粒子群算法及其在布局優(yōu)化中的應(yīng)用

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1、摘要粒子群優(yōu)化(ParticleSwarmOptimization)算法是一類啟發(fā)式隨機(jī)全局優(yōu)化技術(shù)，PSO算法通過粒子間的相互作用發(fā)現(xiàn)復(fù)雜搜索空間中的最優(yōu)區(qū)域。PSO的優(yōu)勢(shì)在于只涉及簡(jiǎn)單計(jì)算，易于實(shí)現(xiàn)，適用范圍廣泛。本文介紹了基本的PSO算法、若干類改進(jìn)的PSO算法及其應(yīng)用。布局問題屬于具有很強(qiáng)應(yīng)用背景的組合優(yōu)化問題，除其內(nèi)在的完全NP問題的計(jì)算復(fù)雜性外，布局問題還包括約束復(fù)雜性問題和布局物體與待布空間的形狀復(fù)雜性問題等。本文以人造衛(wèi)星艙布局為背景，研究二維帶平衡及不干涉等約束的圓集、長(zhǎng)方形集在轉(zhuǎn)動(dòng)圓容器內(nèi)的布

2、局優(yōu)化問題。將PSO算法應(yīng)用于這些布局模型，構(gòu)造此類問題的粒子表達(dá)方法，建立了此類問題的粒子群算法。另外，本文提出將正交約束應(yīng)用于衛(wèi)星艙內(nèi)長(zhǎng)方體群布局優(yōu)化中的新思路。本文引用了一些已知算例，并構(gòu)造了一些特殊的高維算例。對(duì)比實(shí)驗(yàn)的結(jié)果顯示，PSO算法在解決布局優(yōu)化問題中，效率和精度都遠(yuǎn)勝于遺傳算法。同時(shí)本文也用大量的算例驗(yàn)證了在衛(wèi)星艙內(nèi)長(zhǎng)方體群的布局優(yōu)化模型中，采用正交約束布局代替一般布局可行的和有效的。在解決布局優(yōu)化的過程中，針對(duì)PSO算法存在易陷入局部最優(yōu)點(diǎn)的缺點(diǎn)，提出了帶變異算子的PSO算法。在算法搜索的后期

3、引入變異算子，使算法擺脫后期易于陷入局部最優(yōu)點(diǎn)的缺點(diǎn)，同時(shí)又保持前期搜索速度快的特性。對(duì)高維測(cè)試函數(shù)和布局優(yōu)化問題所做的對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明改進(jìn)的PSO算法增強(qiáng)了全局搜索能力，克服了基本PSO易于收斂到局部最優(yōu)點(diǎn)的缺點(diǎn)。關(guān)鍵詞:粒子群優(yōu)化算法衛(wèi)星艙布局優(yōu)化變異算子.，、甘A30J慧勿笙文公布AbstractParticleswarmoptimizationalgorithmisaHeuristicstochasticglobaloptimizationtechnique.Theparticleswarmalgorithm

4、五ndsouttheoptimalregionsincomplexsearchspacethroughtheinteractionofindividualsinapopulationofparticles.WhatmakesPSOpredominantisthatitiseasytocalculate,simpletoimplyandcanbeusedwidelyinmanyfields.Inthispaper,weintroducedtheclassicalparticleswarmoptimizational

5、gorithmandseveralofitsvariantsandsomeapplicationsofthealgorithms.Packingproblemsarecategorizedascombinatorialoptimizationproblemswithstrongapplicationbackground.ExceptfortheirintrinsicNP-hardcomputationalcomplexities,packingproblemsalsoinvolvemanyconstraintsa

6、ndtheshapecomplexityofpackingobjectsandpackingspace.Takingthelayoutproblemofsatellitecabinsasbackground,theauthorstudiedtheoptimallayoutproblemofcirclegroupandrectanglegroupinacircularcontainerwithperformanceconstrainsofequilibrium.TheauthorextendedPSOtodealw

7、iththeconstrainedlayoutoptimizationproblems,andproposedanovelParticlepresentationfortheconstrainedlayoutoptimizationproblems.What'smore,weappliedtheorthogonalconstrainttodealwiththeoptimizationmodelforthelayoutofagroupofCuboidsinasatellitemodule.Someexistinge

8、xamplesarecited,andwealsoproposedseveralspecialhigherdimensionexamples.Theresultsshowthatwhensolvingthelayoutoptimizationproblems,theefficiencyandprecisionofPSOarefarbeterthanGA.Theresult