云計(jì)算平臺(tái)上的粒子群優(yōu)化方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種云計(jì)算平臺(tái)上的粒子群優(yōu)化方法及系統(tǒng)，克服目前粒子群優(yōu)化算法所存在的快速趨同效應(yīng)的不足，其根據(jù)該粒子的速度矢量的慣性部分、認(rèn)知部分、群內(nèi)社會(huì)部分以及全局社會(huì)部分等來(lái)進(jìn)行優(yōu)化。本申請(qǐng)的實(shí)施例可以使用云計(jì)算平臺(tái)的分布式環(huán)境加以實(shí)現(xiàn)。本申請(qǐng)的實(shí)施例能夠有效避免粒子陷入早熟收斂，增大粒子逃離局部最優(yōu)的可能性。
【專利說(shuō)明】云計(jì)算平臺(tái)上的粒子群優(yōu)化方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及粒子群優(yōu)化技術(shù)，尤其涉及一種云計(jì)算平臺(tái)上的粒子群優(yōu)化方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]粒子群優(yōu)化算法(Particle Swarm Optimizer,簡(jiǎn)稱PS0)的基本思想來(lái)源于模擬鳥群在覓食過(guò)程中的遷徙和群聚行為，是一種基于群體智能的全局隨機(jī)搜索算法。
[0003]粒子群算法具有很好的生物社會(huì)特性，形象直觀，而且易于實(shí)現(xiàn)，對(duì)非線性、多峰問(wèn)題均具有較強(qiáng)的全局搜索能力，在科學(xué)研究與工程實(shí)踐中得到了廣泛關(guān)注。
[0004]粒子群優(yōu)化算法與其他進(jìn)化算法一樣，也有基于種群和進(jìn)化的概念，通過(guò)個(gè)體間的協(xié)作與競(jìng)爭(zhēng)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜空間最優(yōu)解的搜索。它將群體(Swarm)中的個(gè)體看作是多維空間中沒(méi)有質(zhì)量和體積的粒子(Particle)，每個(gè)粒子以一定的速度在解空間中運(yùn)動(dòng)，并在搜索過(guò)程中逐漸向自身歷史最優(yōu)位置和鄰域歷史最優(yōu)位置聚集，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)候選解的進(jìn)化。
[0005]基本粒子群算法采用速度-位置搜索策略，通常描述為:在一個(gè)n (n大于I)維的解空間中，有一個(gè)由m (m大于I)個(gè)粒子組成的種群，每個(gè)粒子代表解空間的一個(gè)候選解。
[0006]其中，第i (i=l，2，3，…，m)個(gè)粒子在n維解空間中的位置矢量表示為Xi= (Xn，Xi2,…，xin)，速度矢量表示為Vi= (Vil,Xi2,…，XinX第i個(gè)粒子從開始到當(dāng)前迭代次數(shù)得到的最優(yōu)解:個(gè)體歷史最優(yōu)位置矢量Pi= (PuPi2,…，PinX整個(gè)粒子種群目前的最優(yōu)解:群內(nèi)歷史最優(yōu)位置矢量Pg= (Pgl, Pg2,…，PgnX
[0007]單個(gè)粒子通過(guò)以下兩個(gè)表達(dá)式分別對(duì)速度矢量和位置矢量進(jìn)行更新。
[0008]
【權(quán)利要求】
