智能優化算法:引力搜索算法

智能優化算法:引力搜索算法-附代碼

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摘要:萬 有 引 力 搜 索 算 法 (gravitational searchalgorithm,GSA) 由伊朗的 Esmat Rashedi 教授等人提出,該算法是基于牛頓萬有引力定律的一種元啟發式智能優化算法,能夠用于解決優化問題。

1.算法原理

引力搜索算法利用物體間的萬有引力定律搜索最優解,全局優化能力突出。設 n 維空間引力系統中有 N個粒子,定義第 i 個粒子位置為 X_i={x_i^1,...,x_i^d,...,x_i^n},(i=1,2,...,N)。其中:x^d_i為第i 個粒子在第 d 維中位置。GSA 算法流程見圖 1。

圖1 算法流程圖

粒子 it 時刻質量 M_i (t)為:
m_i(t)=\frac{fit_i(t)-worst(t)}{best(t)-worst(t)}\tag{1}

M_i(t)=\frac{m_i(t)}{\sum_{j=1}^Nm_j(t)}\tag{2}

式中:fit_i(t)為在t 時刻粒子i的適應度函數值。

如求解適應度函數極小值,則
best(t) = min\,fit_j(t)\tag{3}

worst(t) = max\,fit_j(t)\tag{4}

在第 d 維空間上,第 i 個粒子受第 j 個粒子作用力為:
F_{ij}^d(t) = G(t)\frac{M_i(t)M_j(t)}{||X_i(t),X_j(t)||_2+\varepsilon}[x_j^d(t)-x_i^d(t)]\tag{7}
式中:\varepsilon 為接近 0 的常量;G(t)t 時刻引力常數。
G(t) = G_0e^{-at/T}\tag{8}
式中:G_0 =100;a =20;T 為迭代次數。

在第 d 維空間上,第i個粒子受其它粒子引力合力作用,用各粒子引力的隨機加權和表示,即:
F_i^d(t)=\sum_{j=1,j\neq i}^N randF_{ij}^d(t)\tag{9}
式中:rand 為范圍在[0,1]間任意數。

基于牛頓第二定理,在第 d 維空間上粒子 i 在引力合力作用下加速度為:
a_i^d(t) = F_i^d(t)/M_i(t)\tag{10}
GSA 中,粒子i 更新在第d維空間位置 x^d_i (t)及速度 v^d_i (t)以實現迭代過程,速度及位置更新式為:
v_i^d(t+1)=randv_i^d(t)+a_i^d(t)\tag{11}

x_i^d(t+1)=x_i^d(t)+v_i^d(t+1)\tag{12}

2.算法結果

算法結果

3.參考文獻

[1] Esmat R,Hossein N,Saeid S.GSA:A gravitational search algorithm[J].Inform Sci,2009,179(13):2232-2248.

[2] 劉永前, 徐強, Infield D , et al. 基于引力搜索神經網絡的風電機組傳動鏈故障識別[J]. 振動與沖擊, 2015, 34(2):134-137.

4.Matlab代碼

https://mianbaoduo.com/o/bread/aJiYmZc=

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