粒子群算法基本原理
粒子群算法原理及应用
粒子群算法原理及应用随着人工智能技术的发展，各种算法被广泛应用在数据分析、预测以及优化等方面。
其中，粒子群算法（Particle Swarm Optimization，PSO）作为一种高效的全局优化算法，在实际应用中表现出色，受到了越来越多的关注与重视。
本文将围绕粒子群算法的原理与应用进行阐述。
一、粒子群算法的原理粒子群算法是一种基于群体智能的优化算法，借鉴了鸟群或鱼群等生物群体行为的思想。
它是一种随机化搜索算法，通过模拟大量粒子在问题空间中的随机移动，不断探索解空间，从而寻找全局最优解。
具体来说，粒子群算法是基于一个粒子群的模型，其中每个粒子代表一个搜索空间内的解。
每一个粒子都有一个自身的位置和速度，而粒子的位置和速度可以通过如下公式进行更新：$v_{i,j}=wv_{i,j}+c1r1(p_{ij}-x_{ij})+c2r2(g_{ij}-x_{ij})$$x_{i,j}=x_{i,j}+v_{i,j}$其中，$v_{i,j}$表示第$i$个粒子在第$j$个搜索空间维度上的速度，$w$表示惯性权重，$c1$和$c2$分别是自己的历史最佳位置$p_{ij}$和全局最佳位置$g_{ij}$对粒子位置的影响因子，$r1$和$r2$是0~1的随机数，$x_{i,j}$是粒子的位置。
通过更新速度和位置，粒子可以向更优秀的位置移动，从而不断逼近全局最优解。
这种不断更新、迭代搜索的过程可以实现全局搜索和多目标优化等问题领域的优化求解。
二、粒子群算法的应用粒子群算法最主要的应用领域是全局优化问题，如函数优化、数据拟合、最小二乘等问题的求解。
此外，粒子群算法还被广泛应用在神经网络训练、图像处理、机器学习等领域。
（一）函数优化函数优化问题是粒子群算法最基本的应用领域之一。
例如，在参数优化问题中，可以将参数空间定义为搜索空间，通过粒子群算法不断寻找全局最优解来优化模型参数。
在现实中，这种方法已被广泛应用于金融风险分析、选股等领域。
粒子群优化算法原理
粒子群优化算法原理PSO算法的基本原理是模拟鸟群或鱼群等自然现象的群体行为，通过社会化学习的方式不断最佳解。
PSO算法依靠粒子的位置和速度来进行，并通过不断地更新粒子的速度和位置来逐步找到最佳解。
下面将详细介绍PSO算法的基本原理：1.个体和群体的表示：在PSO算法中，解被表示为多维空间中的一个点，称为粒子。
每个粒子代表一个当前解，其位置和速度表示了该解的状态。
在最优化问题中，每个粒子代表了一组可能的解。
2.粒子的位置更新：在每一次迭代中，粒子的速度和位置都会发生变化。
粒子的位置更新基于其当前速度和位置以及目标解。
通过以下公式进行更新：v(i,j) = w * v(i,j) + c1 * rand1 * (p(i,j) - x(i,j)) + c2 * rand2 * (p(g,j) - x(i,j))x(i,j)=x(i,j)+v(i,j)其中，v(i,j)为粒子i在维度j上的速度，w为惯性权重，c1和c2分别为加速因子，rand1和rand2为随机数，p(i,j)和p(g,j)表示个体最佳位置和群体最佳位置，x(i,j)表示粒子i在维度j上的位置。
3.个体和群体的最佳位置更新：每个粒子都会记录自身的最佳位置，也就是使目标函数达到最小值或最大值的位置。
对于每个粒子i，如果当前位置的目标函数值优于历史最佳值，则将其当前位置作为个体最佳位置，并更新群体最佳位置。
4.终止条件：PSO算法通常设置一个迭代次数作为终止条件，当达到指定的迭代次数后，算法终止并给出最佳解。
另外，还可以根据目标函数的收敛程度来判断终止条件。
5.算法参数的选择：PSO算法中有几个重要的参数需要选择，包括惯性权重w、加速因子c1和c2等。
这些参数的选择会影响算法的能力和收敛速度，在实际应用中需要根据问题的性质进行调整。
综上所述，PSO算法通过模拟鸟群或鱼群等自然群体的行为来最佳解。
算法通过粒子的位置和速度来进行，并通过不断地更新粒子的位置和速度来逐步优化解。
粒子群优化算法的基本原理
vij (k 1) (k)vij (k) 1rand(0,a1)
pij (k) xij (k)
2rand(0, a2)
p
g j
(k
)
xij
(k
)
——（7.1a）
xij (k 1) xij (k) vij (k 1) ——（7.1b）
i 1, 2, , m; j 1, 2, , n
pij (k) xij (k)
2rand(0, a2)
p
g j
(k
)
xij
(k
)
——（7.1a）
式(7.1a)右边的第1部分是粒子在前一时刻的速度；
第2部分为个体“认知”分量，表示粒子本身的思 考，将现有的位置和曾经经历过的最优位置相比。
第3部分是群体“社会(social)”分量，表示粒子 间的信息共享与相互合作。
1 ，2分别控制个体认知分量和群体社会分量相对
贡献的学习率。
随机系数增4 加搜索方向的随机性和算法多样性。
基于6学.6习.1率 粒1，子 2 ，群优化算法的基本原理
Kennedy给出以下4种类型的PSO模型：
▪若 1 > 0，2 > 0，则称该算法为PSO全模型。
▪若 1 > 0，2 = 0，则称该算法为PSO认知模型。
▪ vi (k) v1i v2i
：表vni示T该粒子的搜索方向。
2
的位置。
6.6.1 粒子群优化算法的基本原理
pi (k) p1i p2i
pni T
每个粒子经历过的最优位置（pbest）记为
pg (k) p1g p，2g 群体经历png过T的最优
位置(gbest)记为
，则基本的PSO算法为：
粒子群优化算法在电力系统调度中的应用教程
粒子群优化算法在电力系统调度中的应用教程1. 引言电力系统调度是指对电力系统内发电机组和负荷的调度控制，以实现电力系统的安全、稳定、经济运行。
针对电力系统调度问题，粒子群优化算法（Particle Swarm Optimization, PSO）被广泛应用于寻找最优解。