1.一種云計(jì)算平臺(tái)上的粒子群優(yōu)化方法，所述云計(jì)算平臺(tái)上預(yù)設(shè)有多個(gè)種群，每個(gè)種群中包含有多個(gè)粒子，所有種群中的每個(gè)粒子都有一歷史速度矢量、一個(gè)體歷史位置矢量、一個(gè)體歷史最優(yōu)適應(yīng)值以及與該個(gè)體歷史最優(yōu)適應(yīng)值對(duì)應(yīng)的一個(gè)體歷史最優(yōu)位置矢量，每個(gè)種群都有一群內(nèi)歷史最優(yōu)適應(yīng)值及對(duì)應(yīng)的群內(nèi)歷史最優(yōu)位置矢量，所有種群具有一全局歷史最優(yōu)適應(yīng)值及對(duì)應(yīng)的全局歷史最優(yōu)位置矢量；在該方法中，對(duì)于所有種群中的每個(gè)粒子均執(zhí)行如下操作: 根據(jù)該粒子的速度矢量的慣性部分、認(rèn)知部分、群內(nèi)社會(huì)部分以及全局社會(huì)部分更新獲得該粒子的當(dāng)前速度矢量；其中，該粒子的速度矢量的全局社會(huì)部分反映了種群間協(xié)同合作與知識(shí)共享的群體歷史經(jīng)驗(yàn)； 根據(jù)該粒子的歷史位置矢量以及所述當(dāng)前速度矢量更新獲得該粒子的當(dāng)前位置矢量; 根據(jù)所述當(dāng)前位置矢量獲得該粒子的當(dāng)前適應(yīng)值； 判斷該粒子的所述當(dāng)前適應(yīng)值是否優(yōu)于該粒子的個(gè)體歷史最優(yōu)適應(yīng)值，是則將該粒子的個(gè)體歷史最優(yōu)適應(yīng)值更新為所述當(dāng)前適應(yīng)值，并將該粒子的個(gè)體歷史最優(yōu)位置矢量更新為所述當(dāng)前位置矢量； 判斷該粒子的所述當(dāng)前適應(yīng)值是否優(yōu)于該粒子所屬種群的群內(nèi)歷史最優(yōu)適應(yīng)值，是則將該粒子所屬種群的群內(nèi)歷史最優(yōu)適應(yīng)值更新為該粒子的所述當(dāng)前適應(yīng)值，并將該粒子所屬種群的群內(nèi)歷史最優(yōu)位置矢量更新為所述當(dāng)前位置矢量； 判斷該粒子的所述當(dāng)前適應(yīng) 值是否優(yōu)于所述全局歷史最優(yōu)適應(yīng)值，是則將所述全局歷史最優(yōu)適應(yīng)值更新為該粒子的所述當(dāng)前適應(yīng)值，并將所述全局歷史最優(yōu)位置矢量更新為所述當(dāng)前位置矢量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，根據(jù)該粒子的速度矢量的慣性部分、認(rèn)知部分、群內(nèi)社會(huì)部分以及全局社會(huì)部分更新獲得該粒子的當(dāng)前速度矢量，包括: 根據(jù)該粒子的歷史速度矢量獲得該粒子的速度矢量的所述慣性部分； 根據(jù)該粒子的個(gè)體歷史最優(yōu)位置矢量及前一次更新后的歷史位置矢量獲得該粒子的速度矢量的所述認(rèn)知部分； 根據(jù)該粒子的群內(nèi)歷史最優(yōu)位置矢量及前一次更新后的歷史位置矢量獲得該粒子的速度矢量的所述群內(nèi)社會(huì)部分； 根據(jù)該粒子的全局歷史最優(yōu)位置矢量及前一次更新后的歷史位置矢量獲得該粒子的速度矢量的所述全局社會(huì)部分； 根據(jù)該粒子的速度矢量的所述認(rèn)知部分、群內(nèi)社會(huì)部分以及全局社會(huì)部分更新獲得該粒子的當(dāng)前速度矢量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，根據(jù)如下表達(dá)式更新獲得該粒子的當(dāng)前速度矢量:
