【MATLAB源码-第206期】基于matlab的差分进化算法(DE)机器人栅格路径规划,输出做短路径图和适应度曲线。

操作环境:

MATLAB 2022a

1 、算法描述

差分进化算法(Differential Evolution, DE)是一种有效的实数编码的进化算法,主要用于解决实值函数的全局优化问题。本文将详细介绍差分进化算法的背景、原理、操作步骤、参数选择以及实际应用,旨在提供一个全面的理解。

1. 差分进化算法的背景

差分进化算法由Storn和Price在1997年提出,最初是为了解决Chebyshev多项式的优化问题。由于其简单、高效、易于实现等特点,DE迅速成为解决各种复杂优化问题的热门选择,尤其在工程优化、经济学、生物信息学等领域得到广泛应用。

2. 差分进化算法的原理

差分进化算法基于种群的迭代搜索。其基本思想是通过种群中个体间的差分信息引导搜索过程,通过迭代更新种群,逐渐逼近全局最优解。DE算法主要包含四个基本操作:初始化、变异、交叉和选择。

2.1 初始化

差分进化算法首先随机生成一个包含NP个D维实数向量的初始种群。每个向量代表一个潜在的解。初始种群通常在问题定义的边界内随机生成。

2.2 变异

对于种群中的每一个目标向量 𝑥𝑖,𝑔xi,g​,算法通过以下公式生成一个变异向量 𝑣𝑖,𝑔+1vi,g+1​:

𝑣𝑖,𝑔+1=𝑥𝑟1,𝑔+𝐹×(𝑥𝑟2,𝑔−𝑥𝑟3,𝑔)vi,g+1​=xr1,g​+F×(xr2,g​−xr3,g​)

其中,𝑟1,𝑟2,𝑟3r1,r2,r3 是从种群中随机选择的三个不同的索引,𝐹F 是缩放因子,用于控制差分扰动的幅度。

2.3 交叉

交叉操作用于增加种群的多样性。对于每个目标向量和对应的变异向量,算法按照一定的交叉概率CR进行交叉操作,生成试验向量 𝑢𝑖,𝑔+1ui,g+1​:

{𝑣𝑗,𝑖,𝑔+1if 𝑟𝑎𝑛𝑑𝑗(0,1)≤𝐶𝑅 or 𝑗=𝑟𝑎𝑛𝑑(𝑖)𝑥𝑗,𝑖,𝑔otherwise{vj,i,g+1​xj,i,g​​if randj​(0,1)≤CR or j=rand(i)otherwise​

其中,𝑟𝑎𝑛𝑑𝑗(0,1)randj​(0,1) 是一个随机数,𝑟𝑎𝑛𝑑(𝑖)rand(i) 是一个随机选择的维度索引,保证每个试验向量至少有一个来自变异向量的分量。

2.4 选择

选择操作基于贪心策略。对于每个目标向量和对应的试验向量,如果试验向量的适应度(通常是目标函数值)优于目标向量的适应度,那么在下一代种群中替换目标向量;否则,目标向量保持不变。

3. 参数选择

差分进化算法的性能在很大程度上依赖于参数的选择,主要包括种群大小NP、缩放因子F和交叉概率CR。种群大小NP影响算法的多样性和收敛速度;缩放因子F影响搜索步长,过大可能导致过快收敛,过小可能导致收敛速度慢;交叉概率CR决定了试验向量的多样性。

4. 实际应用

差分进化算法由于其结构简单和高效性,在许多实际应用中都表现出色。例如,在工程设计中优化结构尺寸,在生物信息学中用于基因表达数据的特征选择,在金融领域优化投资组合等。

2 、仿真结果演示

3 、关键代码展示

4 、MATLAB 源码获取

V

点击下方名片

相关推荐
机器学习之心5 小时前
MATLAB基于RSM和MOGWO的440C不锈钢外圆磨削参数优化
matlab·rsm·不锈钢外圆磨削参数优化
科士威传动5 小时前
如何为特定应用选型滚珠导轨?
人工智能·科技·机器人·自动化·制造
元周民5 小时前
非厄米矩阵高精度计算预先判定需要的计算精度(matlab)
线性代数·matlab·矩阵
天`南6 小时前
【群智能算法改进】一种改进的金豺优化算法IGJO[1](动态折射反向学习、黄金正弦策略、自适应能量因子)【Matlab代码#94】
学习·算法·matlab
机器学习之心6 小时前
基于组合赋权法(BWM+CRITIC)与可拓云理论的综合风险评估模型MATLAB代码
matlab·组合赋权法·可拓云理论·综合风险评估模型
测试人社区-小明8 小时前
医疗AI测试:构建安全可靠的合规体系
运维·人工智能·opencv·数据挖掘·机器人·自动化·github
m0_689618288 小时前
拓扑变换让机器人抓得又稳、又柔、又灵活
人工智能·笔记·学习·机器人
Dev7z8 小时前
基于MATLAB的5G通信信号频谱分析与信道性能仿真研究
开发语言·5g·matlab
我爱C编程8 小时前
基于大衍数构造的稀疏校验矩阵LDPC误码率matlab仿真,对比不同译码迭代次数,码率以及码长
matlab·ldpc·大衍数·稀疏校验矩阵
Matlab仿真实验室17 小时前
基于Matlab实现可见光通信仿真
开发语言·matlab