NSGA-II matlab 代码

时间: 2023-09-13 12:11:28 浏览: 123
以下是一个基本的NSGA-II matlab代码,用于解决多目标优化问题。其中包括选择,交叉和变异算子,以及多个目标函数的定义和限制条件的设置。你可以根据你的问题进行修改和适应。 ```matlab % NSGA-II算法的matlab实现 % 用于解决多目标优化问题 % 参考文献: Deb, Kalyanmoy, et al. "A fast and elitist multiobjective % genetic algorithm: NSGA-II." IEEE transactions on evolutionary computation % 6.2 (2002): 182-197. clc; clear; close all; %% 初始化参数 pop_size = 100; % 种群大小 num_obj = 2; % 目标函数的个数 max_gen = 500; % 最大迭代次数 pc = 0.8; % 交叉概率 pm = 0.1; % 变异概率 eta_c = 20; % 交叉分布指数 eta_m = 20; % 变异分布指数 l_bound = [-5 -5]; % 变量的下限 u_bound = [5 5]; % 变量的上限 %% 初始化种群 pop = repmat(struct('x',[],'f',[],'rank',[],'dist',[]), pop_size, 1); for i = 1 : pop_size pop(i).x = l_bound + rand(1,num_obj) .* (u_bound - l_bound); pop(i).f = evaluate_objective(pop(i).x); end %% 进化 for gen = 1 : max_gen %% 快速非支配排序 F = fast_non_domination_sort(pop); %% 计算拥挤度距离 for i = 1 : length(F) pop(F(i).ids) = calculate_crowding_distance(pop(F(i).ids)); end %% 选择 pop = selection(pop, F); %% 交叉 pop = crossover(pop, pc, eta_c); %% 变异 pop = mutation(pop, pm, eta_m, l_bound, u_bound); %% 评估 for i = 1 : pop_size pop(i).f = evaluate_objective(pop(i).x); end %% 合并种群 new_pop = [pop; offspring]; %% 快速非支配排序 F = fast_non_domination_sort(new_pop); %% 计算拥挤度距离 for i = 1 : length(F) new_pop(F(i).ids) = calculate_crowding_distance(new_pop(F(i).ids)); end %% 选择 pop = replace(new_pop, pop_size); end %% 最终结果 F = fast_non_domination_sort(pop); pareto_front = pop(F(1).ids); plot(pareto_front.x(:,1),pareto_front.x(:,2),'o'); xlabel('Objective 1'); ylabel('Objective 2'); title('Pareto Front'); %% 目标函数 function f = evaluate_objective(x) f(1) = x(1)^2 + x(2)^2; f(2) = (x(1)-1)^2 + x(2)^2; end %% 快速非支配排序 function F = fast_non_domination_sort(pop) n = length(pop); S = cell(n,1); F = struct('ids',[],'n',[]); F(1).ids = []; F(1).n = zeros(n,1); for p = 1 : n S{p} = []; for q = 1 : n if dominates(pop(p).f, pop(q).f) S{p} = [S{p} q]; elseif dominates(pop(q).f, pop(p).f) pop(p).n = pop(p).n + 1; end end if pop(p).n == 0 F(1).ids = [F(1).ids p]; end end i = 1; while ~isempty(F(i).ids) Q = []; for p = F(i).ids for q = S{p} pop(q).n = pop(q).n - 1; if pop(q).n == 0 Q = [Q q]; end end end i = i + 1; F(i).ids = Q; end i = 1; for f = 1 : length(F) for p = F(f).ids pop(p).rank = i; end i = i + 1; end end %% 计算拥挤度距离 function pop = calculate_crowding_distance(pop) n = length(pop); for i = 1 : n pop(i).dist = 0; end for m = 1 : 2 [~,idx] = sort([pop.f(:,m)]); pop(idx(1)).dist = Inf; pop(idx(n)).dist = Inf; for i = 2 : n-1 pop(idx(i)).dist = pop(idx(i)).dist + (pop(idx(i+1)).f(m) - pop(idx(i-1)).f(m)) / (max([pop.f(:,m)]) - min([pop.f(:,m)])); end end end %% 选择 function pop = selection(pop, F) pop_size = length(pop); n = length(F); cum_size = zeros(n,1); for i = 1 : n cum_size(i) = length(F(i).ids); end cum_size = cumsum(cum_size); new_pop = repmat(struct('x',[],'f',[],'rank',[],'dist',[]), pop_size, 1); for i = 1 : pop_size if i <= cum_size(1) f_idx = 1; else f_idx = find(cum_size>=i,1); end p_idx = F(f_idx).ids(randi(length(F(f_idx).ids))); new_pop(i) = pop(p_idx); end pop = new_pop; end %% 交叉 function pop = crossover(pop, pc, eta_c) pop_size = length(pop); offspring = repmat(struct('x',[],'f',[],'rank',[],'dist',[]), pop_size, 1); for i = 1 : 2 : pop_size if rand() < pc p1 = pop(randi(pop_size)); p2 = pop(randi(pop_size)); beta = rand(1,2) .* (1+2*eta_c) - eta_c; beta(beta<0) = 0; beta(beta>1) = 1; c1 = beta(1)*p1.x + (1-beta(1))*p2.x; c2 = beta(2)*p2.x + (1-beta(2))*p1.x; c1 = bound_check(c1,l_bound,u_bound); c2 = bound_check(c2,l_bound,u_bound); offspring(i).x = c1; offspring(i+1).x = c2; else offspring(i) = pop(i); offspring(i+1) = pop(i+1); end end pop = offspring; end %% 变异 function pop = mutation(pop, pm, eta_m, l_bound, u_bound) pop_size = length(pop); for i = 1 : pop_size if rand() < pm p = pop(i); beta = rand(size(p.x)); beta(beta<0.5) = (2*beta(beta<0.5)).^(1/(eta_m+1)); beta(beta>=0.5) = (2-2*beta(beta>=0.5)).^(-1/(eta_m+1)); c = p.x + (u_bound-l_bound).*beta.*(rand(size(p.x))-0.5); c = bound_check(c,l_bound,u_bound); pop(i).x = c; end end end %% 越界检查 function x = bound_check(x, l_bound, u_bound) x(x<l_bound) = l_bound(x<l_bound); x(x>u_bound) = u_bound(x>u_bound); end %% 支配关系 function flag = dominates(f1, f2) flag = all(f1 <= f2) && any(f1 < f2); end %% 淘汰 function pop = replace(new_pop, pop_size) pop = repmat(struct('x',[],'f',[],'rank',[],'dist',[]), pop_size, 1); F = fast_non_domination_sort(new_pop); n = 0; i = 1; while n + length(F(i).ids) <= pop_size for j = 1 : length(F(i).ids) pop(n+j) = new_pop(F(i).ids(j)); end n = n + length(F(i).ids); i = i + 1; end if n < pop_size [~,idx] = sort([new_pop(F(i).ids).dist],'descend'); for j = 1 : pop_size - n pop(n+j) = new_pop(F(i).ids(idx(j))); end end end ```
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