【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
远望清一色20 分钟前
基于MATLAB的实现垃圾分类Matlab源码
开发语言·matlab
道可云3 小时前
道可云人工智能&元宇宙每日资讯|2024国际虚拟现实创新大会将在青岛举办
大数据·人工智能·3d·机器人·ar·vr
微凉的衣柜4 小时前
Meta AI 推出机器人开源项目:推动触觉感知和人机交互的前沿研究
人工智能·机器人·人机交互
袁牛逼4 小时前
自动打电话机器人,好用吗?
机器人
资源补给站4 小时前
论文2—《基于柔顺控制的智能神经导航手术机器人系统设计》文献阅读分析报告
机器学习·机器人·手术机器人
袁牛逼4 小时前
ai外呼机器人的作用有哪些?
人工智能·机器人
顶呱呱程序5 小时前
2-143 基于matlab-GUI的脉冲响应不变法实现音频滤波功能
算法·matlab·音视频·matlab-gui·音频滤波·脉冲响应不变法
简简单单做算法8 小时前
基于Retinex算法的图像去雾matlab仿真
算法·matlab·图像去雾·retinex
云卓SKYDROID8 小时前
除草机器人算法以及技术详解!
算法·机器人·科普·高科技·云卓科技·算法技术
其实吧318 小时前
基于Matlab的图像融合研究设计
人工智能·计算机视觉·matlab