Vid (t+1) =wVid (t) +C^1 (Pid (t) -Xid (t)) +c2r2 (Pgd (t) -Xid (t)) +c3r3 (PGd (t) -Xid (t))； 其中: Vid(t+1)表示該粒子本次更新后的所述當(dāng)前速度矢量；i表示該粒子在其所屬種群內(nèi)的序號(hào)；d=l，2，3，…，n，n為解空間的維度； wVid(t)為該粒子的速度矢量的所述慣性部分，Vid (t+1)表示該粒子本次更新后的所述當(dāng)前速度矢量，Vid(t)表示該粒子前一次更新后的所述歷史速度矢量，W為慣性因子； Ciri (Pid(t)-Xid(t))為該粒子的速度矢量的所述認(rèn)知部分，Pid(t)表示該粒子的所述個(gè)體歷史最優(yōu)位置矢量，Xid (t)為該粒子前一次更新后的所述歷史位置矢量，C1表示該粒子對(duì)自身歷史經(jīng)驗(yàn)記憶能力的第一學(xué)習(xí)因子，r:為第一隨機(jī)數(shù)； c2r2(Pgd(t)-Xid(t))為該粒子的速度矢量的所述群內(nèi)社會(huì)部分，Pgd(t)表示該粒子的所述群內(nèi)歷史最優(yōu)位置矢量，C2表示同一種群內(nèi)粒子間協(xié)同合作與知識(shí)共享的群體學(xué)習(xí)能力的第二學(xué)習(xí)因子，r2為第二隨機(jī)數(shù)； c3r3(PGd(t)-Xid(t))為該粒子的速度矢量的所述全局社會(huì)部分，PM(t)表示該粒子的所述全局歷史最優(yōu)位置矢量，C3表示種群之間進(jìn)行協(xié)同合作與知識(shí)共享的群體學(xué)習(xí)能力的第三學(xué)習(xí)因子，1~3為第三隨機(jī)數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中: 不同種群之間的所述慣性因子W、第一學(xué)習(xí)因子C1、第二學(xué)習(xí)因子C2、第三學(xué)習(xí)因子c3、第一隨機(jī)數(shù)A、第二隨機(jī)數(shù)r2及第三隨機(jī)數(shù)r3不相等。
5.一種云計(jì)算平臺(tái)上的粒子群優(yōu)化系統(tǒng)，所述云計(jì)算平臺(tái)上預(yù)設(shè)有多個(gè)種群，每個(gè)種群中包含有多個(gè)粒子，所有種群中的每個(gè)粒子都有一歷史速度矢量、一個(gè)體歷史位置矢量、一個(gè)體歷史最優(yōu)適應(yīng)值以及與該個(gè)體歷史最優(yōu)適應(yīng)值對(duì)應(yīng)的一個(gè)體歷史最優(yōu)位置矢量，每個(gè)種群都有一群內(nèi)歷史最優(yōu)適應(yīng)值及對(duì)應(yīng)的群內(nèi)歷史最優(yōu)位置矢量，所有種群具有一全局歷史最優(yōu)適應(yīng)值及對(duì)應(yīng)的全局歷史最優(yōu)位置矢量；該系統(tǒng)包括: 速度更新模塊，根據(jù)所有種群中每個(gè)粒子的速度矢量的慣性部分、認(rèn)知部分、群內(nèi)社會(huì)部分以及全局社會(huì)部分更新獲得該粒子的當(dāng)前速度矢量；其中，該粒子的速度矢量的全局社會(huì)部分反映了種群間協(xié)同合作與知`識(shí)共享的群體歷史經(jīng)驗(yàn)； 位置獲取模塊，根據(jù)該粒子的歷史位置矢量以及所述當(dāng)前速度矢量更新獲得該粒子的當(dāng)前位置矢量； 適應(yīng)值獲取模塊，根據(jù)所述當(dāng)前位置矢量獲得該粒子的當(dāng)前適應(yīng)值； 第一判斷模塊，判斷該粒子的所述當(dāng)前適應(yīng)值是否優(yōu)于該粒子的個(gè)體歷史最優(yōu)適應(yīng)值； 個(gè)體更新模塊，在該第一判斷模塊判斷出該粒子的所述當(dāng)前適應(yīng)值優(yōu)于該粒子的個(gè)體歷史最優(yōu)適應(yīng)值時(shí)，將該粒子的個(gè)體歷史最優(yōu)適應(yīng)值更新為所述當(dāng)前適應(yīng)值，并將該粒子的個(gè)體歷史最優(yōu)位置矢量更新為所述當(dāng)前位置矢量； 第二判斷模塊，判斷該粒子的所述當(dāng)前適應(yīng)值是否優(yōu)于該粒子所屬種群的群內(nèi)歷史最優(yōu)適應(yīng)值； 