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代码,并得出覆盖率仿真结果图

时间: 2024-03-01 18:50:45 浏览: 24
为了实现布点监测,需要考虑以下因素:监测点的数量、位置、覆盖面积和经济成本。其中,覆盖面积即监测点能够监测到的污染物浓度范围。为了达到最大的监测范围和最小的经济成本,我们可以采用粒子群算法。 以下是MATLAB的粒子群算法实现: 首先,我们需要定义问题的目标函数。在这个问题中,我们的目标是最大化覆盖率。因此,我们可以将覆盖率作为目标函数,即: ``` function f = objfun(x) % x 为监测点的坐标矩阵,每列表示一个监测点的横纵坐标 % 如:x = [x1,y1;x2,y2;x3,y3;...] % 计算覆盖率 f = coverage(x); end ``` 接下来是覆盖率函数的编写。假设已知扩散源浓度分布为高斯分布,监测点的覆盖面积也为高斯分布。我们可以计算每个监测点的覆盖面积,然后计算总的覆盖率。 ``` function f = coverage(x) % x 为监测点的坐标矩阵,每列表示一个监测点的横纵坐标 % 如:x = [x1,y1;x2,y2;x3,y3;...] % 计算每个监测点的覆盖面积 cov_area = zeros(size(x,1),1); for i = 1:size(x,1) cov_area(i) = gaussian_cov(x(i,:)); end % 计算总的覆盖率 f = sum(cov_area)/preset_points_num; end function f = gaussian_cov(x) % x 为待计算监测点的坐标 % 计算该监测点的覆盖面积 f = exp(-((x(1)-source_x)^2+(x(2)-source_y)^2)/(2*cov_sigma^2)); end ``` 然后,我们需要编写粒子群算法的主函数。主要包括初始化粒子位置和速度、更新位置和速度、更新全局最优解和个体最优解、更新惯性权重等。 ``` function [best_x, best_f] = pso() % 初始化 swarm_size = 100; % 粒子数 max_iter = 100; % 最大迭代次数 preset_points_num = 50; % 预设监测点数量 w = 0.8; % 惯性权重 c1 = 2; % 加速因子 c2 = 2; v_max = 0.2; % 最大速度 x_min = 0; % 监测区域的边界 x_max = 100; y_min = 0; y_max = 100; source_x = 50; % 扩散源位置 source_y = 50; cov_sigma = 10; % 覆盖面积标准差 global_best_f = -inf; % 全局最优解 global_best_x = zeros(2,1); % 全局最优解坐标 % 初始化粒子位置和速度 x = rand(2,swarm_size).*[x_max-x_min;y_max-y_min]+[x_min;y_min]; v = rand(2,swarm_size).*[v_max;v_max]-[v_max/2;v_max/2]; pbest_x = x; % 个体最优解 pbest_f = -inf*ones(1,swarm_size); % 循环迭代 for iter = 1:max_iter % 更新速度和位置 for i = 1:swarm_size v(:,i) = w*v(:,i)+c1*rand(2,1).*(pbest_x(:,i)-x(:,i))+c2*rand(2,1).*(global_best_x-x(:,i)); % 限制速度范围 v(:,i) = min(max(v(:,i),-v_max),v_max); x(:,i) = x(:,i)+v(:,i); % 限制位置范围 x(:,i) = min(max(x(:,i),[x_min;y_min]),[x_max;y_max]); end % 更新个体最优解和全局最优解 for i = 1:swarm_size f = objfun(x(:,i)); if f > pbest_f(i) pbest_x(:,i) = x(:,i); pbest_f(i) = f; end if f > global_best_f global_best_x = x(:,i); global_best_f = f; end end % 更新惯性权重 w = w-0.5*(w-0.4)/max_iter; end best_x = global_best_x; best_f = global_best_f; end ``` 最后,我们可以调用主函数得到最优解,并绘制监测点分布图和覆盖率仿真结果图。 ``` [pso_x, pso_f] = pso(); x = [pso_x, source_x]; y = [pso_f, 1]; scatter(pso_x(1,:),pso_x(2,:),'filled'); hold on; scatter(source_x,source_y,'filled'); hold off; xlim([x_min,x_max]); ylim([y_min,y_max]); xlabel('x'); ylabel('y'); legend('监测点','扩散源'); title(['覆盖率:',num2str(pso_f)]); figure; [X,Y] = meshgrid(x_min:1:x_max,y_min:1:y_max); Z = zeros(size(X)); for i = 1:size(X,1) for j = 1:size(X,2) Z(i,j) = gaussian_cov([X(i,j),Y(i,j)]); end end mesh(X,Y,Z,'FaceAlpha',0.5); hold on; scatter3(pso_x(1,:),pso_x(2,:),pso_f*ones(size(pso_x,2),1),'filled'); plot3(x,y,'LineWidth',2); hold off; xlim([x_min,x_max]); ylim([y_min,y_max]); xlabel('x'); ylabel('y'); zlabel('覆盖率'); legend('覆盖面积','监测点','覆盖率'); ``` 运行以上代码,即可得到监测点分布图和覆盖率仿真结果图。

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