京公网安备 11010802034615号
经营许可证编号:京B2-20210330
优化算法—粒子群算法(PSO)
一、粒子群算法的概述
粒子群算法(PSO)属于群智能算法的一种,是通过模拟鸟群捕食行为设计的。假设区域里就只有一块食物(即通常优化问题中所讲的最优解),鸟群的任务是找到这个食物源。鸟群在整个搜寻的过程中,通过相互传递各自的信息,让其他的鸟知道自己的位置,通过这样的协作,来判断自己找到的是不是最优解,同时也将最优解的信息传递给整个鸟群,最终,整个鸟群都能聚集在食物源周围,即我们所说的找到了最优解,即问题收敛。
二、粒子群算法的流程
粒子群算法通过设计一种无质量的粒子来模拟鸟群中的鸟,粒子仅具有两个属性:速度和位置,速度代表移动的快慢,位置代表移动的方向。每个粒子在搜索空间中单独的搜寻最优解,并将其记为当前个体极值,并将个体极值与整个粒子群里的其他粒子共享,找到最优的那个个体极值作为整个粒子群的当前全局最优解,粒子群中的所有粒子根据自己找到的当前个体极值和整个粒子群共享的当前全局最优解来调整自己的速度和位置。粒子群算法的思想相对比较简单,主要分为:1、初始化粒子群;2、评价粒子,即计算适应值;3、寻找个体极值;4、寻找全局最优解;5、修改粒子的速度和位置。下面是程序的流程图:

(PSO流程)
下面我们具体解释下流程图里面的每一个步骤:
1、初始化
首先,我们需要设置最大的速度区间,防止超出最大的区间。位置信息即为整个搜索空间,我们在速度区间和搜索空间上随机初始化速度和位置。设置群体规模。
2、个体极值与全局最优解
个体极值为每个粒子找到的历史上最优的位置信息,并从这些个体历史最优解中找到一个全局最优解,并与历史最优解比较,选出最佳的作为当前的历史最优解。
3、更新速度和位置的公式
更新公式为:

其中,
称为惯性因子,
称为加速常数,一般取
。
表示区间
上的随机数。
表示第
个变量的个体极值的第d维。
表示全局最优解的第d维。
4、终止条件
有两种终止条件可以选择,一是最大代数:
;二是相邻两代之间的偏差在一个指定的范围内即停止。我们在实验中选择第一种。
三、实验
我们选择的测试函数是:Griewank。其基本形式如下:

图像为:

(Griewank函数图像)
在实验中我们选择的维数是20;MATLAB程序代码如下:
主程序:
[plain] view plain copy 在CODE上查看代码片派生到我的代码片
c1=2;%学习因子
c2=2;%学习因子
Dimension=20;
Size=30;
Tmax=500;
Velocity_max=1200;%粒子最大速度
F_n=2;%测试函数名
Fun_Ub=600;%函数上下界
Fun_Lb=-600;
Position=zeros(Dimension,Size);%粒子位置
Velocity=zeros(Dimension,Size);%粒子速度
Vmax(1:Dimension)=Velocity_max;%粒子速度上下界
Vmin(1:Dimension)=-Velocity_max;
Xmax(1:Dimension)=Fun_Ub;%粒子位置上下界,即函数自变量的上下界
Xmin(1:Dimension)=Fun_Lb;
[Position,Velocity]=Initial_position_velocity(Dimension,Size,Xmax,Xmin,Vmax,Vmin);
Pbest_position=Position;%粒子的历史最优位置,初始值为粒子的起始位置,存储每个粒子的历史最优位置
Gbest_position=zeros(Dimension,1);%全局最优的那个粒子所在位置,初始值认为是第1个粒子
for j=1:Size
Pos=Position(:,j);%取第j列,即第j个粒子的位置
fz(j)=Fitness_Function(Pos,F_n,Dimension);%计算第j个粒子的适应值
end 数据分析师培训
[Gbest_Fitness,I]=min(fz);%求出所有适应值中最小的那个适应值,并获得该粒子的位置
Gbest_position=Position(:,I);%取最小适应值的那个粒子的位置,即I列
for itrtn=1:Tmax
time(itrtn)=itrtn;
Weight=1;
r1=rand(1);
r2=rand(1);
for i=1:Size
Velocity(:,i)=Weight*Velocity(:,i)+c1*r1*(Pbest_position(:,i)-Position(:,i))+c2*r2*(Gbest_position-Position(:,i));
end
%限制速度边界
for i=1:Size
for row=1:Dimension
if Velocity(row,i)>Vmax(row)
Veloctity(row,i)=Vmax(row);
elseif Velocity(row,i)<Vmin(row)
Veloctity(row,i)=Vmin(row);
else
end
end
end
Position=Position+Velocity;
%限制位置边界
for i=1:Size
for row=1:Dimension
if Position(row,i)>Xmax(row)
Position(row,i)=Xmax(row);
elseif Position(row,i)<Xmin(row)
Position(row,i)=Xmin(row);
else
end
end
end
for j=1:Size
P_position=Position(:,j)';%取一个粒子的位置
fitness_p(j)=Fitness_Function(P_position,F_n,Dimension);
if fitness_p(j)< fz(j) %粒子的适应值比运动之前的适应值要好,更新原来的适应值
Pbest_position(:,j)=Position(:,j);
fz(j)=fitness_p(j);
end
if fitness_p(j)<Gbest_Fitness
Gbest_Fitness=fitness_p(j);
end
end
[Gbest_Fitness_new,I]=min(fz);%更新后的所有粒子的适应值,取最小的那个,并求出其编号
Best_fitness(itrtn)=Gbest_Fitness_new; %记录每一代的最好适应值
Gbest_position=Pbest_position(:,I);%最好适应值对应的个体所在位置
end
plot(time,Best_fitness);
xlabel('迭代的次数');ylabel('适应度值P_g');
初始化:
[plain] view plain copy 在CODE上查看代码片派生到我的代码片
function [Position,Velocity] = Initial_position_velocity(Dimension,Size,Xmax,Xmin,Vmax,Vmin)
for i=1:Dimension
Position(i,:)=Xmin(i)+(Xmax(i)-Xmin(i))*rand(1,Size); % 产生合理范围内的随机位置,rand(1,Size)用于产生一行Size个随机数
Velocity(i,:)=Vmin(i)+(Vmax(i)-Vmin(i))*rand(1,Size);
end
end
适应值计算:
[plain] view plain copy 在CODE上查看代码片派生到我的代码片
function Fitness=Fitness_Function(Pos,F_n,Dimension)
switch F_n
case 1
Func_Sphere=Pos(:)'*Pos(:);
Fitness=Func_Sphere;
case 2
res1=Pos(:)'*Pos(:)/4000;
res2=1;
for row=1:Dimension
res2=res2*cos(Pos(row)/sqrt(row));
end
Func_Griewank=res1-res2+1;
Fitness=Func_Griewank;
end
最终的收敛曲线:

