粒子群优化算法在函数优化中的应用及参数分析

为了更深入地分析探讨粒子群优化算法的性能,采用两种基本改进策略在MATLAB 7.0中对几个典型测试函数的优化问题进行了实验,即单独采用线性递减惯性权重策略以及在其基础上再加入收缩因子法,给出了这两种策略下函数的在线性能、离线性能变化图。为指导参数选取,用图示方式给出了不同参数组合对收敛性的影响。结论是：采用线性递减惯性权重策略加上收缩因子法比单独采用线性递减惯性权重策略的收敛性能好。若取固定惯性权重w,则w越小,收敛速度越快。     

混合变异算子的自适应粒子群优化算法

针对惯性权重线性递减粒子群算法(LDW)不能适应复杂的非线性优化搜索过程的问题,提出了一种非线性递减的惯性权重策略,使算法很快地进入局部搜索,并在算法中引入混合变异算子,克服算法易早熟收敛的缺陷。对几种典型函数的测试结果表明,本文算法的收敛速度和收敛精度都明显优于LDW算法。     

多策略融合粒子群算法及其收敛性分析

针对使用经典线性递减策略来确定惯性权重的粒子群优化算法在实际运算过程中与粒子寻优的非线性变化特点不匹配的问题,提出一种改进的粒子群算法。该算法采用多次随机初始化的策略初始种群位置,再对惯性权重引入随机因子,使其基于粒子适应度大小来动态调节惯性权重,更好地引导粒子进行搜索,提高算法的收敛精度,并证明其能以概率1全局收敛。为了验证该算法的寻优性能,通过8个经典测试函数将标准粒子群算法、惯性权重递减的粒子群算法及提出的改进算法在不同维度下进行测试比较。结果表明,该算法的寻优精度更高。     

基于亲和力的动态自适应粒子群算法

针对惯性权重线性递减粒子群算法(LDWPSO)不能适应复杂的非线性优化搜索过程的问题,提出了一种动态改变惯性权重的自适应粒子群算法(DCWAPSO),在该算法中引入亲和力的概念,并根据它对粒子群算法搜索能力的影响,将惯性因子表示为亲和力的函数在。每次迭代时算法可根据当前粒子群亲和力的大小动态地改变惯性权重,从而使算法具有动态自适应性。对六个典型函数的测试结果表明,DCWAPSO算法的收敛速度明显优于LDWPSO算法,收敛精度也有所提高。     

基于高斯函数递减惯性权重的粒子群优化算法

为了有效地平衡粒子群优化算法的全局搜索和局部搜索能力,提出了一种基于高斯函数递减惯性权重的粒子群优化(GDIWPSO)算法。此算法利用高斯函数的分布性、局部性等特点,实现了对惯性权重的非线性调整。仿真过程中,首先对测试函数优化以确定惯性权重的递减方式;然后比较了该算法与权重线性递减、凸函数递减、凹函数递减的粒子群算法优化不同测试函数的性能;最后结果表明,提出的算法在搜索能力、收敛速度及执行效率等方面均有很大提高。     

一种动态改变惯性权重的自适应粒子群算法

针对惯性权重线性递减粒子群算法(LDWPSO)不能适应复杂的非线性优化搜索过程的问题,提出了一种动态改变惯性权重的自适应粒子群算法(DCWPSO),在该算法中引入聚焦距离变化率的概念,并根据它对粒子群算法搜索能力的影响,将惯性因子表示为关于聚焦距离变化率的函数.在每次遮代时算法可根据当前粒子群聚焦距离变化率的大小动态地改变惯性权重,从而使算法具有动态自适应性.对6个典型函数的测试结果表明,DCWPSO算法的收敛速度明显优于LDWPSO算法,收敛精度也有所提高.     

