【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
茯苓gao5 小时前
机器人产业的三级火箭:卖电机、卖模组与卖整机,三种商业模式的终局推演
笔记·学习·机器人
深圳慧闻智造技术有限公司8 小时前
从宇树G1做手术登Nature,看机器人精密零件加工的四大难点与核心能力
机器人·精密零件加工·机器人零件加工·精密机械加工
ZPC82108 小时前
model bingxing
网络·人工智能·网络协议·机器人
code_pgf9 小时前
具身智能的核心组成部分及其作用
人工智能·机器人
QYR-分析9 小时前
柔性智造赋能升级!机器人视觉检测系统行业高速扩容,国产替代迎来新机遇
人工智能·机器人
EW Frontier9 小时前
GRAIL-SCML:一种几何正则化自适应集成似然的波达方向估计算法【附MATLAB代码】
matlab·自适应·宽带·doa估计·波达方向估计·几何正则化·窄带
程高兴11 小时前
三相维也纳整流器仿真Simulink(解决过零畸变问题)
matlab
通信仿真爱好者11 小时前
第【70】期--noma与ofdma在无线网络中的性能对比分析--MATLAB完整代码
matlab·非正交多址接入·noma·ofdma
消失的旧时光-19431 天前
第七篇:RTK + 地图 + 机器人:完整定位系统架构解析
android·系统架构·机器人·imu·rtk
SoaringPigeon1 天前
NVIDIA博客-预训练去想象,微调去行动:世界-动作模型 (WAM) 的崛起
人工智能·深度学习·机器人·自动驾驶