test_pso.cpp

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/*
 * reference http://www.cnblogs.com/lyrichu/p/6151272.html
 * by lyrichu
 * 2016-12-09
 */
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<math.h>
#include<time.h>
#include<unistd.h>
#define c1 1.49445 //加速度因子一般是根据大量实验所得
#define c2 1.49445
#define maxgen 1001  // 迭代次数
#define sizepop 20 // 种群规模
#define popmax 5.12 // 个体最大取值
#define popmin -5.12 // 个体最小取值
#define Vmax 1 // 速度最大值
#define Vmin -1 //速度最小值
#define dim 2 // 粒子的维数
#define PI 3.1415926 //圆周率

double pop[sizepop][dim]; // 定义种群数组
double V[sizepop][dim]; // 定义种群速度数组
double fitness[sizepop]; // 定义种群的适应度数组
double result[maxgen];  //定义存放每次迭代种群最优值的数组
double pbest[sizepop][dim];  // 个体极值的位置
double gbest[dim]; //群体极值的位置
double fitnesspbest[sizepop]; //个体极值适应度的值
double fitnessgbest; // 群体极值适应度值
double genbest[maxgen][dim]; //每一代最优值取值粒子

//适应度函数
double func(double * arr)
{
    double x = *arr; //x 的值
    double y = *(arr+1); //y的值
    double fitness = -(20+x*x+y*y-10*cos(2*PI*x)-10*cos(2*PI*y));
    return fitness;

}    
// 种群初始化
void pop_init(void)
{
    for(int i=0;i<sizepop;i++)
    {
        for(int j=0;j<dim;j++)
        {
            pop[i][j] = (((double)rand())/RAND_MAX-0.5)*4; //-2到2之间的随机数
            V[i][j] = ((double)rand())/RAND_MAX-0.5; //-0.5到0.5之间
        }
        fitness[i] = func(pop[i]); //计算适应度函数值
    }
}
// max()函数定义
double * max(double * fit,int size)
{
    int index = 0; // 初始化序号
    double max = *fit; // 初始化最大值为数组第一个元素
    static double best_fit_index[2];
    for(int i=1;i<size;i++)
    {
        if(*(fit+i) > max)
            max = *(fit+i);
            index = i;
    }
    best_fit_index[0] = index;
    best_fit_index[1] = max;
    return best_fit_index;

}
// 迭代寻优
void PSO_func(void)
{
    pop_init();
    double * best_fit_index; // 用于存放群体极值和其位置(序号)
    best_fit_index = max(fitness,sizepop); //求群体极值
    int index = (int)(*best_fit_index);
    // 群体极值位置
    for(int i=0;i<dim;i++)
    {
        gbest[i] = pop[index][i];
    }
    // 个体极值位置
    for(int i=0;i<sizepop;i++)
    {
        for(int j=0;j<dim;j++)
        {
            pbest[i][j] = pop[i][j];
        }
    }
    // 个体极值适应度值
    for(int i=0;i<sizepop;i++)
    {
        fitnesspbest[i] = fitness[i];
    }
    //群体极值适应度值
    double bestfitness = *(best_fit_index+1);
    fitnessgbest = bestfitness;

    //迭代寻优
    for(int i=0;i<maxgen;i++)
    {
        for(int j=0;j<sizepop;j++)
        {
            //速度更新及粒子更新
            for(int k=0;k<dim;k++)
            {
                // 速度更新
                double rand1 = (double)rand()/RAND_MAX; //0到1之间的随机数
                double rand2 = (double)rand()/RAND_MAX;
                V[j][k] = V[j][k] + c1*rand1*(pbest[j][k]-pop[j][k]) + c2*rand2*(gbest[k]-pop[j][k]);
                if(V[j][k] > Vmax)
                    V[j][k] = Vmax;
                if(V[j][k] < Vmin)
                    V[j][k] = Vmin;
                // 粒子更新
                pop[j][k] = pop[j][k] + V[j][k];
                if(pop[j][k] > popmax)
                    pop[j][k] = popmax;
                if(pop[j][k] < popmin)
                    pop[j][k] = popmin;
            }
            fitness[j] = func(pop[j]); //新粒子的适应度值
            //printf(cur pos(%lf,%lf).\n",fitness[j],genbest[best_gen_number][0],genbest[best_gen_number][1]);
            if(j == 0) {
                printf("%d %lf\n", i, fitnessgbest);
            }
        }
        for(int j=0;j<sizepop;j++)
        {
            // 个体极值更新
            if(fitness[j] > fitnesspbest[j])
            {
                for(int k=0;k<dim;k++)
                {
                    pbest[j][k] = pop[j][k];
                }
                fitnesspbest[j] = fitness[j];
            }
            // 群体极值更新
            if(fitness[j] > fitnessgbest)
            {
                for(int k=0;k<dim;k++)
                    gbest[k] = pop[j][k];
                fitnessgbest = fitness[j];
            }
        }
        for(int k=0;k<dim;k++)
        {
            genbest[i][k] = gbest[k]; // 每一代最优值取值粒子位置记录
        }
        result[i] = fitnessgbest; // 每代的最优值记录到数组
        //sleep(1);
    }
}

// 主函数
int main(void)
{
    clock_t start,finish; //程序开始和结束时间
    start = clock(); //开始计时
    srand((unsigned)time(NULL)); // 初始化随机数种子
    PSO_func();
    double * best_arr;
    best_arr = max(result,maxgen);
    int best_gen_number = *best_arr; // 最优值所处的代数
    double best = *(best_arr+1); //最优值
    printf("迭代了%d次，在第%d次取到最优值，最优值为:%lf.\n",maxgen,best_gen_number+1,best);
    printf("取到最优值的位置为(%lf,%lf).\n",genbest[best_gen_number][0],genbest[best_gen_number][1]);
    finish = clock(); //结束时间
    double duration = (double)(finish - start)/CLOCKS_PER_SEC; // 程序运行时间
    printf("程序运行耗时:%lf\n",duration);
    return 0;
}