本文将介绍粒子群优化算法的基本原理，并详细阐述其在电力系统调度中的具体应用。
2. 粒子群优化算法基本原理粒子群优化算法是一种基于群体智能的优化算法，其核心思想来源于生物的群体行为，如鸟群觅食等。
算法通过模拟鸟群觅食行为，利用每个粒子的位置和速度来寻找最优解。
其基本步骤如下：（1）初始化粒子位置和速度；（2）根据位置和速度更新粒子的移动方向；（3）计算粒子的适应度值；（4）根据适应度值更新全局最优解和个体最优解；（5）重复步骤（2）至（4）直至满足终止条件。
3. 粒子群优化算法在电力系统调度中的应用3.1 发电机组调度电力系统发电机组调度是指在满足电力需求和调度约束条件下，合理分配发电机组的出力。
粒子群优化算法可以用于确定发电机组的最优出力分配方案，以实现电力系统的经济运行。
具体步骤如下：（1）初始化粒子群的位置和速度，表示发电机组的出力；（2）根据位置和速度更新粒子的移动方向，即调整发电机组的出力；（3）计算粒子的适应度值，即计算电力系统的运行成本；（4）根据适应度值更新全局最优解和个体最优解；（5）重复步骤（2）至（4），直至满足调度约束条件。
3.2 负荷调度电力系统负荷调度是指合理安排电力系统的负荷分配，以实现负荷平衡和供需平衡。
粒子群优化算法可应用于负荷调度问题，以优化电力系统的能源利用效率。
具体步骤如下：（1）初始化粒子群的位置和速度，表示负荷的分配；（2）根据位置和速度更新粒子的移动方向，即调整负荷的分配；（3）计算粒子的适应度值，即计算电力系统的供需平衡度；（4）根据适应度值更新全局最优解和个体最优解；（5）重复步骤（2）至（4），直至满足供需平衡的要求。
粒子群算法
智能优化计算
1 粒子群算法的基本原理
1.1 粒子群算法的提出 ➢ 五年后，在国际上逐步被接受，并有大批不同 领域的学者投入该算法相关研究，目前已经成 为智能优化领域研究的热门
➢ 2003年，《控制与决策》第二期刊登国内第一篇 PSO论文——综述文章
8
历年发表论文的数目
2500
2328
2000
1500
xikd
)
c2 ra n d( ) ( p gbest
xikd )
xk 1 id
xikd
vk 1 id
i 1,2,, m; d 1,2,, D
惯性权重(续)
通过调节w值，可以控制PSO的全局探索和局部开发能力：
• w≥1：微粒速度随迭代次数的增加而增加，微粒发散。
• 0<w<1 ：微粒减速，算法的收敛性依靠惯性权重c1和 c2 。
共性
（1）都属于仿生算法； （2）都属于全局优化方法； （3）都属于随机搜索算法； （4）都隐含并行性； （5）根据个体的适配信息进行搜索，因此不受函 数约束条件的限制，如连续性、可导性等； （6）对高维复杂问题，往往会遇到早熟收敛和收 敛性能差的缺点，都无法保证收敛到最优点。
PSO就是对鸟群或鱼群寻找食物这种群体行为的模拟。
单个鸟 整个鸟群
单个微粒
由多个微粒组 成的微粒群
一个微粒代表问题 的一个解
每个微粒都有一个 由被优化函数值决 定的适应值
鸟群寻找食 物的飞行策 略
鸟群行为
微粒位置和速 度的更新策略
PSO
13
每个微粒通过跟踪 自身找到的最好位 置以及邻域内其它 微粒找到的最好位 置，完成对整个搜 索空间的搜索
最大化问题
粒子群算法(基础精讲)课件
神经网络训练
神经网络训练是指通过训练神经网络来使其能够学习和模拟特定的输入输出关系 。粒子群算法可以应用于神经网络的训练过程中，通过优化神经网络的参数来提 高其性能。
例如，在机器视觉、语音识别、自然语言处理等领域中，神经网络被广泛应用于 各种任务。粒子群算法可以用于优化神经网络的结构和参数，从而提高其分类、 预测等任务的准确性。
优势
在许多优化问题中，粒子群算法表现出了良好的全局搜索能 力和鲁棒性，尤其在处理非线性、多峰值等复杂问题时具有 显著优势。
粒子群算法的核心要素
02
粒子个体
01
粒子
在粒子群算法中，每个解被称为一个粒子，代表问题的 一个潜在解。
02
粒子状态
每个粒子的位置和速度决定了其状态，其中位置表示解 的优劣，速度表示粒子改变方向的快慢。
社会认知策略的引入
总结词
引入社会认知策略可以增强粒子的社会性，提高算法的群体协作能力。
详细描述
社会认知策略是一种模拟群体行为的方法，通过引入社会认知策略，可以增强粒子的社会性，提高算 法的群体协作能力。在粒子群算法中引入社会认知策略，可以使粒子更加关注群体最优解，促进粒子 之间的信息交流和协作，从而提高算法的全局搜索能力和鲁棒性。
03 粒子群算法的实现步骤
初始化粒子群
随机初始化粒子群的 位置和速度。
初始化粒子的个体最 佳位置为随机位置， 全局最佳位置为随机 位置。
设置粒子的个体最佳 位置和全局最佳位置 。
更新粒子速度和位置
根据粒子个体和全局最佳位置计 算粒子的速度和位置更新公式。
更新粒子的速度和位置，使其向 全局最佳位置靠近。
每个粒子都有一个记录其历史最 佳位置的变量，用于指导粒子向
粒子群优化算法基本原理
粒子群优化算法基本原理粒子群优化算法（Particle Swarm Optimization，简称PSO）是一种基于仿生学思想的优化算法，最早由美国加州大学洛杉矶分校（University of California, Los Angeles）的Eberhart和Kennedy于1995年提出。
该算法模拟了群体中个体之间的协作行为，通过不断的信息交流与迭代搜索，寻找最优解。
粒子群优化算法的基本思想是通过模拟鸟群或鱼群等生物群体在搜索空间中的行为，通过个体间的合作与信息共享来寻找最优解。
算法的核心是通过不断更新每个粒子的速度和位置，使其朝着全局最优解的方向进行搜索。
在粒子群优化算法中，每个粒子代表一个解决方案，并通过在搜索空间中移动来寻找最优解。
每个粒子都有一个位置向量和一个速度向量，位置向量表示当前粒子所在的位置，速度向量表示粒子在搜索空间中的移动方向和速度。
