多目标优化算法:多目标浣熊优化算法(multi-objective Coati Optimization Algorithm,MOCOA)

文章介绍了浣熊优化算法(COA)及其多目标版本MOCOA,COA以其强大的进化能力和快速收敛性在优化问题中展现出优势。MOCOA则扩展到多目标场景,通过在多种测试函数和工程问题上的实验,证明了其有效性和性能。提供的MATLAB代码示例展示了MOCOA的实现过程和结果可视化。

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一、浣熊优化算法COA

浣熊优化算法(Coati Optimization Algorithm,COA)由Dehghani Mohammad等人于2022年提出的模拟浣熊狩猎行为的优化算法,该算法具有进化能力强,收敛速度快,收敛精度高等特点。

COA具体原理如下: 智能优化算法:浣熊优化算法-附代码_智能算法研学社(Jack旭)的博客-优快云博客

参考文献:Dehghani Mohammad, Montazeri Zeinab, Trojovská Eva, Trojovský Pavel. Coati Optimization Algorithm: A new bio-inspired metaheuristic algorithm for solving optimization problems[J]. Knowledge-Based Systems,2023,259.

二、多目标浣熊优化算法MOCOA

多目标优化算法:多目标浣熊优化算法(Multi-objective Coati Optimization Algorithm,MOCOA) - 知乎 (zhihu.com)

多目标浣熊优化算法(multi-objective Coati Optimization Algorithm,MOCOA)由COA融合多目标策略而成,为了验证所提的MOCOA的有效性,将其在46个多目标测试函数(ZDT1、ZDT2、ZDT3、ZDT4、ZDT6、DTLZ1-DTLZ7、WFG1-WFG10、UF1-UF10、CF1-CF10、Kursawe、Poloni、Viennet2、Viennet3)以及1个工程应用(盘式制动器设计)上实验,并采IGD,GD,HV,SP四种评价指标进行评价。

部分代码:

close all;
clear ; 
clc;
%%
% TestProblem测试问题说明:
%一共46个多目标测试函数(1-46)+5个工程应用(47-50),详情如下:
%1-5:ZDT1、ZDT2、ZDT3、ZDT4、ZDT6
%6-12:DTLZ1-DTLZ7
%13-22:wfg1-wfg10
%23-32:uf1-uf10
%33-42:cf1-cf10
%43-46:Kursawe、Poloni、Viennet2、Viennet3
%47 盘式制动器设计 https://blog.youkuaiyun.com/weixin_46204734/article/details/124051747


%%
TestProblem=1;%1-47
MultiObj = GetFunInfo(TestProblem);
MultiObjFnc=MultiObj.name;%问题名
% Parameters
params.Np = 200;        % Population size 种群大小
params.Nr = 200;        % Repository size 外部存档中最大数目,可适当调整大小,越大,最终获得的解数目越多
params.maxgen =200;    % Maximum number of generations 最大迭代次数




REP = MOCOA(params,MultiObj);
%% 画结果图
figure
if(size(REP.pos_fit,2)==2)
    h_rep = plot(REP.pos_fit(:,1),REP.pos_fit(:,2),'ok'); hold on;
       if(isfield(MultiObj,'truePF'))
            h_pf = plot(MultiObj.truePF(:,1),MultiObj.truePF(:,2),'.r'); hold on;
            legend('MOCOA','TruePF');
       else
           legend('MOCOA');
       end


        grid on; xlabel('f1'); ylabel('f2');
end
if(size(REP.pos_fit,2)==3)
    h_rep = plot3(REP.pos_fit(:,1),REP.pos_fit(:,2),REP.pos_fit(:,3),'ok'); hold on;
      if(isfield(MultiObj,'truePF'))
            h_pf = plot3(MultiObj.truePF(:,1),MultiObj.truePF(:,2),MultiObj.truePF(:,3),'.r'); hold on;
            legend('MOCOA','TruePF');
      else
          legend('MOCOA');
      end
        grid on; xlabel('f1'); ylabel('f2'); zlabel('f3');
end
title(MultiObjFnc)


Obtained_Pareto=REP.pos_fit;
if(isfield(MultiObj,'truePF'))%判断是否有参考的PF
True_Pareto=MultiObj.truePF;
%%  Metric Value
% ResultData的值分别是IGD、GD、HV、Spacing  (HV越大越好,其他指标越小越好)
ResultData=[IGD(Obtained_Pareto,True_Pareto),GD(Obtained_Pareto,True_Pareto),HV(Obtained_Pareto,True_Pareto),Spacing(Obtained_Pareto)];
else
    %计算每个算法的Spacing,Spacing越小说明解集分布越均匀
    ResultData=Spacing(Obtained_Pareto);%计算的Spacing
end
%%
% Display info
disp('Repository fitness values are stored in REP.pos_fit');
disp('Repository particles positions are store in REP.pos');



    

部分结果:

三、完整MATLAB代码

以下是浣熊优化算法(Raccoon Optimization Algorithm)的MATLAB伪代码示例: ``` % 初始化种群 population_size = 50; max_generation = 100; dim = 2; % 变量维度 lb = [0, 0]; % 变量下界 ub = [1, 1]; % 变量上界 population = zeros(population_size, dim); for i = 1:population_size population(i, :) = lb + (ub - lb) .* rand(1, dim); end % 迭代更新种群 for generation = 1:max_generation % 计算适应度值 fitness = calculate_fitness(population); % 更新最优解 [~, best_index] = min(fitness); best_solution = population(best_index, :); % 更新种群 new_population = zeros(population_size, dim); for i = 1:population_size % 随机选择三个个体 rand_indices = randperm(population_size, 3); rand_solutions = population(rand_indices, :); % 更新个体位置 rand_index = randperm(3, 1); random_solution = rand_solutions(rand_index, :); delta = abs(rand_solutions(2, :) - rand_solutions(3, :)); new_solution = population(i, :) + sign(random_solution - population(i, :)) .* delta; % 边界处理 new_solution = max(new_solution, lb); new_solution = min(new_solution, ub); new_population(i, :) = new_solution; end population = new_population; end % 计算适应度函数,此处为示例,需根据具体问题自定义 function fitness = calculate_fitness(solution) fitness = sum(solution, 2); end ``` 这段代码是一个简化的浣熊优化算法的实现,其中包括种群初始化、适应度计算、个体位置更新等步骤。在具体应用时,需要根据实际问题自定义适应度函数。请根据实际需求进行适当修改和完善。
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