优化算法——人工蜂群算法(ABC)
时间:2022-05-04
本文章向大家介绍优化算法——人工蜂群算法(ABC),主要内容包括一、人工蜂群算法的介绍、二、人工蜂群算法的原理、2、流程、三、人工蜂群算法用于求解函数优化问题、基本概念、基础应用、原理机制和需要注意的事项等,并结合实例形式分析了其使用技巧,希望通过本文能帮助到大家理解应用这部分内容。
一、人工蜂群算法的介绍
人工蜂群算法(Artificial Bee Colony, ABC)是由Karaboga于2005年提出的一种新颖的基于群智能的全局优化算法,其直观背景来源于蜂群的采蜜行为,蜜蜂根据各自的分工进行不同的活动,并实现蜂群信息的共享和交流,从而找到问题的最优解。人工蜂群算法属于群智能算法的一种。
二、人工蜂群算法的原理
1、原理
标准的ABC算法通过模拟实际蜜蜂的采蜜机制将人工蜂群分为3类: 采蜜蜂、观察蜂和侦察蜂。整个蜂群的目标是寻找花蜜量最大的蜜源。在标准的ABC算法中,采蜜蜂利用先前的蜜源信息寻找新的蜜源并与观察蜂分享蜜源信息;观察蜂在蜂房中等待并依据采蜜蜂分享的信息寻找新的蜜源;侦查蜂的任务是寻找一个新的有价值的蜜源,它们在蜂房附近随机地寻找蜜源。
2、流程
- 初始化;
- 重复以下过程:
- 将采蜜蜂与蜜源一一对应,根据上面第一个公式更新蜜源信息,同时确定蜜源的花蜜量;
- 观察蜂根据采蜜蜂所提供的信息采用一定的选择策略选择蜜源,根据第一个公式更新蜜源信息,同时确定蜜源的花蜜量;
- 确定侦查蜂,并根据第三个公式寻找新的蜜源;
- 记忆迄今为止最好的蜜源;
- 判断终止条件是否成立;
三、人工蜂群算法用于求解函数优化问题
对于函数
其中
代码:
#include<iostream>
#include<time.h>
#include<stdlib.h>
#include<cmath>
#include<fstream>
#include<iomanip>
using namespace std;
const int NP=40;//种群的规模,采蜜蜂+观察蜂
const int FoodNumber=NP/2;//食物的数量,为采蜜蜂的数量
const int limit=20;//限度,超过这个限度没有更新采蜜蜂变成侦查蜂
const int maxCycle=10000;//停止条件
/*****函数的特定参数*****/
const int D=2;//函数的参数个数
const double lb=-100;//函数的下界
const double ub=100;//函数的上界
double result[maxCycle]={0};
/*****种群的定义****/
struct BeeGroup
{
double code[D];//函数的维数
double trueFit;//记录真实的最小值
double fitness;
double rfitness;//相对适应值比例
int trail;//表示实验的次数,用于与limit作比较
}Bee[FoodNumber];
BeeGroup NectarSource[FoodNumber];//蜜源,注意:一切的修改都是针对蜜源而言的
BeeGroup EmployedBee[FoodNumber];//采蜜蜂
BeeGroup OnLooker[FoodNumber];//观察蜂
BeeGroup BestSource;//记录最好蜜源
/*****函数的声明*****/
double random(double, double);//产生区间上的随机数
void initilize();//初始化参数
double calculationTruefit(BeeGroup);//计算真实的函数值
double calculationFitness(double);//计算适应值
void CalculateProbabilities();//计算轮盘赌的概率
void evalueSource();//评价蜜源
void sendEmployedBees();
void sendOnlookerBees();
void sendScoutBees();
void MemorizeBestSource();
/*******主函数*******/
int main()
{
ofstream output;
output.open("dataABC.txt");
srand((unsigned)time(NULL));
initilize();//初始化
MemorizeBestSource();//保存最好的蜜源
//主要的循环
int gen=0;
while(gen<maxCycle)
{
sendEmployedBees();
CalculateProbabilities();
sendOnlookerBees();
MemorizeBestSource();
sendScoutBees();
MemorizeBestSource();
output<<setprecision(30)<<BestSource.trueFit<<endl;
gen++;
}
output.close();
cout<<"运行结束!!"<<endl;
return 0;
}
/*****函数的实现****/
double random(double start, double end)//随机产生区间内的随机数
{
return start+(end-start)*rand()/(RAND_MAX + 1.0);
}
void initilize()//初始化参数
{
int i,j;
for (i=0;i<FoodNumber;i++)
{
for (j=0;j<D;j++)
{
NectarSource[i].code[j]=random(lb,ub);
EmployedBee[i].code[j]=NectarSource[i].code[j];
OnLooker[i].code[j]=NectarSource[i].code[j];
BestSource.code[j]=NectarSource[0].code[j];
}
/****蜜源的初始化*****/
NectarSource[i].trueFit=calculationTruefit(NectarSource[i]);
NectarSource[i].fitness=calculationFitness(NectarSource[i].trueFit);
NectarSource[i].rfitness=0;
NectarSource[i].trail=0;
/****采蜜蜂的初始化*****/
EmployedBee[i].trueFit=NectarSource[i].trueFit;
EmployedBee[i].fitness=NectarSource[i].fitness;
EmployedBee[i].rfitness=NectarSource[i].rfitness;
EmployedBee[i].trail=NectarSource[i].trail;
/****观察蜂的初始化****/
