• 灰狼优化算法——MATLAB


      1 tic % 计时器
      2 %% 清空环境变量
      3 close all
      4 clear
      5 clc
      6 format compact
      7 %% 数据提取
      8 % 载入测试数据wine,其中包含的数据为classnumber = 3,wine:178*13的矩阵,wine_labes:178*1的列向量
      9 load wine.mat
     10 % 选定训练集和测试集
     11 % 将第一类的1-30,第二类的60-95,第三类的131-153做为训练集
     12 train_wine = [wine(1:30,:);wine(60:95,:);wine(131:153,:)];
     13 % 相应的训练集的标签也要分离出来
     14 train_wine_labels = [wine_labels(1:30);wine_labels(60:95);wine_labels(131:153)];
     15 % 将第一类的31-59,第二类的96-130,第三类的154-178做为测试集
     16 test_wine = [wine(31:59,:);wine(96:130,:);wine(154:178,:)];
     17 % 相应的测试集的标签也要分离出来
     18 test_wine_labels = [wine_labels(31:59);wine_labels(96:130);wine_labels(154:178)];
     19 %% 数据预处理
     20 % 数据预处理,将训练集和测试集归一化到[0,1]区间
     21 [mtrain,ntrain] = size(train_wine);
     22 [mtest,ntest] = size(test_wine);
     23 
     24 dataset = [train_wine;test_wine];
     25 % mapminmax为MATLAB自带的归一化函数
     26 [dataset_scale,ps] = mapminmax(dataset',0,1);
     27 dataset_scale = dataset_scale';
     28 
     29 train_wine = dataset_scale(1:mtrain,:);
     30 test_wine = dataset_scale( (mtrain+1):(mtrain+mtest),: );
     31 %% 利用灰狼算法选择最佳的SVM参数c和g
     32 SearchAgents_no=10; % 狼群数量,Number of search agents
     33 Max_iteration=10; % 最大迭代次数,Maximum numbef of iterations
     34 dim=2; % 此例需要优化两个参数c和g,number of your variables
     35 lb=[0.01,0.01]; % 参数取值下界
     36 ub=[100,100]; % 参数取值上界
     37 % v = 5; % SVM Cross Validation参数,默认为5
     38 
     39 % initialize alpha, beta, and delta_pos
     40 Alpha_pos=zeros(1,dim); % 初始化Alpha狼的位置
     41 Alpha_score=inf; % 初始化Alpha狼的目标函数值,change this to -inf for maximization problems
     42 
     43 Beta_pos=zeros(1,dim); % 初始化Beta狼的位置
     44 Beta_score=inf; % 初始化Beta狼的目标函数值,change this to -inf for maximization problems
     45 
     46 Delta_pos=zeros(1,dim); % 初始化Delta狼的位置
     47 Delta_score=inf; % 初始化Delta狼的目标函数值,change this to -inf for maximization problems
     48 
     49 %Initialize the positions of search agents
     50 Positions=initialization(SearchAgents_no,dim,ub,lb);
     51 
     52 Convergence_curve=zeros(1,Max_iteration);
     53 
     54 l=0; % Loop counter循环计数器
     55 
     56 % Main loop主循环
     57 while l<Max_iteration  % 对迭代次数循环
     58     for i=1:size(Positions,1)  % 遍历每个狼
     59         
     60        % Return back the search agents that go beyond the boundaries of the search space
     61        % 若搜索位置超过了搜索空间,需要重新回到搜索空间
     62         Flag4ub=Positions(i,:)>ub;
     63         Flag4lb=Positions(i,:)<lb;
     64         % 若狼的位置在最大值和最小值之间,则位置不需要调整,若超出最大值,最回到最大值边界;
     65         % 若超出最小值,最回答最小值边界
     66         Positions(i,:)=(Positions(i,:).*(~(Flag4ub+Flag4lb)))+ub.*Flag4ub+lb.*Flag4lb; % ~表示取反           
     67      
     68       % 计算适应度函数值
     69        cmd = [' -c ',num2str(Positions(i,1)),' -g ',num2str(Positions(i,2))];
     70        model=svmtrain(train_wine_labels,train_wine,cmd); % SVM模型训练
     71        [~,fitness]=svmpredict(test_wine_labels,test_wine,model); % SVM模型预测及其精度
     72        fitness=100-fitness(1); % 以错误率最小化为目标
     73     
     74         % Update Alpha, Beta, and Delta
     75         if fitness<Alpha_score % 如果目标函数值小于Alpha狼的目标函数值
     76             Alpha_score=fitness; % 则将Alpha狼的目标函数值更新为最优目标函数值,Update alpha
     77             Alpha_pos=Positions(i,:); % 同时将Alpha狼的位置更新为最优位置
     78         end
     79         
     80         if fitness>Alpha_score && fitness<Beta_score % 如果目标函数值介于于Alpha狼和Beta狼的目标函数值之间
     81             Beta_score=fitness; % 则将Beta狼的目标函数值更新为最优目标函数值,Update beta
