fortran多目标灰狼优化算法代码

时间: 2023-11-07 22:53:39 浏览: 82
以下是Fortran语言实现的多目标灰狼优化算法代码示例: ``` PROGRAM MOGWO ! 多目标灰狼优化算法 IMPLICIT NONE INTEGER, PARAMETER :: N = 30 ! 优化问题的维数 INTEGER, PARAMETER :: M = 2 ! 目标函数的数量 INTEGER, PARAMETER :: MAX_ITER = 100 ! 最大迭代次数 INTEGER, PARAMETER :: POP_SIZE = 50 ! 种群大小 REAL, PARAMETER :: LB = -10.0 ! 优化问题的下限 REAL, PARAMETER :: UB = 10.0 ! 优化问题的上限 REAL, PARAMETER :: A = 2.0 ! 系数A REAL, PARAMETER :: R1 = 0.5 ! 系数R1 REAL, PARAMETER :: R2 = 0.5 ! 系数R2 REAL, DIMENSION(POP_SIZE, N) :: X ! 种群中所有个体的位置 REAL, DIMENSION(POP_SIZE, N) :: V ! 种群中所有个体的速度 REAL, DIMENSION(POP_SIZE, M) :: F ! 种群中所有个体的目标函数值 REAL, DIMENSION(POP_SIZE) :: D ! 种群中所有个体的拥挤度 INTEGER, DIMENSION(POP_SIZE) :: RANK ! 种群中所有个体的非支配排名 INTEGER, DIMENSION(POP_SIZE) :: CROWDING_DIST ! 种群中所有个体的拥挤距离 REAL, DIMENSION(2) :: Z ! 对于每个目标函数,种群中所有个体目标函数值的最小值 INTEGER, DIMENSION(2) :: Z_IDX ! 对于每个目标函数,最优个体在种群中的索引 REAL, DIMENSION(N) :: LB_ARR, UB_ARR ! 每个维度的下限和上限 INTEGER :: I, J, K, L, M1, M2, N1, N2, ITER, IDX1, IDX2, POP_SIZE2, RANK_SIZE REAL :: U, W, Z_MIN, Z_MAX, DIST, DIST_SUM, DIST_SUM_MAX, OBJ1, OBJ2 LOGICAL :: DOMINATES ! 初始化下限和上限 LB_ARR = LB UB_ARR = UB ! 初始化种群 DO I = 1, POP_SIZE DO J = 1, N X(I, J) = LB_ARR(J) + (UB_ARR(J) - LB_ARR(J)) * RAND() V(I, J) = 0.0 END DO END DO ! 进行迭代 DO ITER = 1, MAX_ITER ! 计算所有个体的目标函数值 DO I = 1, POP_SIZE CALL OBJECTIVE(X(I, :), F(I, :)) END DO ! 计算每个目标函数的最优值和最优个体 DO J = 1, M Z(J) = F(1, J) Z_IDX(J) = 1 DO I = 2, POP_SIZE IF (F(I, J) < Z(J)) THEN Z(J) = F(I, J) Z_IDX(J) = I END IF END DO END DO ! 计算每个个体的拥挤度 DO I = 1, POP_SIZE D(I) = 0.0 END DO DO J = 1, M CALL SORT_BY_OBJ(F(:, J), RANK) RANK_SIZE = 0 DO I = 1, POP_SIZE IF (RANK(I) == 1) THEN RANK_SIZE = RANK_SIZE + 1 END IF END DO IF (RANK_SIZE > 2) THEN CROWDING_DIST = 0 DO I = 1, POP_SIZE CROWDING_DIST(I) = CROWDING_DIST(I) + (F(RANK(I) + 1, J) - F(RANK(I) - 1, J)) / (Z(J) - Z(J)) END DO DO I = 1, POP_SIZE D(I) = D(I) + CROWDING_DIST(I) END DO END IF END DO ! 更新所有个体的速度和位置 DO I = 1, POP_SIZE DO J = 1, N V(I, J) = A * V(I, J) + R1 * RAND() * (X(Z_IDX(1), J) - X(I, J)) + R2 * RAND() * (X(Z_IDX(2), J) - X(I, J)) X(I, J) = X(I, J) + V(I, J) IF (X(I, J) < LB_ARR(J)) THEN X(I, J) = LB_ARR(J) V(I, J) = -V(I, J) ELSE IF (X(I, J) > UB_ARR(J)) THEN X(I, J) = UB_ARR(J) V(I, J) = -V(I, J) END IF END DO END DO ! 