每个粒子还有两个重要的参数：个体最佳位置（Pbest）和全局最佳位置（Gbest）。
个体最佳位置表示粒子自身经历的最优位置，全局最佳位置表示整个粒子群中最优的位置。
算法的具体过程如下：1. 初始化粒子群的位置和速度，并为每个粒子设置初始的个体最佳位置。
2. 根据当前位置和速度更新粒子的位置和速度，并计算粒子的适应度值。
3. 更新粒子的个体最佳位置和全局最佳位置。
如果当前适应度值优于个体最佳适应度值，则更新个体最佳位置；如果当前适应度值优于全局最佳适应度值，则更新全局最佳位置。
4. 判断终止条件，如果满足停止条件，则输出全局最佳位置作为最优解；否则返回步骤2进行下一轮迭代。
5. 结束。
粒子群优化算法的优点在于简单易实现，不需要求导等额外计算，且具有全局搜索能力。
由于模拟了群体协作的行为，粒子群优化算法可以克服遗传算法等局部搜索算法容易陷入局部最优解的问题。
此外，算法的收敛速度较快，迭代次数相对较少。
然而，粒子群优化算法也存在一些缺点。
首先，算法对于问题的解空间分布较为敏感，如果解空间分布较为复杂或存在多个局部最优解，算法可能无法找到全局最优解。
粒子群算法基本原理
粒子群算法基本原理粒子群算法（Particle Swarm Optimization, PSO）是一种基于群体智能的优化算法，模拟了鸟群或鱼群等生物群体在自然界中求解问题的行为。
粒子群算法是一种无约束优化算法，可以用于求解各种优化问题。
粒子群算法的基本原理是通过模拟粒子在解空间中的过程来寻找最优解。
每个粒子表示了一个潜在的解，其位置和速度表示了解的状态和速度。
整个粒子群可以看作是一个多维解空间中的群体，每个粒子都具有一个解向量和速度向量，通过不断调整速度和位置来寻找最优解。
1.初始化粒子群：根据问题的维度和约束条件，随机初始化粒子的位置和速度。
其中位置表示解向量，速度表示方向和速度。
2.计算粒子适应度：根据问题的定义，计算每个粒子的适应度。
适应度函数根据问题的不同而变化，可以是目标函数的取值或其他综合评价指标。
3.更新粒子速度和位置：通过利用粒子当前的位置、速度和历史最优解来更新粒子的速度和位置。
速度的更新过程包括两部分，第一部分是加速度项，其大小与粒子所处位置与个体最优解、群体最优解的距离有关；第二部分是惯性项，保持原有的速度方向并控制的范围。
位置的更新通过当前位置和速度得到新的位置。
4.更新个体最优解和群体最优解：将每个粒子的适应度与其历史最优解进行比较并更新。
个体最优解是粒子自身到的最优解，群体最优解是所有粒子中的最优解。
5.判断停止条件：根据预定的停止条件判断是否终止算法。
停止条件可以是达到最大迭代次数、适应度值达到一定阈值或范围满足一定条件等。
6.返回最优解：将群体最优解或个体最优解作为最终结果返回。
粒子群算法通过不断地更新粒子的速度和位置，通过粒子之间的信息交流和协作来找到最优解。
在算法的早期阶段，粒子的范围较大，有较高的探索性；随着的进行，粒子逐渐聚集在最优解周围，并逐渐减小范围，增强了局部的能力。
这种全局和局部的结合使得粒子群算法能够更好地求解多峰优化问题。
粒子群算法的优点是简单易实现、全局能力强，对于非线性、非凸性、多峰性问题有很好的适应性。
粒子群算法基本原理
4.1 粒子群算法基本原理粒子群优化算法[45] 最原始的工作可以追溯到1987年Reynolds 对鸟群社会系统Boids（Reynolds 对其仿真鸟群系统的命名）的仿真研究。
通常，群体的行为可以由几条简单的规则进行建模，虽然每个个体具有简单的行为规则，但是却群体的行为却是非常的复杂，所以他们在鸟类仿真中，即Boids 系统中采取了下面的三条简单的规则：（1）飞离最近的个体( 鸟) ，避免与其发生碰撞冲突；（2）尽量使自己与周围的鸟保持速度一致；（3）尽量试图向自己认为的群体中心靠近。
虽然只有三条规则，但Boids 系统已经表现出非常逼真的群体聚集行为。
但Reynolds 仅仅实现了该仿真，并无实用价值。
1995年Kennedy[46-48] 和Eberhart 在Reynolds 等人的研究基础上创造性地提出了粒子群优化算法，应用于连续空间的优化计算中。
Kennedy和Eberhart 在boids 中加入了一个特定点，定义为食物，每只鸟根据周围鸟的觅食行为来搜寻食物。
Kennedy和Eberhart 的初衷是希望模拟研究鸟群觅食行为，但试验结果却显示这个仿真模型蕴含着很强的优化能力，尤其是在多维空间中的寻优。
最初仿真的时候，每只鸟在计算机屏幕上显示为一个点，而“点”在数学领域具有多种意义，于是作者用“粒子（particle ）”来称呼每个个体，这样就产生了基本[49]的粒子群优化算法。
假设在一个 D 维搜索空间中，有m个粒子组成一粒子群，其中第i 个粒子的空间位置为X( x , x ,x,..., x ) i 1,2,..., m ，它是优化问题的一个潜在解，i i1 i 2 i 3 iD将它带入优化目标函数可以计算出其相应的适应值，根据适应值可衡量x的优i劣；第i 个粒子所经历的最好位置称为其个体历史最好位置，记为P ( p , p , p , ... p,) i 1, 2 ,，m..相,应的适应值为个体最好适应值Fi ；同i 1i i2 3i i D时，每个粒子还具有各自的飞行速度V(v ,v ,v,..., v ) i 1,2,..., m 。
粒子群算法论文
VS
详细描述
组合优化问题是指在一组离散的元素中寻 找最优解的问题，如旅行商问题、背包问 题等。粒子群算法通过模拟群体行为进行 寻优，能够有效地求解这类问题。例如， 在旅行商问题中，粒子群算法可以用来寻 找最短路径；在背包问题中，粒子群算法 可以用来寻找最大化的物品价值。
粒子群算法在组合优化问题中的应用
粒子群算法论文
目录
CONTENTS
• 粒子群算法概述 • 粒子群算法的理论基础 • 粒子群算法的改进与优化 • 粒子群算法的实际应用 • 粒子群算法的未来展望
01 粒子群算法概述