OnLooker[i].trueFit=NectarSource[i].trueFit;
OnLooker[i].fitness=NectarSource[i].fitness;
OnLooker[i].rfitness=NectarSource[i].rfitness;
OnLooker[i].trail=NectarSource[i].trail;
}
/*****最优蜜源的初始化*****/
BestSource.trueFit=NectarSource[0].trueFit;
BestSource.fitness=NectarSource[0].fitness;
BestSource.rfitness=NectarSource[0].rfitness;
BestSource.trail=NectarSource[0].trail;
}
double calculationTruefit(BeeGroup bee)//计算真实的函数值
{
double truefit=0;
/******测试函数1******/
truefit=0.5+(sin(sqrt(bee.code[0]*bee.code[0]+bee.code[1]*bee.code[1]))*sin(sqrt(bee.code[0]*bee.code[0]+bee.code[1]*bee.code[1]))-0.5)
/((1+0.001*(bee.code[0]*bee.code[0]+bee.code[1]*bee.code[1]))*(1+0.001*(bee.code[0]*bee.code[0]+bee.code[1]*bee.code[1])));
return truefit;
}
double calculationFitness(double truefit)//计算适应值
{
double fitnessResult=0;
if (truefit>=0)
{
fitnessResult=1/(truefit+1);
}else
{
fitnessResult=1+abs(truefit);
}
return fitnessResult;
}
void sendEmployedBees()//修改采蜜蜂的函数
{
int i,j,k;
int param2change;//需要改变的维数
double Rij;//[-1,1]之间的随机数
for (i=0;i<FoodNumber;i++)
{
param2change=(int)random(0,D);//随机选取需要改变的维数
/******选取不等于i的k********/
while (1)
{
k=(int)random(0,FoodNumber);
if (k!=i)
{
break;
}
}
for (j=0;j<D;j++)
{
EmployedBee[i].code[j]=NectarSource[i].code[j];
}
/*******采蜜蜂去更新信息*******/
Rij=random(-1,1);
EmployedBee[i].code[param2change]=NectarSource[i].code[param2change]+Rij*(NectarSource[i].code[param2change]-NectarSource[k].code[param2change]);
/*******判断是否越界********/
if (EmployedBee[i].code[param2change]>ub)
{
EmployedBee[i].code[param2change]=ub;
}
if (EmployedBee[i].code[param2change]<lb)
{
EmployedBee[i].code[param2change]=lb;
}
EmployedBee[i].trueFit=calculationTruefit(EmployedBee[i]);
EmployedBee[i].fitness=calculationFitness(EmployedBee[i].trueFit);
/******贪婪选择策略*******/
if (EmployedBee[i].trueFit<NectarSource[i].trueFit)
{
for (j=0;j<D;j++)
{
NectarSource[i].code[j]=EmployedBee[i].code[j];
}
NectarSource[i].trail=0;
NectarSource[i].trueFit=EmployedBee[i].trueFit;
NectarSource[i].fitness=EmployedBee[i].fitness;
}else
{
NectarSource[i].trail++;
}
}
}
void CalculateProbabilities()//计算轮盘赌的选择概率
{
int i;
double maxfit;
maxfit=NectarSource[0].fitness;
for (i=1;i<FoodNumber;i++)
{
if (NectarSource[i].fitness>maxfit)
maxfit=NectarSource[i].fitness;
}
for (i=0;i<FoodNumber;i++)
{
NectarSource[i].rfitness=(0.9*(NectarSource[i].fitness/maxfit))+0.1;
}
}
void sendOnlookerBees()//采蜜蜂与观察蜂交流信息,观察蜂更改信息
{
int i,j,t,k;
double R_choosed;//被选中的概率
int param2change;//需要被改变的维数
double Rij;//[-1,1]之间的随机数
i=0;
t=0;
while(t<FoodNumber)
{
R_choosed=random(0,1);
if(R_choosed<NectarSource[i].rfitness)//根据被选择的概率选择
{
t++;
param2change=(int)random(0,D);
/******选取不等于i的k********/
while (1)
{
k=(int)random(0,FoodNumber);
if (k!=i)
{
break;
}
}
for(j=0;j<D;j++)
{
OnLooker[i].code[j]=NectarSource[i].code[j];
}
/****更新******/
Rij=random(-1,1);
OnLooker[i].code[param2change]=NectarSource[i].code[param2change]+Rij*(NectarSource[i].code[param2change]-NectarSource[k].code[param2change]);
/*******判断是否越界*******/
if (OnLooker[i].code[param2change]<lb)