计算所有个体的目标函数值 DO I = 1, POP_SIZE CALL OBJECTIVE(X(I, :), F(I, :)) END DO ! 计算每个个体的非支配排名 DO I = 1, POP_SIZE RANK(I) = 1 DO J = 1, POP_SIZE IF (I /= J) THEN DOMINATES = .TRUE. DO K = 1, M IF (F(I, K) > F(J, K)) THEN DOMINATES = .FALSE. EXIT END IF END DO IF (DOMINATES) THEN RANK(I) = RANK(I) + 1 END IF END IF END DO END DO ! 计算每个非支配层的拥挤距离 DO J = 1, M CALL SORT_BY_OBJ(F(:, J), RANK) N1 = 1 N2 = 1 CROWDING_DIST = 0 CROWDING_DIST(1) = HUGE(0.0) CROWDING_DIST(POP_SIZE) = HUGE(0.0) DO I = 2, POP_SIZE - 1 CROWDING_DIST(I) = CROWDING_DIST(I) + (F(I + 1, J) - F(I - 1, J)) / (Z(J) - Z(J)) END DO DO I = 1, POP_SIZE IF (RANK(I) == N1) THEN N2 = N2 + 1 ELSE CALL CALC_CROWDING_DIST(CROWDING_DIST, N1, N2) N1 = RANK(I) N2 = 1 END IF CROWDING_DIST(I) = CROWDING_DIST(I) / N2 END DO CALL CALC_CROWDING_DIST(CROWDING_DIST, N1, N2) DO I = 1, POP_SIZE F(I, J + M) = CROWDING_DIST(I) END DO END DO ! 计算所有个体的拥挤度 DIST_SUM_MAX = 0.0 DO I = 1, POP_SIZE DIST_SUM = 0.0 DO J = 1, POP_SIZE IF (I /= J) THEN DIST = 0.0 DO K = 1, M DIST = DIST + (F(I, K) - F(J, K))**2 END DO DIST_SUM = DIST_SUM + SQRT(DIST) END IF END DO IF (DIST_SUM > DIST_SUM_MAX) THEN DIST_SUM_MAX = DIST_SUM END IF D(I) = DIST_SUM END DO ! 计算每个个体的非支配排名和拥挤度 POP_SIZE2 = POP_SIZE / 2 DO I = 1, POP_SIZE2 M1 = 2 * I - 1 M2 = 2 * I OBJ1 = F(M1, 1) + F(M1, 2) OBJ2 = F(M2, 1) + F(M2, 2) IF (RANK(M1) < RANK(M2) .OR. (RANK(M1) == RANK(M2) .AND. D(M1) > D(M2))) THEN X(M1, :) = X(M1, :) F(M1, :) = F(M1, :) ELSE X(M1, :) = X(M2, :) F(M1, :) = F(M2, :) END IF IF (RANK(M2) < RANK(M1) .OR. (RANK(M2) == RANK(M1) .AND. D(M2) > D(M1))) THEN X(M2, :) = X(M2, :) F(M2, :) = F(M2, :) ELSE X(M2, :) = X(M1, :) F(M2, :) = F(M1, :) END IF END DO ! 输出当前迭代次数和每个目标函数的最优值 WRITE(*, '(I4, 2(F10.6, 1X))') ITER, Z END DO END PROGRAM MOGWO ! 计算目标函数值 SUBROUTINE OBJECTIVE(X, F) IMPLICIT NONE REAL, DIMENSION(N) :: X ! 个体的位置 REAL, DIMENSION(M) :: F ! 个体的目标函数值 INTEGER :: I ! 计算目标函数值 F(1) = 0.0 F(2) = 0.0 DO I = 1, N F(1) = F(1) + X(I)**2 F(2) = F(2) + (X(I) - 2.0)**2 END DO END SUBROUTINE OBJECTIVE ! 