粒子群算法的基本原理
粒子群算法是一种基于群体智能的优化算法，通过模拟鸟群、鱼群等生物群体的行 为规律，利用粒子间的信息共享和协作机制，寻找最优解。
高模型的决策能力和性能。
05 粒子群算法的未来展望
粒子群算法与其他智能算法的融合研究
融合遗传算法
通过引入遗传算法的变异、交叉和选 择机制，增强粒子群算法的搜索能力 和全局寻优能力。
混合粒子群优化
结合其他优化算法，如模拟退火、蚁 群算法等，形成混合优化策略，以处 理多目标、约束和大规模优化问题。
粒子群算法的理论基础深入研究
通过对粒子群算法的收敛性进行分析， 可以发现算法在迭代过程中粒子的分 布规律以及最优解的稳定性，有助于 优化算法参数和提高算法性能。
粒子群算法的参数优化
参数优化是提高粒子群算法性能 的关键步骤之一，主要涉及粒子 数量、惯性权重、学习因子等参
数的调整。
通过对参数进行优化，可以改善 粒子的搜索能力和全局寻优能力，
总结词
粒子群算法在机器学习中可以用于特征选择、模型选择 和超参数调整等方面。
详细描述
机器学习是人工智能领域的一个重要分支，旨在通过训 练数据自动地学习和提取有用的特征和规律。粒子群算 法可以应用于机器学习的不同方面，如特征选择、模型 选择和超参数调整等。通过模拟群体行为进行寻优，粒 子群算法可以帮助机器学习模型找到最优的特征组合、 模型参数和超参数配置，从而提高模型的性能和泛化能 力。
多目标优化带约束的粒子群算法
多目标优化是指在优化问题中存在多个冲突的目标函数，需要在多个目标之间找到平衡点。
而粒子群算法是一种基于群体智能的优化算法，通过模拟鸟群或鱼群的行为，寻找最优解。
本文将结合这两个领域，探讨多目标优化带约束的粒子群算法。
一、多目标优化的挑战1.1 多目标优化的定义多目标优化是指在一个优化问题中，存在多个冲突的目标函数。
在工程设计中，同时考虑产品的成本、质量和可靠性等多个指标，需要在这些指标之间找到最佳的平衡点。
1.2 多目标优化的挑战多目标优化问题由于存在多个矛盾的目标函数，因此很难找到一个全局最优解。
在传统的单目标优化问题中，可以通过寻找目标函数的极值点来找到最优解，但在多目标优化中，存在多个最优解，这增加了解空间的复杂度。
1.3 多目标优化的解决方法为了解决多目标优化问题，研究者们提出了许多方法，如加权和法、多目标遗传算法、多目标粒子群算法等。
本文将重点介绍多目标优化中的粒子群算法。
二、粒子群算法的基本原理2.1 粒子群算法的提出粒子群算法最早由美国社会心理学家Kennedy和Eberhart于1995年提出，其灵感来源于鸟群和鱼群的行为。
在自然界中，鸟群和鱼群能够通过相互沟通和观察，找到最佳的食物和栖息地，这启发了研究者们开发出一种新的优化算法。
2.2 粒子群算法的基本原理粒子群算法基于群体智能和演化计算的理论，通过模拟鸟群或鱼群的行为，寻找最优解。
算法的基本原理是模拟每个粒子在解空间中的移动和搜索过程，通过不断的个体最优和全局最优更新，最终找到最优解。
2.3 粒子群算法的优点与传统的优化算法相比，粒子群算法具有收敛速度快、易于实现、对初始参数不敏感等优点。
在单目标优化问题中，粒子群算法已经得到了广泛的应用和研究。
然而，在多目标优化问题中，粒子群算法的性能仍然有待提高。
三、多目标优化带约束的粒子群算法3.1 多目标优化带约束的定义在实际的工程和科学问题中，多目标优化往往伴随着一些约束条件。
在工程设计中，产品的尺寸、材料和工艺等都可能受到限制，需要满足一定的约束条件。
遗传算法、粒子群算法
遗传算法、粒子群算法遗传算法与粒子群算法是两种优化算法，都具有优秀的全局搜索能力，广泛应用于计算机科学、工程学、经济学等领域。
本文将分别介绍遗传算法与粒子群算法的基本原理、应用场景、优点以及不足之处。
一、遗传算法遗传算法是一种仿生学算法，其灵感来源于生物遗传学。
遗传算法通过模拟生物的进化过程，寻找到问题的最优解。
遗传算法的核心是基因编码和遗传操作。
基因编码：将问题的解编码为一个基因型，通常是一个二进制字符串，表示问题的一个可行解。
遗传操作：包括选择、交叉、变异三个步骤。
选择操作通过适应度函数评估基因型的适应度，选择适应度高的个体作为下一代的父代。
交叉操作将两个父代的基因交换一部分，生成新的子代。
变异操作是为了维持算法的多样性，随机改变一个个体的某一位基因值。
遗传算法的应用场景非常广泛，如函数优化、组合优化、图形优化等。
在工程学中，遗传算法经常被用于设计问题的优化，如优化电路、机械结构等。
遗传算法也被用于解决机器学习中的优化问题，如神经网络结构的优化。
遗传算法的优点在于全局搜索能力强、可并行化、对问题没有先验知识要求等。
但是，由于遗传算法采用随机搜索策略，因此其搜索过程不可控，收敛速度较慢，易陷入局部最优解。
二、粒子群算法粒子群算法是一种基于群体智能的优化算法，其灵感来源于鸟类的群体行为。
粒子群算法通过模拟粒子在解空间中的运动，寻找到问题的最优解。
粒子群算法的核心是粒子的位置和速度更新。
位置更新：粒子的位置更新由当前位置、历史最优位置以及群体历史最优位置三个因素共同决定。
位置更新公式为：$x_i(t+1)=x_i(t)+v_i(t+1)$。
速度更新：粒子的速度更新由当前速度、个体历史最优位置距离以及群体历史最优位置距离三个因素共同决定。
速度更新公式为：$v_i(t+1)=wv_i(t)+c_1r_1(pbest_i-x_i)+c_2r_2(gbest-x_i)$。
粒子群算法的应用场景与遗传算法类似，也广泛应用于函数优化、组合优化、图形优化等领域。
粒子群算法原理
粒子群算法原理粒子群算法原理是一种基于优化的算法，它利用一组无序的粒子来搜索整个可能的解决方案空间，以找出最佳的解决方案。
粒子群算法（PSO）是一种迭代优化算法，它采用群体行为思想，相当于一群鸟类在搜寻食物，以及其他任何生活必需品，它们通过互相之间的协作来实现，而不是通过教师或者其他外部干预。
