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论文研究-学习因子和时间因子随权重调整的粒子群算法.pdf
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更新于2023-05-26
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粒子群优化算法中惯性权重和学习因子的独自调整策略削弱了算法进化过程的统一性,很难适应复杂的非线性优化,为此提出一种利用惯性权重来控制学习因子的粒子群算法,通过增强权重和学习因子之间的相互作用来平衡算法的全局探索和局部开发能力。在此基础上引入时间因子,将其视做权重的线性函数,以便进一步提高迭代后期的局部开发能力并加快收敛速度。针对粒子群算法收敛性与多样性之间存在的矛盾,提出了边界限制和速度反弹的策略,避免粒子飞离区域造成种群多样性的减少,同时促使粒子快速收敛到全局最优。通过对多个基准测试函数进行优化分析,并将分析结果与其他粒子群算法计算结果进行对比,表明该算法能达到平衡粒子向个体学习和向群体学习能力的作用,提高了算法的寻优能力和收敛精度。
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收稿日期:20131122;修回日期:20131230 基金项目:国家自然科学基金资助项目(61273339);机器人技术及系统国家重点实验室
基金资助项目(SKLRS201201B)
作者简介:马国庆(1988),男,吉林长春人,硕士研究生,主要研究方向为机器人技术(hitmgq@126.com);李瑞峰(1965),男,教授,博导,主要
研究方向为智能服务机器人、先进工业机器人;刘丽(1988),女,硕士研究生,主要研究方向为电动机节能.
学习因子和时间因子随权重调整的粒子群算法
马国庆
1
,李瑞峰
1
,刘 丽
2
(1.哈尔滨工业大学 机器人技术与系统国家重点实验室,哈尔滨 150001;2.长春理工大学 机电工程学院,
长春 130022)
摘 要:粒子群优化算法中惯性权重和学习因子的独自调整策略削弱了算法进化过程的统一性,很难适应复杂
的非线性优化,为此提出一种利用惯性权重来控制学习因子的粒子群算法,通过增强权重和学习因子之间的相
互作用来平衡算法的全局探索和局部开发能力。在此基础上引入时间因子,将其视做权重的线性函数,以便进
一步提高迭代后期的局部开发能力并加快收敛速度。针对粒子群算法收敛性与多样性之间存在的矛盾,提出了
边界限制和速度反弹的策略,避免粒子飞离区域造成种群多样性的减少,同时促使粒子快速收敛到全局最优。
通过对多个基准测试函数进行优化分析,并将分析结果与其他粒子群算法计算结果进行对比,表明该算法能达
到平衡粒子向个体学习和向群体学习能力的作用,提高了算法的寻优能力和收敛精度。
关键词:粒子群优化算法;学习因子;时间因子;边界限制;速度反弹
中图分类号:TP301.6 文献标志码:A 文章编号:10013695(2014)11329104
doi:10.3969/j.issn.10013695.2014.11.021
Particleswarmoptimizationalgorithmoflearningfactorsand
timefactoradjustingtoweights
MAGuoqing
1
,LIRuifeng
1
,LIULi
2
(1.StateKeyLaboratoryofRobotic&System,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001,China;2.CollegeofMechanical& Electric
Engineering,ChangchunUniversityofScience&Technology,Changchun 130022,China)
Abstract:Concerningtheproblemthattheindependentadjustingstrategyofinertiaweightandlearningfactorreducesevolu
tionuniformityofparticleswarmoptimization(PSO)algorithm,andcannotadapttothecomplexnonlinearoptimizationprob
lems,thispaperproposedanewPSOalgorithmwithlearningfactorcontrolledbyinertiaweightfunction.Thisstrategycouldef
fectivelyenhancetheinteractionofinertiaweightandlearningfactorsoastobalancetheglobalexplorationandlocalexploita
tionandpreferablyleadparticlestosearchgloballyoptimalsolution.Basedonthat
,itintroducedthetimefactor,whichtreated
asalinearfunctionofinertiaweight,inordertofurtherimprovethelocaldevelopmentabilityandconvergencespeedofitera
tioninthelate.AimingattheconflictbetweentheconvergenceandthediversityofPSO,itproposedanstrategyofboundary
restrictionsandspeedrebound
,whichcouldavoideparticlesflyingoffresultinginadecreaseofspeciesdiversityandmadepar
ticlesconvergetoglobaloptimumquickly.Theoptimizationanalysisonbenchmarktestfunctionsandthecomparisonwithother
PSOalgorithmindicatesthatthealgorithmbalancesindividualandcoloniallearningabilityofparticlesandimprovesoptimiza
tionablityandtheaccuracyofconvergence.
Keywords:particleswarmoptimizationalgorithm;learningfactor;timefactor;boundaryrestrictions; speedrebound
!
引言
最早提出粒子群优化算法(particleswarmoptimizationalgo
rithm,PSO)的时间要追溯到 1995年,它是由电气工程师 Eber
hart和社会心理学家 Kennedy对鸟群寻找食物过程的模拟研
究而共同提出的,是一种基于群体智能的随机优化算法
[1]
。
由于 PSO算法概念简单、实现容易、调整参数少、收敛速度快,
因此自提出以来便受到了许多学者的研究和关注。目前 PSO
算法已在神经网络训练、图像融合、结构优化设计等众多领域
得到了广泛应用。粒子群算法在解决复杂优化问题方面已经
被证实是非常有效的,然而与其他的进化算法一样,粒子群算
法也存在着容易陷入局部最优解、在后期收敛速度慢、搜索精
度不高、鲁棒性差等问题。对此,各国学者做了大量的改进工
作。文献[2]将惯性权重设为线性递减的方式,使得算法可以
在迭代初期以较快的速度迅速定位到最优解的大致位置,随着
迭代的进行惯性权重逐渐减小,粒子速度减慢,粒子开始以高
精度实现局部搜索。文献[
3]通过分析 PSO的收敛行为,引入
了压缩因子,提高了收敛速度并保证了收敛质量。文献[4]提
出了一种活跃目标点的 PSO算法,其主要原理是在标准 PSO
速度更新公式中引入了称为活跃目标点的第三个目标点,从而
构成基于三个目标点速度更新机制的粒子速度更新公式,它的
优点是较好地克服了 PSO的早熟收敛问题,缺点是增加了一
定的额外计算开销。文献[5]为克服粒子群优化算法易早熟
和迭代后期收敛速度慢的缺点,引入免疫思想,以粒子适应度
第 31卷第 11期
2014年 11月
计 算 机 应 用 研 究
ApplicationResearchofComputers
Vol.31No.11
Nov.2014














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