{
OnLooker[i].code[param2change]=lb;
}
if (OnLooker[i].code[param2change]>ub)
{
OnLooker[i].code[param2change]=ub;
}
OnLooker[i].trueFit=calculationTruefit(OnLooker[i]);
OnLooker[i].fitness=calculationFitness(OnLooker[i].trueFit);
/****贪婪选择策略******/
if (OnLooker[i].trueFit<NectarSource[i].trueFit)
{
for (j=0;j<D;j++)
{
NectarSource[i].code[j]=OnLooker[i].code[j];
}
NectarSource[i].trail=0;
NectarSource[i].trueFit=OnLooker[i].trueFit;
NectarSource[i].fitness=OnLooker[i].fitness;
}else
{
NectarSource[i].trail++;
}
}
i++;
if (i==FoodNumber)
{
i=0;
}
}
}
/*******只有一只侦查蜂**********/
void sendScoutBees()//判断是否有侦查蜂的出现,有则重新生成蜜源
{
int maxtrialindex,i,j;
double R;//[0,1]之间的随机数
maxtrialindex=0;
for (i=1;i<FoodNumber;i++)
{
if (NectarSource[i].trail>NectarSource[maxtrialindex].trail)
{
maxtrialindex=i;
}
}
if(NectarSource[maxtrialindex].trail>=limit)
{
/*******重新初始化*********/
for (j=0;j<D;j++)
{
R=random(0,1);
NectarSource[maxtrialindex].code[j]=lb+R*(ub-lb);
}
NectarSource[maxtrialindex].trail=0;
NectarSource[maxtrialindex].trueFit=calculationTruefit(NectarSource[maxtrialindex]);
NectarSource[maxtrialindex].fitness=calculationFitness(NectarSource[maxtrialindex].trueFit);
}
}
void MemorizeBestSource()//保存最优的蜜源
{
int i,j;
for (i=1;i<FoodNumber;i++)
{
if (NectarSource[i].trueFit<BestSource.trueFit)
{
for (j=0;j<D;j++)
{
BestSource.code[j]=NectarSource[i].code[j];
}
BestSource.trueFit=NectarSource[i].trueFit;
}
}
}
收敛曲线:
- 轻松水印-批量提取exif信息加水印的工具
- Enterprise Library 4.1学习笔记7----缓存应用程序块之SqlDependency
- linux运维中的命令梳理(一)
- 可视化你的BLAST结果
- linux运维中的命令梳理(二)
- VB-取日期属于星期几
- 全球AI新闻创新实践系列③:华邮、雅虎、美联社、Quartz怎么干!
- nginx+php负载均衡集群环境中的session共享方案梳理
- PowerPoint发布及链接图片的处理
- EXCEL单元格的引用方式
- SqlDependency学习笔记
- linux系统下对网站实施负载均衡+高可用集群需要考虑的几点
- 运维利器-ClusterShell集群管理操作记录
- img标签的src=""会引起的Page_Load多次执行
- JavaScript 教程
- JavaScript 编辑工具
- JavaScript 与HTML
- JavaScript 与Java
- JavaScript 数据结构
- JavaScript 基本数据类型
- JavaScript 特殊数据类型
- JavaScript 运算符
- JavaScript typeof 运算符
- JavaScript 表达式
- JavaScript 类型转换
- JavaScript 基本语法
- JavaScript 注释
- Javascript 基本处理流程
- Javascript 选择结构
- Javascript if 语句
- Javascript if 语句的嵌套
- Javascript switch 语句
- Javascript 循环结构
- Javascript 循环结构实例
- Javascript 跳转语句
- Javascript 控制语句总结
- Javascript 函数介绍
- Javascript 函数的定义
- Javascript 函数调用
- Javascript 几种特殊的函数
- JavaScript 内置函数简介
- Javascript eval() 函数
- Javascript isFinite() 函数
- Javascript isNaN() 函数
- parseInt() 与 parseFloat()
- escape() 与 unescape()
- Javascript 字符串介绍
- Javascript length属性
- javascript 字符串函数
- Javascript 日期对象简介
- Javascript 日期对象用途
- Date 对象属性和方法
- Javascript 数组是什么
- Javascript 创建数组
- Javascript 数组赋值与取值
- Javascript 数组属性和方法
- 02 . Shell变量和逻辑判断及循环使用
- Python内置函数(21)——filter
- 内置函数 -- filter 和 map
- 内置函数--global() 和 local()
- python file文件操作--内置对象open
- 07 . Prometheus监控Memcached并配置Grafana
- 内置函数 -- bytes -- 字节码与字符串相互转换
- 01 . Shell详细入门介绍及简单应用
- 06 . Prometheus监控Redis并配置Grafana
- Django实现图片上传并前端页面显示
- 04 . Prometheus(联邦集群)监控MySQL
- 01 . MongoDB简介及部署配置
- 06 . Jenkins分布式构建和Pipline
- 05 . ELK Stack简介原理及部署应用
- java编程思想第四版第三章要点习题