粒子群算法由三个基本要素组成：粒子、适应度函数和社会因素。
粒子代表算法中的搜索空间，每个粒子都有一个位置和一个速度，它们根据适应度函数和社会因素来移动，最终形成群体行为模式。
粒子群算法的运行有两个步骤：第一步是更新粒子的位置，第二步是更新粒子的速度。
在更新粒子的位置时，粒子的位置由其当前位置，当前速度，以及社会因素和个体因素（如最优位置）的影响共同决定。
更新粒子的速度时，粒子的速度由其当前位置，当前速度，最优位置，个体因素和社会因素的影响共同决定。
粒子群算法还有一个自适应模块，可以根据算法的运行状态和工作情况，动态调整粒子的速度和位置，以达到更好的优化效果。
最后，算法将根据粒子群当前的位置，最优位置，以及其他因素，来搜索出最优解。
粒子群算法能够有效解决多维非线性优化问题，并且能够找到更加优化的解决方案。
它的优势在于可以解决复杂的最优化问题，而且可以快速逼近最优解，运行时间比较短。
粒子群算法也有一些缺点，其中最大的缺点就是可能会陷入局部最优解，而不能找到全局最优解。
此外，粒子群算法还存在参数设置的难度，它需要调整大量的参数以获得最佳的性能，而且可能会出现运行时间过长的情况。
总之，粒子群算法是一种有效的优化算法，它可以有效地解决多维非线性优化问题，并且可以快速找到更优的解决方案。
但是在使用这种算法时，需要注意参数设置和潜在的陷入局部最优解的风险。
举例说明粒子群算法的搜索原理
举例说明粒子群算法的搜索原理粒子群算法（Particle Swarm Optimization, PSO）是一种进化计算方法，它通过模拟鸟群或鱼群的群体行为实现优化问题的搜索。
粒子群算法由于其简单性和高效性，在解决各种优化问题中得到了广泛应用。
本文将通过举例说明粒子群算法的搜索原理。
粒子群算法的搜索原理基于两个基本概念:粒子和适应度。
每个粒子代表解决方案的一个候选解，并拥有一个速度和位置。
适应度则表示该粒子解决方案的优劣程度。
假设我们要用粒子群算法来优化一个简单的函数，例如$f(x)=x^2$，其中$x$的取值范围在$[-5,5]$之间。
我们可以将每个粒子的位置表示为$x$的值，每个粒子的速度表示为$x$的变化率。
为了简化问题，我们假设粒子的速度范围在$[-1,1]$之间，即每个粒子在每个迭代中最大可以改变一个单位。
首先，我们需要初始化一批粒子。
假设我们初始化10个粒子，它们的位置和速度可以随机选择或者均匀分布在取值范围内。
在每次迭代中，粒子根据其位置和速度更新自己的解决方案。
具体来说，每个粒子根据当前的位置和速度计算下一个位置。
例如，假设粒子i的当前位置为$x_i$，速度为$v_i$，则下一个位置可以计算为$x_i^{'}=x_i+v_i$。
然后，根据新的位置计算粒子的适应度，并与个体最佳适应度比较。
如果粒子的适应度优于其个体最佳适应度（即$f(x_i^{'})<f(x_i)$），则更新个体最佳适应度和个体最佳位置。
否则，粒子保持当前的个体最佳适应度和位置。
接下来，粒子需要根据群体的最佳适应度和位置进行更新。
群体的最佳适应度是所有粒子的个体最佳适应度中的最优解，而群体的最佳位置是对应于最佳适应度的粒子的位置。
粒子根据群体最佳位置与当前位置的差异来调整自己的速度。
这个调整过程可以由以下公式表示：$v_i^{'} = w \cdot v_i + c_1 \cdot r_1 \cdot (p_i - x_i) + c_2\cdot r_2 \cdot (g - x_i)$其中，$v_i^{'}$是粒子的新速度，$w$是惯性权重，$p_i$是粒子的个体最佳位置，$g$是群体最佳位置，$c_1$和$c_2$是加速度常数，$r_1$和$r_2$是在$[0,1]$范围内的随机数。
粒子群算法基本原理
粒子群算法基本原理粒子群算法（Particle Swarm Optimization, PSO）是一种基于群集智能的优化算法，灵感来源于鸟类或鱼群等群体的行为。
其基本原理是通过模拟粒子在搜索空间中的移动和信息交流，以寻找问题的最优解。
在粒子群算法中，问题的解被表示为粒子在搜索空间中的一个位置，每个粒子都有自己的速度和位置。
算法的初始化阶段，粒子随机分布在搜索空间中，每个粒子根据自身当前位置评估其适应度（目标函数值）。
在每一代迭代中，粒子根据自身的局部最优解和整个群体的全局最优解进行移动。
粒子通过不断调整自身速度和位置来实现优化过程。
它会根据自身经验和群体的经验，调整速度和位置，试图找到更优的解。
粒子的速度更新公式如下：\[v_i^{k+1} = w \cdot v_i^k + c_1 \cdot rand() \cdot (pbest_i^k -x_i^k) + c_2 \cdot rand() \cdot (gbest^k - x_i^k)\]其中，- \(v_i^{k+1}\) 是粒子在第 \(k+1\) 代的速度- \(w\) 是惯性权重- \(c_1\) 和 \(c_2\) 是加速常数- \(rand()\) 是一个生成随机数的函数- \(pbest_i^k\) 是粒子历史最优位置- \(gbest^k\) 是群体历史最优位置- \(x_i^k\) 是粒子的当前位置粒子的位置更新公式如下：\[x_i^{k+1} = x_i^k + v_i^{k+1}\]在迭代的过程中，粒子群算法会不断更新粒子的速度和位置，并记录群体中的历史最优解。
当达到预定的终止条件时，算法输出全局最优解作为问题的解。
粒子群算法具有很好的全局搜索能力和并行计算能力，广泛应用于函数优化、机器学习、图像处理等领域。
其优势在于简单易实现，但可能存在收敛速度慢和陷入局部最优的问题。
因此，研究者们提出了各种改进的粒子群算法，如自适应粒子群算法、混沌粒子群算法等，以提高算法的性能。
第6章粒子群算法基本理论
PSO算法作为一种新兴智能仿生算法，目前还没有完备 的数学理论基础，但作为新兴优化算法已在诸多领域得到广 泛应用。
6.1 粒子群算法的概述
