基于matlab的遗传算法及其在稀布阵列天线中的应用

时间: 2023-05-09 20:02:26 浏览: 216
基于matlab的遗传算法是一种基于生物遗传学原理的优化算法,可以用来寻找最优解。在稀布阵列天线设计中的应用十分广泛。首先,遗传算法可以自动地生成优化的天线设计,通过对天线的布局、几何形状、工作频率等参数进行优化,以最大程度地提高天线性能。其次,遗传算法可以通过评价函数来评估天线的性能,以快速而准确地解决天线优化设计问题。 在稀布阵列天线设计中,遗传算法可以通过对阵列元素位置和相位进行优化,来实现天线的波束对准和辐射效率的最大化。此外,在多波束稀布阵列天线设计中,遗传算法可以通过对多个波束之间的互相干扰来进行优化,以实现各个波束之间的最佳分离。 总之,基于matlab的遗传算法在稀布阵列天线设计中具有广泛应用,可以实现天线性能的最大化,提高无线通信系统的传输效率。
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MATLAB是一种广泛使用的数值计算软件,它提供了许多工具箱和函数,以便进行各种计算和数据分析任务。其中一个工具箱是遗传算法工具箱,它提供了用于实现基于遗传算法的优化问题的函数和示例。 遗传算法是一种启发式优化技术,模拟了生物进化中的基本原理,通过模拟自然选择、遗传变异和基因重组等过程来找到最优解。在稀布阵列天线中,遗传算法可以用于优化天线元素的位置和相位,以实现更好的信号接收和传输。 在MATLAB中,可以使用遗传算法工具箱中的函数来实现遗传算法。首先需要定义问题的适应度函数,它将计算每个个体的适应度值。然后可以使用遗传算法工具箱中的函数来创建一个遗传算法对象,并设置算法的参数,例如种群大小、交叉率、变异率等。最后,可以使用遗传算法对象的run函数来运行遗传算法,并获得最优解。 总之,基于MATLAB的遗传算法在稀布阵列天线中的应用可以帮助优化天线元素的位置和相位,从而提高信号接收和传输的质量。

基于matlab的遗传算法及其在稀布阵列天线中的应用pdf

遗传算法是一种仿生学算法,其应用广泛,可用于解决复杂的优化问题,如稀布阵列天线设计问题。基于Matlab的遗传算法可较为方便地实现天线阵列结构优化与性能提升。 在稀布阵列天线中,遗传算法可通过优化天线间距、阵列形状和天线的发射功率分配等因素,来实现阵列天线性能的优化和提升。具体来说,遗传算法可以通过对天线距离、偏移角度、天线数目等参数进行适应度评估和基因变异,实现天线数组的动态优化设计。同时,利用Matlab的强大工具箱,可以很容易地实现遗传算法。 在设计稀布阵列天线时,需要考虑很多因素,如天线间距、天线数目和发射功率分配等。这些因素都会直接影响到天线的工作效果和性能。借助遗传算法,我们可以方便地优化天线数组设计,得到更好的天线阵列布局方案,进而提升天线系统的工作性能。 总之,基于Matlab的遗传算法在稀布阵列天线设计中具有广泛的应用前景,不仅可以提高天线数组的性能,同时也可为天线设计人员提供更加高效、严密的天线系统设计方案。
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遗传算法matlab程序(2009-04-14 18:25:19)转载标签: 遗传算法二进制编码if杂谈 遗传算法程序: 说明: fga.m 为遗传算法的主程序; 采用二进制Gray编码,采用基于轮盘赌法的非线性排名选择, 均匀交叉,变异操作,而且还引入了倒位操作! function [BestPop,Trace]=fga(FUN,LB,UB,eranum,popsize,pCross,pMutation,pInversion,options) % [BestPop,Trace]=fmaxga(FUN,LB,UB,eranum,popsize,pcross,pmutation) % Finds a maximum of a function of several variables. % fmaxga solves problems of the form: % max F(X) subject to: LB <= X <= UB % BestPop - 最优的群体即为最优的染色体群 % Trace - 最佳染色体所对应的目标函数值 % FUN - 目标函数 % LB - 自变量下限 % UB - 自变量上限 % eranum - 种群的代数,取100--1000(默认200) % popsize - 每一代种群的规模;此可取50--200(默认100) % pcross - 交叉概率,一般取0.5--0.85之间较好(默认0.8) % pmutation - 初始变异概率,一般取0.05-0.2之间较好(默认0.1) % pInversion - 倒位概率,一般取0.05-0.3之间较好(默认0.2) % options - 1*2矩阵,options(1)=0二进制编码(默认0),option(1)~=0十进制编 %码,option(2)设定求解精度(默认1e-4) % % ------------------------------------------------------------------------ T1=clock; if nargin<3, error('FMAXGA requires at least three input arguments'); end if nargin==3, eranum=200;popsize=100;pCross=0.8;pMutation=0.1;pInversion=0.15;options=[0 1e-4];end if nargin==4, popsize=100;pCross=0.8;pMutation=0.1;pInversion=0.15;options=[0 1e-4];end if nargin==5, pCross=0.8;pMutation=0.1;pInversion=0.15;options=[0 1e-4];end if nargin==6, pMutation=0.1;pInversion=0.15;options=[0 1e-4];end if nargin==7, pInversion=0.15;options=[0 1e-4];end if find((LB-UB)>0) error('数据输入错误,请重新输入(LB<UB):'); end