     82             Beta_pos=Positions(i,:); % 同时更新Beta狼的位置
     83         end
     84         
     85         if fitness>Alpha_score && fitness>Beta_score && fitness<Delta_score  % 如果目标函数值介于于Beta狼和Delta狼的目标函数值之间
     86             Delta_score=fitness; % 则将Delta狼的目标函数值更新为最优目标函数值,Update delta
     87             Delta_pos=Positions(i,:); % 同时更新Delta狼的位置
     88         end
     89     end
     90     
     91     a=2-l*((2)/Max_iteration); % 对每一次迭代,计算相应的a值,a decreases linearly fron 2 to 0
     92     
     93     % Update the Position of search agents including omegas
     94     for i=1:size(Positions,1) % 遍历每个狼
     95         for j=1:size(Positions,2) % 遍历每个维度
     96             
     97             % 包围猎物,位置更新
     98             
     99             r1=rand(); % r1 is a random number in [0,1]
    100             r2=rand(); % r2 is a random number in [0,1]
    101             
    102             A1=2*a*r1-a; % 计算系数A,Equation (3.3)
    103             C1=2*r2; % 计算系数C,Equation (3.4)
    104             
    105             % Alpha狼位置更新
    106             D_alpha=abs(C1*Alpha_pos(j)-Positions(i,j)); % Equation (3.5)-part 1
    107             X1=Alpha_pos(j)-A1*D_alpha; % Equation (3.6)-part 1
    108                        
    109             r1=rand();
    110             r2=rand();
    111             
    112             A2=2*a*r1-a; % 计算系数A,Equation (3.3)
    113             C2=2*r2; % 计算系数C,Equation (3.4)
    114             
    115             % Beta狼位置更新
    116             D_beta=abs(C2*Beta_pos(j)-Positions(i,j)); % Equation (3.5)-part 2
    117             X2=Beta_pos(j)-A2*D_beta; % Equation (3.6)-part 2       
    118             
    119             r1=rand();
    120             r2=rand(); 
    121             
    122             A3=2*a*r1-a; % 计算系数A,Equation (3.3)
    123             C3=2*r2; % 计算系数C,Equation (3.4)
    124             
    125             % Delta狼位置更新
    126             D_delta=abs(C3*Delta_pos(j)-Positions(i,j)); % Equation (3.5)-part 3
    127             X3=Delta_pos(j)-A3*D_delta; % Equation (3.5)-part 3             
    128             
    129             % 位置更新
    130             Positions(i,j)=(X1+X2+X3)/3;% Equation (3.7)
    131             
    132         end
    133     end
    134     l=l+1;    
    135     Convergence_curve(l)=Alpha_score;
    136 end
    137 bestc=Alpha_pos(1,1);
    138 bestg=Alpha_pos(1,2);
    139 bestGWOaccuarcy=Alpha_score;
    140 %% 打印参数选择结果
    141 disp('打印选择结果');
    142 str=sprintf('Best Cross Validation Accuracy = %g%%,Best c = %g,Best g = %g',bestGWOaccuarcy*100,bestc,bestg);
    143 disp(str)
    144 %% 利用最佳的参数进行SVM网络训练
    145 cmd_gwosvm = ['-c ',num2str(bestc),' -g ',num2str(bestg)];
    146 model_gwosvm = svmtrain(train_wine_labels,train_wine,cmd_gwosvm);
    147 %% SVM网络预测
    148 [predict_label,accuracy] = svmpredict(test_wine_labels,test_wine,model_gwosvm);
    149 % 打印测试集分类准确率
    150 total = length(test_wine_labels);
    151 right = sum(predict_label == test_wine_labels);
    152 disp('打印测试集分类准确率');
    153 str = sprintf( 'Accuracy = %g%% (%d/%d)',accuracy(1),right,total);
    154 disp(str);
    155 %% 结果分析
    156 % 测试集的实际分类和预测分类图
    157 figure;
    158 hold on;
    159 plot(test_wine_labels,'o');
    160 plot(predict_label,'r*');
    161 xlabel('测试集样本','FontSize',12);
    162 ylabel('类别标签','FontSize',12);
    163 legend('实际测试集分类','预测测试集分类');
    164 title('测试集的实际分类和预测分类图','FontSize',12);
    165 grid on
    166 snapnow
    167 %% 显示程序运行时间
    168 toc
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