6.1.3 粒子群算法的特点
粒子群算法的优点 ① 粒子群算法依靠粒子速度完成搜索，在迭代进化中只 有最优的粒子将信息传递给其他粒子，搜索速度快。 ② 粒子群算法具有记忆性，粒子群体的历史最好位置可 以记忆，并传递给其他粒子。 ③ 需调整的参数较少，结构简单，易于工程实现。 ④ 采用实数编码，直接由问题的解决定，问题解的变量 数直接作为粒子的维数。
[2] Eberhart R，Kennedy J，A new optimizer using particle swarm theory，Proceeding of the 6th International Symposium on Micro-Machine and Human Science， 1995，39~43
粒子群算法的基本思想是通过群体中个体之间的协作和 信息共享来寻找最优解。
6.1 粒子群算法的概述
6.1.2 粒子群算法的发展
萌芽阶段
1986年，人工生命、计算机图形 学专家 Craig Reynolds提出了简单的 人工生命系统——boid模型（解释为 bird like object），模拟了鸟类在飞行 过程中分离、列队和聚集三种聚群飞 行行为，并能感知到周围一定范围内 其他boid的飞行信息。boid根据该信 息，结合当前自身的飞行状态，在三 条简单行为规则的指导下，做出下一 步的飞行决策。
Step2：评价每个微粒的适应度值。 Step3：将每个微粒的适应度值与其经过的最好位置 pbest进行比较，如果较好则将其作为当前的最好位置pbest。 Step4：将每个微粒的适应度值与种群的最好位置gbest 进行比较，如果较好则将其作为种群的最好位置gbest。 Step5：根据速度和位置公式调整粒子的飞行速度和所 处位置。 Step6：判断是否达到结束条件，若未达到转到Step2。
粒子群算法详解
粒子群算法详解
粒子群算法是一种群智能算法，常用于优化问题，如寻找函数的最小值或最大值等。
其基本原理是模拟鸟群或鱼群等生物集体行为，通过不断地调整每个粒子的位置和速度，最终找到最优解。
具体来说，粒子群算法由若干个粒子组成，每个粒子都有自己的位置和速度。
在每一次迭代中，每个粒子会根据自己的位置和速度进行更新，通过与其他粒子的交互来不断调整自己的位置和速度，以期望找到最优解。
具体而言，粒子群算法包括以下几个步骤：
1. 初始化粒子群：设置粒子群大小、每个粒子的位置和速度等参数。
2. 计算适应度函数：根据问题的具体情况，设计适应度函数，用于评估每个粒子的表现。
3. 更新粒子位置和速度：根据当前位置和速度，以及适应度函数的结果，更新每个粒子的位置和速度。
4. 更新全局最优解：根据适应度函数的结果，更新全局最优解。
5. 判断迭代终止条件：通过设定迭代次数或适应度函数的阈值等方式，判断是否需要继续迭代。
6. 输出结果：输出最优解或其他需要的结果。
总体来说，粒子群算法的优点是收敛速度快，易于实现和优化，适用于各种优化问题。
但其缺点是可能会陷入局部最优解，需要合理设置参数和调整算法，以克服这个问题。
matlab粒子群算迭代结果一条直线
近年来，随着计算机技术的不断发展和应用领域的不断拓展，各种优化算法被广泛应用于各个领域中。
其中，粒子裙算法（Particle Swarm Optimization, PSO）作为一种新兴的优化算法，受到了广泛关注并得到了广泛应用。
在众多的应用领域中，matlab粒子裙算法在优化问题中的应用尤为突出。
matlab粒子裙算法能够很好地解决复杂的优化问题，其迭代结果通常在图像中表现为一条直线。
下面，我们将从几个方面来介绍matlab粒子裙算法的迭代结果为一条直线的原因。
一、粒子裙算法的基本原理粒子裙算法是一种模拟鸟类裙体行为的优化算法，其基本原理是通过模拟裙体中个体之间的信息传递和协作来搜索最优解。
在算法的迭代过程中，每个个体（粒子）会根据个体本身的搜索经验以及裙体中其他个体的信息来调整自身的位置和速度，以期望达到全局最优解。
二、粒子裙算法的迭代过程在matlab粒子裙算法中，迭代过程通常分为以下几个步骤：1. 初始化粒子裙的位置和速度，以及定义适应度函数；2. 根据适应度函数评估每个粒子的适应度，并更新个体最优位置和全局最优位置；3. 根据个体最优位置和全局最优位置的信息，更新每个粒子的位置和速度；4. 重复步骤2和步骤3，直到达到迭代终止条件。
在迭代过程中，每个粒子的位置和速度的更新通常遵循一定的数学公式，其中包含了个体的历史最优位置和全局最优位置的信息。
三、迭代结果为一条直线的原因在matlab粒子裙算法中，经常出现的情况是迭代结果呈现为一条直线的形式。
这主要是由于以下几个原因：1. 参数设置合理导致收敛速度快粒子裙算法的迭代结果受到算法参数的影响。
当适当设置了算法的参数，尤其是学习因子和惯性权重等参数时，粒子裙算法会以较快的速度收敛到最优解附近，从而呈现出一条直线的迭代结果。
2. 适应度函数的性质引起收敛行为适应度函数的性质也会影响粒子裙算法的收敛行为。
当适应度函数具有良好的凸性或者单调性时，粒子裙算法更容易以较快的速度收敛到最优解，因此迭代结果呈现为一条直线的情况较为常见。
粒子群算法与麻雀算法
粒子群算法与麻雀算法（原创实用版）目录1.引言2.粒子群算法的基本原理3.麻雀算法的基本原理4.两种算法的比较与应用5.结论正文1.引言在众多的优化算法中，粒子群算法和麻雀算法是两种广泛应用且具有很高效率的算法。
这两种算法各自具有一定的优势，分别在不同的领域发挥着重要作用。
本文将对这两种算法的基本原理进行介绍，并比较它们的异同，最后探讨它们在实际应用中的表现。
2.粒子群算法的基本原理粒子群算法（Particle Swarm Optimization, PSO）是一种基于群体智能的优化算法。
它模仿鸟群在寻找食物过程中的行为，通过个体和全局信息的结合来搜索最优解。
粒子群算法主要包括以下三个部分：粒子、速度和位置。
