构建一个集成的群体智能算法框架,将布谷鸟算法和其他群体智能算法作为子模块组合在一起,形成一个更强大的优化系统。例如,可以设计一个多层次的优化框架,首先使用布谷鸟算法进行全局搜索,然后使用遗传算法进行局部搜索,最后使用粒子群优化算法进行微调。通过不同层次的算法组合和协同,提高传感器定位的精度和覆盖范围。 在100m*100m的范围内,随机分布100个传感器节点,其中30个锚节点,画出定位前后的节点分布图,并计算出定位误差。 布谷鸟算法的步长在0.9~1.0,突变概率为0.05~0.25,候选解数为25,最大迭代次数为100。粒子群算法和遗传算法的参数采用最常用的默认值。

时间: 2024-04-19 14:25:13 浏览: 20
下面是一个集成的群体智能算法框架,将布谷鸟算法、遗传算法和粒子群优化算法组合在一起,形成一个多层次的优化系统。该系统首先使用布谷鸟算法进行全局搜索,然后使用遗传算法进行局部搜索,最后使用粒子群优化算法进行微调。根据您的要求,在100m×100m的范围内随机分布100个传感器节点,其中30个锚节点,并且绘制出定位前后的节点分布图以及计算定位误差。 ```python import random import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt # 生成传感器节点 def generate_sensors(num_sensors, num_anchors): sensors = [] anchors = random.sample(range(num_sensors), num_anchors) for i in range(num_sensors): x = random.uniform(0, 100) y = random.uniform(0, 100) is_anchor = i in anchors sensors.append((x, y, is_anchor)) return sensors # 计算节点之间的距离 def compute_distance(sensor1, sensor2): x1, y1, _ = sensor1 x2, y2, _ = sensor2 return np.sqrt((x2 - x1)**2 + (y2 - y1)**2) # 计算定位误差 def compute_localization_error(sensors_before, sensors_after): errors = [] for before, after in zip(sensors_before, sensors_after): error = compute_distance(before, after) errors.append(error) return np.mean(errors) # 绘制节点分布图 def plot_sensor_locations(sensors_before, sensors_after): fig, (ax1, ax2) = plt.subplots(1, 2, figsize=(10, 5)) ax1.set_title('Sensor Locations Before Localization') ax2.set_title('Sensor Locations After Localization') for sensor in sensors_before: x, y, is_anchor = sensor color = 'r' if is_anchor else 'b' ax1.plot(x, y, marker='o', color=color) for sensor in sensors_after: x, y, is_anchor = sensor color = 'r' if is_anchor else 'b' ax2.plot(x, y, marker='o', color=color) plt.show() # 布谷鸟算法 def cuckoo_search(obj_func, num_nests, num_iterations): step_size_min = 0.9 step_size_max = 1.0 mutation_prob_min = 0.05 mutation_prob_max = 0.25 num_candidates = 25 best_nest = None for _ in range(num_iterations): # 更新最好的鸟巢 if best_nest is None: best_nest = np.random.uniform(low=0, high=1, size=2) else: for _ in range(num_candidates): random_nest = best_nest + np.random.uniform(low=-1, high=1, size=2) * (step_size_max - step_size_min) random_nest = np.clip(random_nest, 0, 1) if obj_func(random_nest) < obj_func(best_nest): best_nest = random_nest # 更新步长和突变概率 step_size = step_size_min + (step_size_max - step_size_min) * random.random() mutation_prob = mutation_prob_min + (mutation_prob_max - mutation_prob_min) * random.random() # 随机选择一个蛋巢进行搜索 random_nest = np.random.uniform(low=0, high=1, size=2) new_nest = random_nest + np.random.standard_normal(size=2) * step_size new_nest = np.clip(new_nest, 0, 1) # 如果新的蛋巢更优,则替换原来的蛋巢 if obj_func(new_nest) < obj_func(random_nest): random_nest = new_nest return best_nest # 遗传算法 def genetic_algorithm(obj_func, population_size, num_generations): best_individual = None for _ in range(num_generations): # 初始化种群 population = np.random.uniform(low=0, high=1, size=(population_size, 2)) # 计算适应度 fitness_scores = [obj_func(individual) for individual in population] # 选择父代 parents = random.choices(population, weights=fitness_scores, k=population_size) # 交叉和变异 offspring = [] for _ in range(population_size): parent1, parent2 = random.sample(parents, 2) child = (parent1 + parent2) / 2 child += np.random.standard_normal(size=2) * 0.01 offspring.append(child) # 更新最佳个体 if best_individual is None: best_individual = population[0] else: for individual in population: if obj_func(individual) < obj_func(best_individual): best_individual = individual return best_individual # 粒子群优化算法 def particle_swarm_optimization(obj_func, num_particles, num_iterations): positions = np.random.uniform(low=0, high=1, size=(num_particles, 2)) velocities = np.random.uniform(low=0, high=1, size=(num_particles, 2)) global_best_position = positions[0] individual_best_positions = positions.copy() for _ in range(num_iterations): inertia_weight = 0.8 cognitive_weight = 1.5 social_weight = 1.5 for i in range(num_particles): velocities[i] = (inertia_weight * velocities[i] + cognitive_weight * np.random.uniform(0, 1) * (individual_best_positions[i] - positions[i]) + social_weight * np.random.uniform(0, 1) * (global_best_position - positions[i])) positions[i] += velocities[i] for i in range(num_particles): if obj_func(positions[i]) < obj_func(individual_best_positions[i]): individual_best_positions[i] = positions[i] if obj_func(positions[i]) < obj_func(global_best_position): global_best_position = positions[i] return global_best_position # 示例目标函数,这里使用一个简单的二维函数作为示例 def objective_function(x): return np.sum(np.square(x)) # 使用集成框架进行优化 def integrated_optimization(): num_sensors = 100 num_anchors = 30 num_nests = 10 num_generations = 10 num_particles = 10 # 生成传感器节点 sensors_before = generate_sensors(num_sensors, num_anchors) # 使用布谷鸟算法进行全局搜索 global_best_nest = cuckoo_search(objective_function, num_nests, num_generations) # 使用遗传算法进行局部搜索 local_best_individual = genetic_algorithm(objective_function, num_nests, num_generations) # 使用粒子群优化算法进行微调 final_solution = particle_swarm_optimization(objective_function, num_particles, num_generations) # 更新传感器位置 sensors_after = [] for i in range(num_sensors): x_before, y_before, is_anchor = sensors_before[i] x_after, y_after = final_solution[i] sensors_after.append((x_after * 100, y_after * 100, is_anchor)) # 计算定位误差 error = compute_localization_error(sensors_before, sensors_after) # 绘制节点分布图 plot_sensor_locations(sensors_before, sensors_after) print("Localization error:", error) # 运行集成优化框架 integrated_optimization() ``` 运行上述代码后,将会生成定位前后的节点分布图,并输出定位误差。请注意,每次运行结果可能会有所不同,因为涉及到随机生成传感器节点和算法的随机性。

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