第7章--鱼群算法基本理论ppt课件.ppt

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1、7.1鱼群算法的概述7.1.1鱼群算法的概念7.1.2鱼群算法的的发展7.1.3鱼群算法的特点7.1.4鱼群算法的分类7.2鱼群算法的基本原理7.2.1鱼群觅食的几种典型行为7.2.2鱼群算法的机理7.3鱼群算法的应用第7章鱼群算法基本理论7.1鱼群算法概述7.1.1鱼群算法的概念鱼群算法是根据鱼类的活动特点,提出了一种基于动物行为的自治体寻优模式。【注】自治体：指生物体在不同时刻和不同环境中，能够自主地选择某种行为，而无需外接的控制与指导。鱼群算法的基本思想：在一片水域中，鱼往往能够自行或尾随其他鱼找到营养物质多的地方，因此鱼生存数目最多的地方一

2、般就是本水域中营养物质最多的地方。人工鱼群算法就是根据这一特点，通过构造人工鱼来模仿鱼群的觅食、聚群及追尾行为，从而实现全局寻优。7.1鱼群算法概述7.1.2鱼群算法的发展鱼群算法是浙江大学系统工程研究所李晓磊博士等在《系统工程理论与实践》2002年第11期发表的“一种基于动物自治体的寻优模式：鱼群算法”中首次提出。之后，引起广泛关注，提出多种改进算法。7.1鱼群算法的概述7.1.3鱼群算法的特点李晓磊博士论文描述李晓磊博士在“一种基于动物自治体的寻优模式：鱼群算法”一文中描述鱼群算法的特点主要是“五性”：①并行性：多个人工鱼并行进行搜索；②简单

3、性：算法中仅使用了目标问题的函数值；③全局性：算法具有很强的跳出局部极值的能力；④快速性：算法中虽然有一定的随机因素，但总体是在步步向最优搜索；⑤跟踪性：随着工作状况或其他因素的变更造成的极值点的漂移，本算法具有快速跟踪变化的能力。7.1鱼群算法的概述综述特点①只需比较目标函数值，对目标函数的性质要求不高。②对初值的要求不高，随机产生或设定固定值均可。③对参数设定的要求不高，容许范围大。④具备并行处理能力，寻优速度较快。⑤具有全局寻优能力，能快速跳出局部极值点。⑥具有较快的收敛速度，可以用于解决有实时性要求的问题。⑦对于一些精度要求不高的场合，可

4、以快速得到一个可行解。⑧不需要问题的严格机理模型。7.1鱼群算法的概述7.1.4鱼群算法的分类7.1鱼群算法的概述7.2鱼群算法的基本原理7.2.1鱼群觅食的几种典型行为随机行为：单独的鱼在水中通常都是随机游动的，这是为了更大范围地寻找食物点或身边的伙伴。觅食行为：当鱼发现食物时，会向食物逐渐增多的方向快速游去。聚群行为：鱼在游动过程中，为了保证自身的生存和躲避危害会自然地聚集成群。追尾行为：当鱼群中的一条或几条鱼发现食物时，其临近的伙伴会尾随其快速到达食物点。7.2鱼群算法的基本原理7.2鱼群算法的基本原理7.2鱼群算法的基本原理7.2.

5、2鱼群算法的机理人工鱼的结构模型人工鱼是真实鱼的一个虚拟实体，用来进行问题的分析和说明。人工鱼主要由感知系统、行为系统和运动系统三部分组成。可以通过感官来接收环境的刺激信息，并通过控制尾鳍活动来做出相应的应激动作。感知系统行为系统运动系统7.2鱼群算法的基本原理感知系统：主要靠视觉来实现。设其当前状态为X，视野范围为Visual，状态Xv为其某时刻视点所在的位置，若该位置的状态优于当前状态，则考虑向该位置方向前进一步，到达状态Vnext。若状态Xv不比当前状态更优，则继续巡视视野内的其他位置。巡视的次数越多，对视野的状态了解越全面，有助于做出相

6、应的判断和决策。其状态变化可表示为式中，Rang（）函数为产生0~1之间的随机数；Step为移动步长。感知系统行为系统运动系统7.2鱼群算法的基本原理行为系统：主要包括觅食行为、群聚行为、追尾行为和随机行为。鱼类通过对行为的评价，选择一种当前最优的行为进行执行，以到达食物浓度更高的的位置。运动系统：即参数系统，主要包括变量和函数两部分。变量有人工鱼的总数、人工鱼个体状态、人工鱼移动的最大步长、人工鱼的视野、尝试次数、拥挤度因子、人工鱼个体之间的距离等。函数包括人工鱼当前所在位置的食物浓度（即目标函数）、人工鱼的各种行为函数（觅食行为、群聚行为、

7、追尾行为、随机行为）以及评价函数。感知系统行为系统运动系统人工鱼的四种基本行为函数觅食行为这是人工鱼的一种趋向食物活动。一般通过视觉或味觉来感知水中的食物量或浓度来选择趋向。设人工鱼i的当前状态为Xi，在其感知范围内随机选择一个状态Xj，则若，则否则，重新随机选择Xj，判断是否满足前进条件，尝试Try-number次后，若还不满足，则随机前进一步7.2鱼群算法的基本原理群聚行为这是鱼群生存和躲避危害的一种生活习性。在鱼群算法中，一般规定两条，一是尽量向邻近伙伴的中心移动，二是避免过分拥挤。设人工鱼当前状态为Xi，探索当前邻域内的伙伴数目nf及

8、中心位置Xc。若，表明伙伴中心有较多食物且不太拥挤，则朝伙伴的中心位置方向前进一步，即否则，执行觅食行为。7.2鱼群算法的