基于惯性权重对数递减的粒子群优化算法

针对粒子群算法收敛速度慢和易陷入局部最优的问题,提出了基于惯性权重对数递减的粒子群算法,并引入对数调整因子,对数调整因子的不同取值保证了算法搜索成功率。选取八种典型函数分别进行给定迭代次数和给定精度的仿真实验,并与标准PSO算法、惯性权重线性递减PSO算法、惯性权重高斯函数递减PSO算法进行比较。测试结果表明,该策略可以简便高效地提高算法的全局收敛性和收敛速度,并且具有较好的稳定性。求解大多数优化问题时,即使不引入对数调整因子新算法就可以获得较好的效果。     

基于改进惯性权重的粒子群优化算法

惯性权重是粒子群算法中平衡全局搜索和局部搜索能力的重要参数,提出了一种基于改进惯性权重的粒子群优化算法。该算法在进化初期采用基于不同粒子不同维的动态自适应惯性权重策略,加快收敛速度,在进化后期采用线性递减权重策略,同时为防止陷入局优,适时引入混沌变异增加种群多样性。对5个典型测试函数的测试结果表明,NPSO在收敛速度、收敛精度、稳定性和全局搜索能力等方面比线性权重PSO(LDIWPSO)均有很大程度上的提高。     

一种改进线性惯权的粒子群算法

粒子群算法是一类智能优化搜索算法,该算法初期收敛很快,但后期易陷入局部最优点。为了提高粒子群算法的性能,提出一种改进线性惯权粒子群算法。该算法中惯性权值采用线性递减线性递增策略,其增减受粒子群的聚集度影响。对两个典型的测试函数进行仿真表明,该算法的搜索效率和精度优于一般的粒子群算法和惯性权值线性递减粒子群算法,同时具有较好的收敛稳定性。     

带有权重函数学习因子的粒子群算法

粒子群算法(PSO)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和粒子群的智能特性,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PSO算法。该算法将学习因子视作惯性权重的线性、非线性以及三角函数,在惯性权重随时间线性或非线性递减的过程中,学习因子发生相应的递减或递增变化,进而通过增强两者之间的相互作用来平衡算法的全局探索和局部开发能力,更好地引导粒子进行优化搜索。同时为了分析惯性权重和学习因子的融合性能,采用线性和非线性权重法进行比较,测试函数的优化结果表明了采用非线性递减权重的优越性。最后通过对多个基准测试函数的优化分析,并与带有异步线性变化和三角函数学习因子调整方法的PSO进行比较发现,该策略利用惯性权重调整学习因子,能达到平衡粒子个体学习能力和向群体学习能力的作用,提高了算法的优化精度。     

一种惯性权重动态调整的新型粒子群算法

在简要介绍基本PSO算法的基础上，提出了一种根据不同粒子距离全局最优点的距离对基本PSO算法的惯性权重进行动态调整的新型粒子群算法（DPSO）．并对新算法进行了描述。以典型优化问题的实例仿真验证了DPSO算法的有效性。     

一种动态调整惯性权重的粒子群优化算法

针对粒子收敛速度慢、搜索精度不高和算法性能在很大程度上依赖于参数的选取等缺点,提出了一种非线性指数惯性权重粒子群优化算法(Exponential Inertia Weight in Particle Swarm Optimization,EIW-PSO)。在每次迭代的过程中, 采用粒子最大适应值和最小适应值的指数函数来动态调整 算法中的惯性权重,更有利于算法在寻优过程中跳出局部最优;同时,引入随机因子以确保种群的多样性,使粒子更快地收敛到全局最优位置。为了验证该算法的寻优性能,通过8个基准测试函数将标准PSO、线性递减惯性权重LDIW-PSO、均值自适应惯性权重MAW-PSO在不同维度和种群规模下进行测试比较。实验结果表明,提出的EIW-PSO算法具有更快的收敛速度和更高的求解精度。     