按照目标函数值排序 SUBROUTINE SORT_BY_OBJ(F, RANK) IMPLICIT NONE REAL, DIMENSION(POP_SIZE, M) :: F ! 种群中所有个体的目标函数值 INTEGER, DIMENSION(POP_SIZE) :: RANK ! 种群中所有个体的非支配排名 INTEGER :: I, J, K, L, N_DOMINATED LOGICAL :: DOMINATES ! 初始化非支配排名 RANK = 1 ! 计算非支配排名 DO I = 1, POP_SIZE DO J = 1, POP_SIZE IF (I /= J) THEN DOMINATES = .TRUE. DO K = 1, M IF (F(I, K) > F(J, K)) THEN DOMINATES = .FALSE. EXIT END IF END DO IF (DOMINATES) THEN RANK(I) = RANK(I) + 1 END IF END IF END DO END DO ! 排序 DO I = 1, POP_SIZE - 1 DO J = I + 1, POP_SIZE IF (RANK(I) > RANK(J)) THEN L = I I = J J = L ELSE IF (RANK(I) == RANK(J)) THEN N_DOMINATED = 0 DO K = 1, M IF (F(I, K) < F(J, K)) THEN N_DOMINATED = N_DOMINATED + 1 ELSE IF (F(I, K) > F(J, K)) THEN N_DOMINATED = N_DOMINATED - 1 END IF END DO IF (N_DOMINATED > 0) THEN L = I I = J J = L END IF END IF END DO END DO END SUBROUTINE SORT_BY_OBJ ! 计算拥挤距离 SUBROUTINE CALC_CROWDING_DIST(DIST, N1, N2) IMPLICIT NONE REAL, DIMENSION(POP_SIZE) :: DIST ! 种群中所有个体的拥挤距离 INTEGER :: N1 ! 非支配层的起始排名 INTEGER :: N2 ! 非支配层的大小 INTEGER, DIMENSION(POP_SIZE) :: IDX ! 种群中所有个体的索引 INTEGER, DIMENSION(POP_SIZE) :: SORTED_IDX ! 排序后的个体索引 REAL, DIMENSION(POP_SIZE) :: SORTED_DIST ! 排序后的个体拥挤距离 INTEGER :: I, J, K, L, M ! 初始化索引 DO I = 1, POP_SIZE IDX(I) = I END DO ! 对于每个目标函数,按照目标函数值排序 DO J = 1, M DO I = 1, POP_SIZE - 1 DO K = I + 1, POP_SIZE IF (DIST(IDX(I)) < DIST(IDX(K))) THEN L = IDX(I) IDX(I) = IDX(K) IDX(K) = L END IF END DO END DO SORTED_IDX = IDX DO I = 1, POP_SIZE SORTED_DIST(I) = DIST(SORTED_IDX(I)) END DO DO I = 1, N1 - 1 SORTED_DIST(I) = 0.0 END DO DO I = N1 + N2, POP_SIZE SORTED_DIST(I) = 0.0 END DO DO I = N1, N1 + N2 - 1 IF (SORTED_DIST(I) /= HUGE(0.0)) THEN SORTED_DIST(I) = (SORTED_DIST(I + 1) - SORTED_DIST(I - 1)) / (F(SORTED_IDX(I + 1), J) - F(SORTED_IDX(I - 1), J)) END IF END DO DO I = 1, POP_SIZE DIST(SORTED_IDX(I)) = SORTED_DIST(I) END DO END DO END SUBROUTINE CALC_CROWDING_DIST ``` 在以上代码中,`OBJECTIVE`子程序计算目标函数值,`SORT_BY_OBJ`子程序按照目标函数值排序,`CALC_CROWDING_DIST`子程序计算拥挤距离。主程序中的第一个循环用于初始化种群,第二个循环用于迭代,其中计算每个个体的目标函数值、拥挤度、非支配排名和拥挤距离,更新所有个体的速度和位置,输出当前迭代次数和每个目标函数的最优值。

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