用python3实现粒子群优化算法(PSO)

本文介绍了粒子群优化算法(PSO)的基本原理,并提供了使用Python3实现PSO的简化代码示例。文章通过模拟鸟群捕食行为,解释了粒子的两个关键属性——速度和位置的更新规则。代码中限制了粒子速度以保持在一定范围内,并用Hölder table function作为测试函数展示算法性能。通过运行实例,展示了PSO在解决优化问题时可能陷入局部最优的情况。

【注】:完整源码在我的github上,找不找得到就看自己咯 ^ _ ^

粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)属于进化算法的一种,是通过模拟鸟群捕食行为设计的。从随机解出发,通过迭代寻找最优解,通过适应度来评价解的品质。设想这样一个场景:一群鸟在随机搜索食物。在这个区域里只有一块食物。所有的鸟都不知道食物在那里。但是他们知道当前的位置离食物还有多远。那么找到食物的最优策略是什么呢。最简单有效的就是搜寻目前离食物最近的鸟的周围区域。
所有的粒子具有以下两个属性:速度、位置。
PSO 初始化为一群随机粒子(随机解)。然后通过迭代找到最优解。在每一次迭代中,粒子通过跟踪两个"极值"来更新自己。第一个就是粒子本身所找到的最优解pbest。另一个极值是整个种群目前找到的最优解,即全局极值gbest。粒子通过下面的公式来更新自己的速度和位置:

速度:
v i + 1 = w ∗ v i + c 1 ∗ r a n d 1 ∗ ( p b e s t i − x i ) + c 2 ∗ r a n d 2 ∗ ( g b e s t i − x i ) v_{i+1}=w*v_i + c_1*rand_1*(pbest_i-x_i) + c_2*rand_2*(gbest_i-x_i) vi+1=wvi+c1rand1

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