根据文档中的描述和数据,怎么样python来实现其粒子群优化算法,求解所构建的多目标粒子群算法,其中最大 迭代次数 200 ,初始速度在[0,1]之间随机选取,通过软件计算求得帕累托解集,请详细的写出相关的python代码
时间: 2024-12-19 18:26:10 浏览: 19
基于python使用改进的粒子群优化算法求解柔性作业车间调度问题
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为了实现多目标粒子群优化算法(MOPSO),我们需要定义以下几个部分:
1. **初始化种群**:生成初始的粒子位置和速度。
2. **评估适应度**:计算每个粒子的目标函数值。
3. **更新个体最佳和全局最佳**:记录每个粒子的历史最佳位置和个人最佳位置。
4. **更新粒子的速度和位置**:根据粒子群优化算法的公式更新粒子的位置和速度。
5. **终止条件**:设定最大迭代次数或其他终止条件。
以下是一个详细的Python代码示例,用于实现上述步骤并求解帕累托解集:
```python
import numpy as np
import random
from deap import base, creator, tools, algorithms
# 定义问题
creator.create("FitnessMulti", base.Fitness, weights=(1.0, -1.0))
creator.create("Particle", list, fitness=creator.FitnessMulti, speed=list, smin=None, smax=None, best=None)
def generate(size, smin, smax):
part = creator.Particle(random.uniform(smin, smax) for _ in range(size))
part.speed = [random.uniform(-1, 1) for _ in range(size)]
part.smin = smin
part.smax = smax
return part
def update_particle(part, best):
c1 = 2.0
c2 = 2.0
phi = c1 + c2
chi = 2 * phi / abs(2 - phi - np.sqrt(phi**2 - 4 * phi))
for i, speed in enumerate(part.speed):
sp = chi * (c1 * random.random() * (part.best[i] - part[i]) + c2 * random.random() * (best[i] - part[i]))
part.speed[i] = min(max(sp, part.smin), part.smax)
part[i] += speed
# 目标函数
def evaluate(individual):
# 计算碳排放和成本
carbon_emission = 0
cost = 0
# 示例数据
for node in individual:
carbon_emission += node['unit_carbon_emission'] * node['quantity']
cost += node['fixed_cost'] + node['variable_cost'] * node['quantity']
return carbon_emission, cost
# 初始化工具箱
toolbox = base.Toolbox()
toolbox.register("particle", generate, size=20, smin=-6, smax=6)
toolbox.register("population", tools.initRepeat, list, toolbox.particle)
toolbox.register("update", update_particle)
toolbox.register("evaluate", evaluate)
# 主要逻辑
def main():
pop = toolbox.population(n=50)
stats = tools.Statistics(lambda ind: ind.fitness.values)
stats.register("avg", np.mean, axis=0)
stats.register("std", np.std, axis=0)
stats.register("min", np.min, axis=0)
stats.register("max", np.max, axis=0)
logbook = tools.Logbook()
logbook.header = "gen", "evals", "std", "min", "avg", "max"
gbest = None
for gen in range(200):
for part in pop:
part.fitness.values = toolbox.evaluate(part)
if part.best is None or part.best.fitness < part.fitness:
part.best = creator.Particle(part)
part.best.fitness.values = part.fitness.values
if gbest is None or gbest.fitness < part.fitness:
gbest = creator.Particle(part)
gbest.fitness.values = part.fitness.values
for part in pop:
toolbox.update(part, gbest)
record = stats.compile(pop)
logbook.record(gen=gen, evals=len(pop), **record)
print(logbook.stream)
pareto_front = tools.sortNondominated(pop, len(pop))[0]
return pareto_front
if __name__ == "__main__":
pareto_front = main()
for part in pareto_front:
print(f"Solution: {part}, Fitness: {part.fitness.values}")
```
### 解释
1. **创建问题和粒子**:
- `creator.create` 用于定义多目标优化问题和粒子结构。
- `generate` 函数生成初始粒子,包括位置和速度。
- `update_particle` 函数根据PSO公式更新粒子的速度和位置。
2. **目标函数**:
- `evaluate` 函数计算每个粒子的碳排放和成本。这里使用了示例数据,实际应用中需要替换为具体的计算逻辑。
3. **初始化工具箱**:
- `toolbox` 注册了生成粒子、种群、更新粒子和评估适应度的函数。
4. **主要逻辑**:
- `main` 函数执行PSO算法的主要循环,包括初始化种群、评估适应度、更新个体最佳和全局最佳、记录日志等。
- 最后,使用非支配排序获取帕累托前沿解集并打印结果。
请注意,这只是一个基本的框架,具体的目标函数和参数需要根据实际问题进行调整。特别是目标函数 `evaluate` 需要根据文档中的具体数据和公式进行详细实现。
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