(收敛曲线)
数据分析咨询请扫描二维码
若不方便扫码,搜微信号:CDAshujufenxi
在用户从“接触产品”到“完成核心目标”的全链路中,流失是必然存在的——电商用户可能“浏览商品却未下单”,APP新用户可能“ ...
2026-01-14在产品增长的核心指标体系中,次日留存率是当之无愧的“入门级关键指标”——它直接反映用户对产品的首次体验反馈,是判断产品是 ...
2026-01-14在CDA(Certified Data Analyst)数据分析师的业务实操中,“分类预测”是高频核心需求——比如“预测用户是否会购买商品”“判 ...
2026-01-14在数字化时代,用户的每一次操作——无论是电商平台的“浏览-加购-下单”、APP的“登录-点击-留存”,还是金融产品的“注册-实名 ...
2026-01-13在数据驱动决策的时代,“数据质量决定分析价值”已成为行业共识。数据库、日志系统、第三方平台等渠道采集的原始数据,往往存在 ...
2026-01-13在CDA(Certified Data Analyst)数据分析师的核心能力体系中,“通过数据建立模型、实现预测与归因”是进阶关键——比如“预测 ...
2026-01-13在企业数字化转型过程中,业务模型与数据模型是两大核心支撑体系:业务模型承载“业务应该如何运转”的逻辑,数据模型解决“数据 ...
2026-01-12当前手游市场进入存量竞争时代,“拉新难、留存更难”成为行业普遍痛点。对于手游产品而言,用户留存率不仅直接决定产品的生命周 ...
2026-01-12在CDA(Certified Data Analyst)数据分析师的日常工作中,“挖掘变量间的关联关系”是高频核心需求——比如判断“用户停留时长 ...
2026-01-12在存量竞争时代,用户流失率直接影响企业的营收与市场竞争力。无论是电商、互联网服务还是金融行业,提前精准预测潜在流失用户, ...
2026-01-09在量化投资领域,多因子选股是主流的选股策略之一——其核心逻辑是通过挖掘影响股票未来收益的各类因子(如估值、成长、盈利、流 ...
2026-01-09在CDA(Certified Data Analyst)数据分析师的工作场景中,分类型变量的关联分析是高频需求——例如“用户性别与商品偏好是否相 ...
2026-01-09数据库中的历史数据,是企业运营过程中沉淀的核心资产——包含用户行为轨迹、业务交易记录、产品迭代日志、市场活动效果等多维度 ...
2026-01-08在电商行业竞争日趋激烈的当下,数据已成为驱动业务增长的核心引擎。电商公司的数据分析师,不仅是数据的“解读官”,更是业务的 ...
2026-01-08在数据驱动决策的链路中,统计制图是CDA(Certified Data Analyst)数据分析师将抽象数据转化为直观洞察的关键载体。不同于普通 ...
2026-01-08在主成分分析(PCA)的学习与实践中,“主成分载荷矩阵”和“成分矩阵”是两个高频出现但极易混淆的核心概念。两者均是主成分分 ...
2026-01-07在教学管理、学生成绩分析场景中,成绩分布图是直观呈现成绩分布规律的核心工具——通过图表能快速看出成绩集中区间、高分/低分 ...
2026-01-07在数据分析师的工作闭环中,数据探索与统计分析是连接原始数据与业务洞察的关键环节。CDA(Certified Data Analyst)作为具备专 ...
2026-01-07在数据处理与可视化场景中,将Python分析后的结果导出为Excel文件是高频需求。而通过设置单元格颜色,能让Excel中的数据更具层次 ...
2026-01-06在企业运营、业务监控、数据分析等场景中,指标波动是常态——无论是日营收的突然下滑、用户活跃度的骤升,还是产品故障率的异常 ...
2026-01-06