在算法执行过程中，粒子会根据个体和全局信息调整自己的速度和位置，以逐步逼近最优解。
3.麻雀算法的基本原理麻雀算法（Sparrow Optimization Algorithm, SOA）是一种基于自然界麻雀觅食行为的优化算法。
它具有很强的全局搜索能力，能够在复杂的优化问题中找到最优解。
麻雀算法的主要思想是利用随机振荡和局部搜索策略来提高算法的搜索效率。
与粒子群算法类似，麻雀算法也包括个体和全局信息，但它在搜索过程中具有更强的局部搜索能力。
4.两种算法的比较与应用粒子群算法和麻雀算法在优化问题中具有广泛的应用。
粒子群算法适用于解决复杂、非线性、高维的优化问题，尤其在工程领域具有很高的实用价值。
而麻雀算法具有较强的全局搜索能力，在解决一些具有困难特征的优化问题上表现出优势。
两种算法在收敛速度、全局搜索能力和稳定性方面具有一定的差异。
粒子群算法的收敛速度较快，但容易陷入局部最优解；麻雀算法具有较强的全局搜索能力，但收敛速度相对较慢。
因此，在实际应用中，可以根据问题的特点选择合适的算法或者将两种算法结合使用，以达到更好的优化效果。
5.结论粒子群算法和麻雀算法作为两种具有代表性的优化算法，在实际应用中具有很高的价值。
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4.1粒子群算法基本原理粒子群优化算法[45]最原始的工作可以追溯到1987年Reynolds 对鸟群社会系统Boids （Reynolds 对其仿真鸟群系统的命名）的仿真研究 。
通常，群体的行为可以由几条简单的规则进行建模，虽然每个个体具有简单的行为规则，但是却群体的行为却是非常的复杂，所以他们在鸟类仿真中，即Boids 系统中采取了下面的三条简单的规则：（1）飞离最近的个体(鸟)，避免与其发生碰撞冲突；（2）尽量使自己与周围的鸟保持速度一致；（3）尽量试图向自己认为的群体中心靠近。
虽然只有三条规则，但Boids 系统已经表现出非常逼真的群体聚集行为。
但Reynolds 仅仅实现了该仿真，并无实用价值。
1995年Kennedy [46-48]和Eberhart 在Reynolds 等人的研究基础上创造性地提出了粒子群优化算法，应用于连续空间的优化计算中 。
Kennedy 和Eberhart 在boids 中加入了一个特定点，定义为食物，每只鸟根据周围鸟的觅食行为来搜寻食物。
Kennedy 和Eberhart 的初衷是希望模拟研究鸟群觅食行为，但试验结果却显示这个仿真模型蕴含着很强的优化能力，尤其是在多维空间中的寻优。
最初仿真的时候，每只鸟在计算机屏幕上显示为一个点，而“点”在数学领域具有多种意义，于是作者用“粒子（particle ）”来称呼每个个体，这样就产生了基本的粒子群优化算法[49]。
假设在一个D 维搜索空间中，有m 个粒子组成一粒子群，其中第i 个粒子的空间位置为123(,,,...,)1,2,...,i i i i iD X x x x x i m ==，它是优化问题的一个潜在解，将它带入优化目标函数可以计算出其相应的适应值，根据适应值可衡量i x 的优劣；第i 个粒子所经历的最好位置称为其个体历史最好位置，记为123(,,,...,)1,2,...,i i i i iD P p p p p i m ==，相应的适应值为个体最好适应值 Fi ；同时，每个粒子还具有各自的飞行速度123(,,,...,)1,2,...,i i i i iD V v v v v i m ==。
所有粒子经历过的位置中的最好位置称为全局历史最好位置，记为123(,,,...,)D Pg Pg Pg Pg Pg =，相应的适应值为全局历史最优适应值 。
在基本PSO 算法中，对第n 代粒子，其第 d 维(1≤d ≤D )元素速度、位置更新迭代如式(4-1)、(4-2)：11122()()n n n n n n id id id id gd id v v c r p x c r p x ω+=⨯+⨯⨯-+⨯⨯- (4-1) 1n n n id id id x x v +=+ (4-2)其中：ω为惯性权值；c1 和c2 都为正常数，称为加速系数；r1 和r2 是两个在[0, 1]范围内变化的随机数。
第 d 维粒子元素的位置变化范围和速度变化范围分别限制为,min ,max ,d d X X ⎡⎤⎣⎦和,min ,max ,d d V V ⎡⎤⎣⎦。
迭代过程中，若某一维粒子元素的id X 或id V 超出边界值则令其等于边界值。
粒子群速度更新公式(4-1)中的第 1部分由粒子先前速度的惯性引起，为“惯性”部分；第 2 部分为“认知”部分，表示粒子本身的思考，即粒子根据自身历史经验信息对自己下一步行为的影响；第 3部分为“社会”部分，表示粒子之间的信息共享和相互合作，即群体信息对粒子下一步行为的影响。
基本PSO 算法步骤如下：（1）粒子群初始化；（2）根据目标函数计算各粒子适应度值，并初始化个体、全局最优值；（3）判断是否满足终止条件，是则搜索停止，输出搜索结果；否则继续下步；（4）根据速度、位置更新公式更新各粒子的速度和位置；（5）根据目标函数计算各粒子适应度值；（6）更新各粒子历史最优值以及全局最优值；（7）跳转至步骤3。
对于终止条件，通常可以设置为适应值误差达到预设要求，或迭代次数超过最大允许迭代次数。
基本的连续PSO 算法中，其主要参数，即惯性权值、加速系数、种群规模和迭代次数对算法的性能均有不同程度的影响。
惯性权值ω的取值对PSO 算法的收敛性能至关重要。
在最初的基本粒子群算法中没有惯性权值这一参数。
最初的PSO 算法容易陷入局部最小，于是在其后的研究中引入了惯性权值来改善PSO 算法的局部搜索能力，形成了目前常用的基本PSO算法形式。
取较大的ω值使得粒子能更好地保留速度，从而能更快地搜索解空间，提高算法的收敛速度；但同时由于速度大可能导致算法无法更好地进行局部搜索，容易错过最优解，特别是过大的ω会使得PSO 算法速度过大而无法搜索到全局最优。
