假设已知扩散源浓度,如何用传感器对工业园区排放源排放的二氧化碳进行布点监测,实现监测范围最大,经济成本最低,覆盖率函数为覆盖监测点个数与预设监测点比值,针对此,如何在matlab上用粒子群算法编写一个完整的代码,包括目标函数,初始化种群,计算初始适应度,迭代更新,更新位置和速度,边界处理,计算适应度,更新个体最优和全局最优并得出覆盖率仿真结果图
时间: 2023-12-09 17:03:11 浏览: 77
在MATLAB环境下,构建GUI模型,用粒子群算法实现对传感器覆盖问题的求解
首先,针对此问题,可以使用数学模型来描述扩散过程,并结合传感器的特性,设计一个能够最大化覆盖监测点个数并降低经济成本的监测方案。其中,监测方案包括监测点的布置位置和数量。为了实现这个目标,可以使用粒子群算法进行优化。
下面,我将为您提供一个基本的 Matlab 粒子群算法实现代码,您可以根据实际情况进行修改。
首先,定义目标函数,即希望找到的最优解:
```matlab
function f = objectiveFunction(x)
% x: 监测点的位置
% f: 监测范围内的覆盖率
% 计算监测点之间的距离矩阵
n = size(x, 1);
d = zeros(n, n);
for i = 1 : n
for j = i + 1 : n
d(i, j) = norm(x(i, :) - x(j, :));
d(j, i) = d(i, j);
end
end
% 计算每个监测点的覆盖范围
r = 10; % 传感器的覆盖半径
c = 1; % 扩散源浓度
p = 0.5; % 传感器检测概率
cov = zeros(n, 1);
for i = 1 : n
for j = 1 : n
if d(i, j) <= r
cov(i) = cov(i) + c * p * (r - d(i, j)) / r;
end
end
end
% 计算覆盖率
f = sum(cov) / (n * c);
end
```
然后,定义粒子群算法的参数和初始化函数:
```matlab
function [x, v, pbest, gbest, fitness] = initialize(n, dim, lb, ub, v_max, w, c1, c2)
% n: 粒子数
% dim: 监测点的维度
% lb: 监测点的下界
% ub: 监测点的上界
% v_max: 粒子的最大速度
% w: 惯性权重
% c1: 个体学习因子
% c2: 全局学习因子
% x: 粒子的位置
% v: 粒子的速度
% pbest: 每个粒子的个体最优位置
% gbest: 全局最优位置
% fitness: 每个粒子的适应度
% 初始化粒子位置和速度
x = repmat(lb, n, 1) + rand(n, dim) .* repmat(ub - lb, n, 1);
v = -v_max + 2 * v_max * rand(n, dim);
% 初始化个体最优位置和全局最优位置
pbest = x;
fitness = zeros(n, 1);
for i = 1 : n
fitness(i) = objectiveFunction(x(i, :));
end
[~, index] = max(fitness);
gbest = x(index, :);
end
```
接着,定义粒子群算法的迭代更新函数:
```matlab
function [x, v, pbest, gbest, fitness] = iteration(x, v, pbest, gbest, fitness, w, c1, c2, lb, ub, v_max)
% x: 粒子的位置
% v: 粒子的速度
% pbest: 每个粒子的个体最优位置
% gbest: 全局最优位置
% fitness: 每个粒子的适应度
% w: 惯性权重
% c1: 个体学习因子
% c2: 全局学习因子
% lb: 监测点的下界
% ub: 监测点的上界
% v_max: 粒子的最大速度
% 更新速度和位置
n = size(x, 1);
for i = 1 : n
v(i, :) = w * v(i, :) ...
+ c1 * rand(1, size(x, 2)) .* (pbest(i, :) - x(i, :)) ...
+ c2 * rand(1, size(x, 2)) .* (gbest - x(i, :));
v(i, :) = min(v(i, :), v_max);
v(i, :) = max(v(i, :), -v_max);
x(i, :) = x(i, :) + v(i, :);
x(i, :) = min(x(i, :), ub);
x(i, :) = max(x(i, :), lb);
end
% 更新个体最优位置和全局最优位置
for i = 1 : n
f = objectiveFunction(x(i, :));
if f > fitness(i)
fitness(i) = f;
pbest(i, :) = x(i, :);
end
end
[~, index] = max(fitness);
gbest = x(index, :);
end
```
最后,定义主函数,包括初始化和迭代更新过程,以及画出监测点的分布和覆盖率的仿真结果图:
```matlab
clc;
clear;
close all;
%% 参数设置
n = 50; % 粒子数
dim = 2; % 监测点的维度
lb = [0, 0];% 监测点的下界
ub = [100, 100];% 监测点的上界
v_max = 0.2 * (ub - lb);% 粒子的最大速度
w = 0.8; % 惯性权重
c1 = 2; % 个体学习因子
c2 = 2; % 全局学习因子
max_iter = 100; % 最大迭代次数
%% 初始化
[x, v, pbest, gbest, fitness] = initialize(n, dim, lb, ub, v_max, w, c1, c2);
%% 迭代更新
for iter = 1 : max_iter
[x, v, pbest, gbest, fitness] = iteration(x, v, pbest, gbest, fitness, w, c1, c2, lb, ub, v_max);
end
%% 画出监测点的分布和覆盖率的仿真结果图
figure(1);
plot(x(:, 1), x(:, 2), 'ro');
xlabel('X');
ylabel('Y');
title('监测点分布');
figure(2);
n = 100;
x1 = linspace(lb(1), ub(1), n);
x2 = linspace(lb(2), ub(2), n);
[X1, X2] = meshgrid(x1, x2);
X = [X1(:), X2(:)];
Z = zeros(size(X, 1), 1);
for i = 1 : size(X, 1)
Z(i) = objectiveFunction(X(i, :));
end
Z = reshape(Z, [n, n]);
contourf(X1, X2, Z, 20, 'LineStyle', 'none');
hold on;
plot(x(:, 1), x(:, 2), 'ro', 'MarkerFaceColor', 'r');
xlabel('X');
ylabel('Y');
title('覆盖率仿真结果图');
colorbar;
```
以上就是一个简单的 Matlab 粒子群算法实现代码,您可以根据实际情况进行修改和完善。
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