s=sprintf('程序运行需要约%.4f 秒钟时间,请稍等......',(eranum*popsize/1000)); disp(s); global m n NewPop children1 children2 VarNum bounds=[LB;UB]';bits=[];VarNum=size(bounds,1); precision=options(2);%由求解精度确定二进制编码长度 bits=ceil(log2((bounds(:,2)-bounds(:,1))' ./ precision));%由设定精度划分区间 [Pop]=InitPopGray(popsize,bits);%初始化种群 [m,n]=size(Pop); NewPop=zeros(m,n); children1=zeros(1,n); children2=zeros(1,n); pm0=pMutation; BestPop=zeros(eranum,n);%分配初始解空间BestPop,Trace Trace=zeros(eranum,length(bits)+1); i=1; while i<=eranum for j=1:m value(j)=feval_r(FUN(1,:),(b2f(Pop(j,:),bounds,bits)));%计算适应度 end [MaxValue,Index]=max(value); BestPop(i,:)=Pop(Index,:); Trace(i,1)=MaxValue; Trace(i,(2:length(bits)+1))=b2f(BestPop(i,:),bounds,bits); [selectpop]=NonlinearRankSelect(FUN,Pop,bounds,bits);%非线性排名选择 [CrossOverPop]=CrossOver(selectpop,pCross,round(unidrnd(eranum-i)/eranum)); %采用多点交叉和均匀交叉,且逐步增大均匀交叉的概率 %round(unidrnd(eranum-i)/eranum) [MutationPop]=Mutation(CrossOverPop,pMutation,VarNum);%变异 [InversionPop]=Inversion(MutationPop,pInversion);%倒位 Pop=InversionPop;%更新 pMutation=pm0+(i^4)*(pCross/3-pm0)/(eranum^4); %随着种群向前进化,逐步增大变异率至1/2交叉率 p(i)=pMutation; i=i+1; end t=1:eranum; plot(t,Trace(:,1)'); title('函数优化的遗传算法');xlabel('进化世代数(eranum)');ylabel('每一代最优适应度(maxfitness)'); [MaxFval,I]=max(Trace(:,1)); X=Trace(I,(2:length(bits)+1)); hold on; plot(I,MaxFval,'*'); text(I+5,MaxFval,['FMAX=' num2str(MaxFval)]); str1=sprintf('进化到 %d 代 ,自变量为 %s 时,得本次求解的最优值 %f\n对应染色体是:%s',I,num2str(X),MaxFval,num2str(BestPop(I,:))); disp(str1); %figure(2);plot(t,p);%绘制变异值增大过程 T2=clock; elapsed_time=T2-T1; if elapsed_time(6)<0 elapsed_time(6)=elapsed_time(6)+60; elapsed_time(5)=elapsed_time(5)-1; end if elapsed_time(5)<0 elapsed_time(5)=elapsed_time(5)+60;elapsed_time(4)=elapsed_time(4)-1; end %像这种程序当然不考虑运行上小时啦 str2=sprintf('程序运行耗时 %d 小时 %d 分钟 %.4f 秒',elapsed_time(4),elapsed_time(5),elapsed_time(6)); disp(str2); %初始化种群 %采用二进制Gray编码,其目的是为了克服二进制编码的Hamming悬崖缺点 function [initpop]=InitPopGray(popsize,bits) len=sum(bits); initpop=zeros(popsize,len);%The whole zero encoding individual for i=2:popsize-1 pop=round(rand(1,len)); pop=mod(([0 pop]+[pop 0]),2); %i=1时,b(1)=a(1);i>1时,b(i)=mod(a(i-1)+a(i),2) %其中原二进制串:a(1)a(2)...a(n),Gray串:b(1)b(2)...b(n) initpop(i,:)=pop(1:end-1); end initpop(popsize,:)=ones(1,len);%The whole one encoding individual %解码 function [fval] = b2f(bval,bounds,bits) % fval - 表征各变量的十进制数 % bval - 表征各变量的二进制编码串 % bounds - 各变量的取值范围 % bits - 各变量的二进制编码长度 scale=(bounds(:,2)-bounds(:,1))'./(2.^bits-1); %The range of the variables numV=size(bounds,1); cs=[0 cumsum(bits)]; for i=1:numV a=bval((cs(i)+1):cs(i+1)); fval(i)=sum(2.^(size(a,2)-1:-1:0).*a)*scale(i)+bounds(i,1); end %选择操作 %采用基于轮盘赌法的非线性排名选择 %各个体成员按适应值从大到小分配选择概率: %P(i)=(q/1-(1-q)^n)*(1-q)^i, 其中 P(0)>P(1)>...