基于多策略协同作用的粒子群优化算法

针对粒子群优化(PSO)算法容易早熟收敛、在进化后期收敛精度低的缺点,提出了一种基于多策略协同作用的粒子群优化(MSPSO)算法。首先,设定一个概率阈值为0.3,在粒子迭代过程中,如果随机生成的概率值小于阈值,则采用对当前种群中的最优个体进行反向学习并生成其反向解,以提高算法的收敛速度和收敛精度;否则,算法执行对粒子的位置进行高斯变异策略,以增强种群的多样性;其次,提出一种将柯西分布的比例参数进行线性递减的柯西变异策略,能够产生更好的解引导粒子向最优解空间运动;最后,在8个标准测试函数上进行仿真测试,MSPSO算法在Rosenbrock、Schwefel's P2.22、Rotated Ackley、Quadric Noise、Ackley函数上收敛的平均值分别为1.68E+01、2.36E-283、8.88E-16、2.78E-05、8.88E-16,在Sphere、Griewank和Rastrigin函数上收敛达到最优解0,优于高斯扰动粒子群优化(GDPSO)算法、基于柯西变异的反向学习粒子群优化(GOPSO)算法。结果表明,所提出的算法收敛精度高,能避免粒子陷入局部最优。     

求解TSP问题的模糊自适应粒子群算法

由于惯性权值的设置对粒子群优化（PSO）算法性能起着关键的作用，本文通过引入模糊技术，给出了一种惯性权值的模糊自适应调整模型及其相应的粒子群优化算法，并用于求解旅行商（TSP）问题。实验结果表明了改进算法在求解组合优化问题中的有效性，同时提高了算法的性能，并具有更快的收敛速度。     

具有适应性突变和惯性权重的粒子群优化(PSO)算法及其在动态系统参数估计中的应用

An important problem in engineering is the unknown parameters estimation in nonlinear systems. In this paper, a novel adaptive particle swarm optimization (APSO) method is proposed to solve this problem. This work considers two new aspects, namely an adaptive mutation mechanism and a dynamic inertia weight into the conventional particle swarm optimization (PSO) method. These mechanisms are employed to enhance global search ability and to increase accuracy. First, three well-known benchmark functions namely Griewank, Rosenbrock and Rastrigrin are utilized to test the ability of a search algorithm for identifying the global optimum. The performance of the proposed APSO is compared with advanced algorithms such as a nonlinearly decreasing weight PSO (NDWPSO) and a real-coded genetic algorithm (GA), in terms of parameter accuracy and convergence speed. It is confirmed that the proposed APSO is more successful than other aforementioned algorithms. Finally, the feasibility of this algorithm is demonstrated through estimating the parameters of two kinds of highly nonlinear systems as the case studies.     

基于改进粒子群算法的中药提取过程PID优化控制

提出了一种适合于中药提取过程的基于改进粒子群算法的PID优化控制方法;针对粒子群算法存在早熟和局部收敛的问题对算法进行了改进,采用一种非线性动态自适应方法作为惯性因子权值调整策略,使惯性权值随粒子目标值的变化而自动改变;将该法应用于中药提取温度控制系统PID控制器参数优化设计,首先利用广义Hermite-Biehler定理计算控制对象的PID控制器参数稳定域;然后在参数稳定域范围内采用改进粒子群算法寻优得到了满足指定性能指标(ITAE)最小的最佳控制器参数值;最后针对中药提取工段的温度控制二阶时滞系统进行了仿真,验证了该方法的有效性。     

融合隶属度函数的自适应惯性权重模式的粒子群优化算法

粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)的性能极大地依赖于其惯性权重参数的选择策略。当在一次迭代中更新粒子速度时,PSO忽略了粒子间的差异,在所有粒子上应用了相同的惯性权重。针对这一问题,提出一种自适应惯性权重的粒子群算法PSO-AIWA,有效合理地均衡PSO的全局搜索和局部搜索能力。根据当前粒子与全局最优粒子间的差异,算法可以通过基于粒子间距的隶属度函数动态调整粒子的惯性权重,使得每次迭代中,粒子可以根据当前状态在每个维度上的搜索空间内选择合适的惯性权重进行状态更新。在6种基准函数下进行了算法的性能测试,结果表明,与随机式惯性权重PSO算法与线性递减惯性权重PSO-LDIW算法相比,该算法可以获得更好的粒子分布和收敛性。