群內(nèi)更新模塊，在該第二判斷模塊判斷出該粒子的所述當(dāng)前適應(yīng)值優(yōu)于該粒子所屬種群的群內(nèi)歷史最優(yōu)適應(yīng)值時(shí)，將該粒子所屬種群的群內(nèi)歷史最優(yōu)適應(yīng)值更新為該粒子的所述當(dāng)前適應(yīng)值，并將該粒子所屬種群的群內(nèi)歷史最優(yōu)位置矢量更新為所述當(dāng)前位置矢量；第三判斷模塊，判斷該粒子的所述當(dāng)前適應(yīng)值是否優(yōu)于所述全局歷史最優(yōu)適應(yīng)值；全局更新模塊，在該第三判斷模塊判斷該粒子的所述當(dāng)前適應(yīng)值優(yōu)于所述全局歷史最優(yōu)適應(yīng)值時(shí)，將所述全局歷史最優(yōu)適應(yīng)值更新為該粒子的所述當(dāng)前適應(yīng)值，并將所述全局歷史最優(yōu)位置矢量更新為所述當(dāng)前位置矢量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述速度更新模塊包括:第一獲取單元，根據(jù)該粒子的歷史速度矢量獲得該粒子的速度矢量的所述慣性部分；第二獲取單元，根據(jù)該粒子的個(gè)體歷史最優(yōu)位置矢量及前一次更新后的歷史位置矢量獲得該粒子的速度矢量的所述認(rèn)知部分； 第三獲取單元，根據(jù)該粒子的群內(nèi)歷史最優(yōu)位置矢量及前一次更新后的歷史位置矢量獲得該粒子的速度矢量的所述群內(nèi)社會(huì)部分； 第四獲取單元，根據(jù)該粒子的全局歷史最優(yōu)位置矢量及前一次更新后的歷史位置矢量獲得該粒子的速度矢量的所述全局社會(huì)部分； 速度更新單元，根據(jù)該粒子的速度矢量的所述認(rèn)知部分、群內(nèi)社會(huì)部分以及全局社會(huì)部分更新獲得該粒子的當(dāng)前速度矢量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中: 所述第一獲取單元根據(jù)表達(dá)式wVid (t)獲得該粒子的速度矢量的所述慣性部分，其中Vid(t)表示該粒子前一次更新后的所述歷史速度矢量，w為慣性因子；1表示該粒子在其所屬種群內(nèi)的序號(hào)；d=l，2，3，…，n，n為解空間的維度； 所述第二獲取單元根據(jù)表達(dá)式C^1 (Pid(t)-Xid(t))獲得該粒子的速度矢量的所述認(rèn)知部分，其中Pid (t)表示該粒子的所述個(gè)體歷史最優(yōu)位置矢量，Xid (t)為該粒子前一次更新后的所述歷史位置矢量，C1表示該粒子對(duì)自身歷史經(jīng)驗(yàn)記憶能力的第一學(xué)習(xí)因子，r:為第一隨機(jī)數(shù)； 所述第三獲取單元根據(jù)表達(dá)式c2r2 (Pgd(t)-Xid(t))獲得該粒子的速度矢量的所述群內(nèi)社會(huì)部分，其中Pgd(t)表示該粒子的所述群內(nèi)歷史最優(yōu)位置矢量，C2表示同一種群內(nèi)粒子間協(xié)同合作與知識(shí)共享的群體學(xué)習(xí)能力的第二學(xué)習(xí)因子，r2為第二隨機(jī)數(shù)； 所述第四獲取單元根據(jù)表達(dá)式c3r3(PM(t)-Xid(t))獲得該粒子的速度矢量的所述全局社會(huì)部分，其中Ped(t)表示該粒子的所述全局歷史最優(yōu)位置矢量，C3表示種群之間進(jìn)行協(xié)同合作與知識(shí)共享的群體學(xué)習(xí)能力的第三學(xué)習(xí)因子，r3為第三隨機(jī)數(shù)； 所述速度更新單元根據(jù)如下表達(dá)式更新獲得該粒子的當(dāng)前速度矢量:
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK103761566SQ201410005637
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月6日
【發(fā)明者】張俊 申請(qǐng)人:浪潮(北京)電子信息產(chǎn)業(yè)有限公司