>P(n), sum(P(i))=1 function [selectpop]=NonlinearRankSelect(FUN,pop,bounds,bits) global m n selectpop=zeros(m,n); fit=zeros(m,1); for i=1:m fit(i)=feval_r(FUN(1,:),(b2f(pop(i,:),bounds,bits)));%以函数值为适应值做排名依据 end selectprob=fit/sum(fit);%计算各个体相对适应度(0,1) q=max(selectprob);%选择最优的概率 x=zeros(m,2); x(:,1)=[m:-1:1]'; [y x(:,2)]=sort(selectprob); r=q/(1-(1-q)^m);%标准分布基值 newfit(x(:,2))=r*(1-q).^(x(:,1)-1);%生成选择概率 newfit=cumsum(newfit);%计算各选择概率之和 rNums=sort(rand(m,1)); fitIn=1;newIn=1; while newIn<=m if rNums(newIn)<newfit(fitIn) selectpop(newIn,:)=pop(fitIn,:); newIn=newIn+1; else fitIn=fitIn+1; end end %交叉操作 function [NewPop]=CrossOver(OldPop,pCross,opts) %OldPop为父代种群,pcross为交叉概率 global m n NewPop r=rand(1,m); y1=find(r=pCross); len=length(y1); if len>2&mod(len,2)==1%如果用来进行交叉的染色体的条数为奇数,将其调整为偶数 y2(length(y2)+1)=y1(len); y1(len)=[]; end if length(y1)>=2 for i=0:2:length(y1)-2 if opts==0 [NewPop(y1(i+1),:),NewPop(y1(i+2),:)]=EqualCrossOver(OldPop(y1(i+1),:),OldPop(y1(i+2),:)); else [NewPop(y1(i+1),:),NewPop(y1(i+2),:)]=MultiPointCross(OldPop(y1(i+1),:),OldPop(y1(i+2),:)); end end end NewPop(y2,:)=OldPop(y2,:); %采用均匀交叉 function [children1,children2]=EqualCrossOver(parent1,parent2) global n children1 children2 hidecode=round(rand(1,n));%随机生成掩码 crossposition=find(hidecode==1); holdposition=find(hidecode==0); children1(crossposition)=parent1(crossposition);%掩码为1,父1为子1提供基因 children1(holdposition)=parent2(holdposition);%掩码为0,父2为子1提供基因 children2(crossposition)=parent2(crossposition);%掩码为1,父2为子2提供基因 children2(holdposition)=parent1(holdposition);%掩码为0,父1为子2提供基因 %采用多点交叉,交叉点数由变量数决定 function [Children1,Children2]=MultiPointCross(Parent1,Parent2) global n Children1 Children2 VarNum Children1=Parent1; Children2=Parent2; Points=sort(unidrnd(n,1,2*VarNum)); for i=1:VarNum Children1(Points(2*i-1):Points(2*i))=Parent2(Points(2*i-1):Points(2*i)); Children2(Points(2*i-1):Points(2*i))=Parent1(Points(2*i-1):Points(2*i)); end %变异操作 function [NewPop]=Mutation(OldPop,pMutation,VarNum) global m n NewPop r=rand(1,m); position=find(r<=pMutation); len=length(position); if len>=1 for i=1:len k=unidrnd(n,1,VarNum); %设置变异点数,一般设置1点 for j=1:length(k) if OldPop(position(i),k(j))==1 OldPop(position(i),k(j))=0; else OldPop(position(i),k(j))=1; end end end end NewPop=OldPop; %倒位操作 function [NewPop]=Inversion(OldPop,pInversion) global m n NewPop NewPop=OldPop; r=rand(1,m); PopIn=find(r<=pInversion); len=length(PopIn); if len>=1 for i=1:len d=sort(unidrnd(n,1,2)); if d(1)~=1&d(2)~=n NewPop(PopIn(i),1:d(1)-1)=OldPop(PopIn(i),1:d(1)-1); NewPop(PopIn(i),d(1):d(2))=OldPop(PopIn(i),d(2):-1:d(1)); NewPop(PopIn(i),d(2)+1:n)=OldPop(PopIn(i),d(2)+1:n); end end end

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