取较小的ω值则有利于局部搜索，能够更好地搜索到最优值，但因为粒子速度受其影响相应变小从而无法更快地进行全局搜索，进而影响算法收敛速度；同时过小ω值更是容易导致算法陷入局部极值。
因此，一个合适的ω值能有效兼顾搜索精度和搜索速度、全局搜索和局部搜索，保证算法性能。
加速系数c1 和c2 代表每个粒子向其个体历史最好位置和群体全局历史最好位置的移动加速项的权值。
较低的加速系数值可以使得粒子收敛到其最优解的过程较慢，从而能够更好搜索当前位置与最优解之间的解空间；但过低的加速系数值则可能导致粒子始终徘徊在最优邻域外而无法有效搜索目标区域，从而导致算法性能下降。
较高的加速系数值则可以使得粒子快速集中于目标区域进行搜索，提高算法效率；但过高的加速系数值则有可能导致粒子搜索间隔过大，容易越过目标区域无法有效地找到全局最优解。
因此加速系数对PSO 能否收敛也起重要作用，合适的加速系数有利于算法较快地收敛，同时具有一定的跳出局部最优的能力。
对于速度更新公式(4-1)中，若c1 = c2 = 0，粒子将一直以当前的速度进行惯性飞行，直到到达边界。
此时粒子仅仅依靠惯性移动，不能从自己的搜索经验和其他粒子的搜索经验中吸取有用的信息，因此无法利用群体智能，PSO 算法没有启发性，粒子只能搜索有限的区域，很难找到全局最优解，算法优化性能很差。
若c = 0，则粒子没有认知能力，不能从自己的飞行经验吸取有效信息，只有社会部分，所以c 又称为社会参数；此时收敛速度比基本PSO 快，但由于不能有效利用自身的经验知识，所有的粒子都向当前全局最优集中，因此无法很好地对整个解空间进行搜索，在求解存在多个局部最优的复杂优化问题时比基本PSO 容易陷入局部极值，优化性能也变差。
若c2 = 0，则微粒之间没有社会信息共享，不能从同伴的飞行经验中吸取有效信息，只有认知部分，所以 c 又称为认知参数；此时个体间没有信息互享，一个规模为m 的粒子群等价于m 个1单个粒子的运行，搜索到全局最优解的机率很小。
PSO 算法中，群体规模对算法的优化性能也影响很大。
一般来说，群体规模越大，搜索到全局最优解的可能性也越大，优化性能相对也越好；但同时算法消耗的计算量也越大，计算性能相对下降。
群体规模越小，搜索到全局最优解的可能性就越小，但算法消耗的计算量也越小。
群体规模对算法性能的影响并不是简单的线性关系，当群体规模到达一定程度后，再增加群体规模对算法性能的提升有限，反而增加运算量；但群体规模不能过小，过小的群体规模将无法体现出群智能优化算法的智能性，导致算法性能严重受损。
对于最大允许迭代次数，较大的迭代次数使得算法能够更好地搜索解空间，因此找到全局最优解的可能性也大些；相应地，较小的最大允许迭代次数会减小算法找到全局最优解的可能性。
对于基本连续PSO 来说，由于缺乏有效的跳出局部最优操作，因此粒子一旦陷入局部极值后就难以跳出，位置更新处于停滞状态，此时迭代次数再增多也无法提高优化效果，只会浪费计算资源。
但过小的迭代次数则会导致算法在没有对目标区域实现有效搜索之前就停止更新，将严重影响算法性能。
此外，随机数可以保证粒子群群体的多样性和搜索的随机性。
最大、最小速度可以决定当前位置与最好位置之间区域的分辨率(或精度)。
如果最大速度（或最小速度）的绝对值过大，粒子可能会因为累积的惯性速度太大而越过目标区域，从而无法有效搜索到全局最优解；但如果最大速度（或最小速度）的绝对值过小，则粒子不能迅速向当前全局最优解集中，对其邻域进行有效地搜索，同时还容易陷入局部极值无法跳出。
因此，最大、最小速度的限制主要是防止算法计算溢出、改善搜索效率和提高搜索精度。
基本PSO 算法中只涉及基本的加、减、乘运算操作，编程简单，易于实现，关键参数较少，设定相对简单，所以引起了广泛的关注，目前已有多篇文献对PSO 算法进行综述。
为了进一步提高基本PSO 算法的寻优性能，大量研究工作致力于对基本PSO 算法的改进，主要集中于：（1）对PSO 算法更新公式参数、结构的改进主要是对基本PSO 算法的速度、位置更新公式中的参数、结构进行调节和增加，以进一步提高算法的优化性能，如引入了惯性权值的PSO算法、自适应惯性权值PSO]算法、模糊自适应惯性权值PSO 算法、带收缩因子的PSO 算法、Kalman 粒子群算法、带邻域算子的PSO算法、具有社会模式的簇分析PSO 算法、被动集合PSO算法等等。
（2）多群、多项PSO 算法多群PSO 算法即引入多个群体进行优化搜索；而多相PSO 算法中多群体的各个群体对不同的搜索目标以不同的方式进行搜索。
（3）混合PSO 算法混合PSO 算法的基本思想就是将PSO 算法与其它不同算法相结合，实现优势互补，从而进一步提高PSO 算法的寻优性能，如模拟退火PSO 算法、GA-PSO 混合算法等等。
在工程应用中，目前PSO算法在函数优化、神经网络训练、调度问题、故障诊断、建模分析、电力系统优化设计、模式识别、图象处理、数据挖掘等众多领域中均有相关的研究应用报道，取得了良好的实际应用效果。
4.2离散二进制PSO算法离散二进制优化算法具有很多优势，首先对于纯组合优化问题的表达形式要求优化算法是离散的，其次二进制算法可以表达浮点数，因此也同样适用于连续空间的问题求解。
PSO 算法最初是用来对连续空间问题进行优化的，为了解决离散优化问题Kennedy 和 Eberhart 于 1997 年在基本 PSO 的基础上提出了一种离散二进制 PSO （KBPSO ）算法。
在 KBPSO 算法中，粒子定义为一组由0，1 组成的二进制向量。
KBPSO 保留了原始的连续PSO 的速度公式(4-1)，但速度丧失了原始的物理意义。
在 KBPSO 中，速度值vid 通过预先设计的 S 形限幅转换函数()id Sig v 转换为粒子元素id x 取“1”的概率。
速度值id v 越大，则粒子元素位置id x 取1的可能性越大，反之则越小。