又存在一定的随机性，这种特性在保证探索广度的同时，增强了对局部区域的开发能力。

孢子萌发与扩散：在生长周期的特定阶段，真菌会产生大量孢子。孢子具有很强的抗逆性，能够通过空气、水等媒介远距离扩散，在新的环境中萌发形成新的菌丝体，这一过程为种群引入了新的基因多样性，有助于跳出局部最优。

营养感知与趋化性：真菌能够通过细胞膜上的受体感知周围环境中营养物质（如葡萄糖、氨基酸）的浓度梯度，并据此调整生长方向，表现出明显的趋化性，这种能力使其能够高效聚集于资源丰富的区域。

生物学行为与算法机制的映射

FGO 算法将真菌的生物学行为抽象为优化过程中的核心操作，建立了明确的映射关系：

菌丝体的整体分布对应算法的解空间，每个菌丝尖端的位置代表一个潜在解；

菌丝尖端的定向生长对应算法的局部开发过程，通过微调解的位置以提升解的质量；

分支行为对应算法的探索扩展，通过在当前解周围生成新的候选解，扩大搜索范围；

孢子萌发对应种群的多样性更新机制，通过引入随机生成的新解，避免算法陷入局部最优；

营养浓度梯度对应目标函数的适应度值，菌丝向高营养区域生长等价于算法向高适应度解的方向搜索。

FGO 算法的核心框架与操作符

算法整体框架

FGO 算法的优化过程模拟真菌从初始生长到形成成熟菌丝网络的生命周期，主要包括以下模块：

初始化模块：在解空间中随机生成初始菌丝体（初始种群），每个菌丝体包含若干个菌丝尖端，每个尖端的坐标对应一个初始解；

适应度评估模块：计算每个菌丝尖端的适应度值（基于目标函数），评估其 “营养浓度”；

生长与分支模块：根据适应度梯度，驱动菌丝尖端生长和分支，生成新的候选解；

孢子扩散模块：定期生成孢子并随机扩散，在解空间中萌发新的菌丝体，维持种群多样性；

选择与更新模块：根据适应度值筛选优质解，淘汰劣质解，更新菌丝网络的结构；

终止判断模块：当达到最大迭代次数或适应度值趋于稳定时，终止算法并输出最优解。

⛳️ 运行结果

📣 部分代码

ppv=[0,0,0,0,0,0,1.34060681352041,1.13391651200680,1.40252116109929,1.74124103883023,1.49174914115029,2.53240793479920,2.04065972732231,2.35828237099756,1.55809477900388,1.64805990357317,1.87064383698464,1.29603798576622,0,0,0,0,0,0;0,0,0,0,0,0,1.18358196815285,1.20530370391118,1.35854372362592,1.32447876876720,1.70829563301966,2.51396807020581,1.87219733041650,1.51045430771326,2.14995685962274,2.36901954872155,1.49939386631594,1.24439925735197,0,0,0,0,0,0;0,0,0,0,0,0,1.01175119002517,1.31035724158009,1.08516736148552,1.94136887715302,1.93148023426153,2.08839059797124,2.16179304729596,1.66329638481645,2.26989483226563,2.44265872929522,1.36505525184415,1.44002086391399,0,0,0,0,0,0;0,0,0,0,0,0,1.04539328775374,1.03998113428866,1.18246929195709,1.69424435782838,1.64461569874716,2.06924213909286,2.43963602014925,1.68729987832366,1.87805529528869,1.51992087170733,2.01158827571321,1.29724518700574,0,0,0,0,0,0;0,0,0,0,0,0,1.32311860610225,1.28695117820334,1.34520597073109,1.46724609252811,1.74247560818882,1.72276716702525,2.57775664860191,1.79578137388444,2.66126270645276,2.15099361545381,1.66252664174142,1.63885764533067,0,0,0,0,0,0];

pload=[[0.431807609584421,0.486148921643357,0.721272534818094,0.898346267079082,0.944425724763714,0.541378372225899,0.882373258746104,1.56831193839750,1.86281649971011,1.99584713547466,2.19733700575767,2.29773449997527,2.47099246563420,1.66872324677400,1.77591203172356,1.32477944622446,1.95414778150622,1.54974896023576,1.74359932022130,1.44846182755801,0.955252219886710,1.25160480095078,1.49222676285844,0.682744656361740;0.483635538027688,0.495506878187239,0.714763198577902,0.799435561018225,1.01952146263562,0.800604394686264,0.945961336073563,1.28885742430358,1.90848488028237,2.10268787259155,1.91839575715085,1.85220123265328,2.17764591245376,1.78073710542207,1.73239834633622,1.42351956423826,2.03383140201547,2.58777879153454,1.89810311996295,1.45544594829551,1.11733457030710,0.835193945440698,1.45888556170521,0.737906988149361;0.475566682884608,0.538938919866738,0.694384127185758,0.948064145000996,0.869283322295024,0.693421312226079,1.24531781162386,1.18155825364294,2.24893779918531,2.22929790054771,1.91247902153441,1.60109975699407,2.04025369591884,1.62927362526231,1.94798019608120,1.30811995960382,1.92258374438264,2.34731329057125,1.88682790373556,1.82091112812632,0.761274726486709,1.14465406229059,1.66887813069703,0.687295849991400;0.506197427493947,0.555237638826251,0.711932167351328,0.723600759144382,1.04613991322447,0.658159592550928,1.07636853878386,1.06165890483766,2.06902267439968,2.48488721178039,2.34092228143214,2.63450984929863,2.35352014698963,2.08958282274750,1.65408992214257,1.54410971082492,1.94697999777118,1.92406941886044,2.00023938323277,2.10124494602628,1.04036325929128,0.984006134878927,1.94126189741016,0.651136186886876;0.504831465058796,0.522880453611977,0.805416372257449,0.776866377863578,1.09776915278538,0.499517330314076,0.895214516450348,1.27340524098249,1.51733245769139,1.46096552221328,2.35562457523011,1.98343189442592,1.73365278725908,1.98502985411742,2.00458112949663,1.35148256752316,1.86202305372752,2.23007113968369,1.56324879332238,1.57649124469752,0.995615716738264,1.11287433329993,1.96306488103865,0.572126166745211]];

%% 定义变量

%%定义市场购电电价以及售电电价

xb=[630,630,630,630,630,630,1020,1020,1020,1520,1520,1520,1520,1520,1020,1020,1020,1520,1520,1520,1020,1020,630,630];

xs1=[100,100,100,100,100,100,380,380,380,800,800,800,800,800,380,380,380,800,800,800,380,380,100,100];

xs=1.05*xs1;

%% 定义燃气轮机参数

a=600;%固定开机费用

kcp=100;%分段线性化费用

sconv=100;%启停费用

gtmax=3.31;%出力上限

gtmin=1.3;%最小出力值

ramp=1.5;%爬坡率