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基于混沌映射和差分进化的改进蜻蜓算法

田博文 朱姿娜 刘瑞 郭中阳

田博文, 朱姿娜, 刘瑞, 郭中阳. 基于混沌映射和差分进化的改进蜻蜓算法[J]. 上海工程技术大学学报, 2024, 38(3): 341-348. doi: 10.12299/jsues.23-0241
引用本文: 田博文, 朱姿娜, 刘瑞, 郭中阳. 基于混沌映射和差分进化的改进蜻蜓算法[J]. 上海工程技术大学学报, 2024, 38(3): 341-348. doi: 10.12299/jsues.23-0241
TIAN Bowen, ZHU Zina, LIU Rui, GUO Zhongyang. Improved dragonfly algorithm based on chaos mapping and differential evolution[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2024, 38(3): 341-348. doi: 10.12299/jsues.23-0241
Citation: TIAN Bowen, ZHU Zina, LIU Rui, GUO Zhongyang. Improved dragonfly algorithm based on chaos mapping and differential evolution[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2024, 38(3): 341-348. doi: 10.12299/jsues.23-0241

基于混沌映射和差分进化的改进蜻蜓算法

doi: 10.12299/jsues.23-0241
基金项目: 上海市大型构件智能制造机器人技术协同创新中心开放基金资助(ZXY20211101)
详细信息
    作者简介:

    田博文(1996 − ),男,硕士生,研究方向为机器人控制。E-mail:1249929264@qq.com

    通讯作者:

    朱姿娜(1987 − ),女,副教授,博士,研究方向为机器人控制。E-mail:zhuzina@126.com

  • 中图分类号: TP301.6

Improved dragonfly algorithm based on chaos mapping and differential evolution

  • 摘要: 针对蜻蜓算法初始种群随机性大、算法权重参数调节困难导致算法收敛精度低,后期种群收缩限制导致算法活力不足、收敛速度慢等问题,提出一种基于混沌映射和差分进化的改进蜻蜓算法。通过Tent混沌映射,使种群初始化分布均匀;改进对齐权重、聚集权重和惯性权重,提高收敛速度和精度;引入差分算法,提高最后时刻收敛速度;最终选取9个测试函数做仿真试验对比。结果表明,相较于基础蜻蜓算法、差分进化蜻蜓算法,基于混沌映射和差分进化改进后的蜻蜓算法收敛速度和精度提升显著,避免陷入局部最优解,能获得稳定可靠的全局最优解。
  • 图  1  改进蜻蜓算法流程图

    Figure  1.  Improved Dragonfly Algorithm Flowchart

    图  2  Logistic 和Tent 混沌序列分布

    Figure  2.  Logistic and Tent chaotic sequence distribution

    图  3  改进前后惯性权重调整过程

    Figure  3.  Inertial weight adjustment process before and after improvement

    图  4  测试函数三维图

    Figure  4.  Test function 3D diagram

    图  5  测试函数收敛曲线

    Figure  5.  Test function convergence curve

    表  1  基准测试函数

    Table  1.   Benchmark function

    测试函数 特点 维度 搜索范围 最优值
    $ F_1^{}(x) = \mathop {\max }\limits_i \left\{ {\left| {{x_i}} \right|{\text{ , }}1 \leqslant i \leqslant 30} \right\}{\text{ }} $ 单峰 30 [−100, 100] 0
    ${F_2} = 1 + \dfrac{1}{{4\;000}}\displaystyle\sum\limits_{i = 1}^D {x_i^2} - \prod\limits_{i = 1}^D {\cos } \left(\dfrac{{{x_i}}}{{\sqrt i }}\right)$ 单峰 30 [−600, 600]
    0
    $ {F_3}\left( x \right) = \displaystyle\sum\limits_{i = 1}^{n - 1} {\left[ {100{{\left( {{x_{i + 1}} - x_i^2} \right)}^2} + {{\left( {{x_i} - 1} \right)}^2}} \right]} $ 单峰 30 [−30, 30] 0
    $ {F_4}(x) = \displaystyle\sum\limits_{i = 1}^n - {x_i}\sin (\sqrt {\mid {x_i}\mid } ) $ 单峰 30 [−500, 500] 5100.400
    $F_5^{}({x_i}) = {\left[ {\dfrac{1}{{500}}{\text{ + }}\displaystyle\sum\limits_{j = 1}^{25} {\dfrac{1}{{j + \displaystyle\sum\limits_{i = 1}^2 {{{({x_i} - {a_{ij}})}^6}} }}} } \right]^{ - 1}}$ 多峰 2 [−65.536, 65.536] 0
    $ {F}_{6}\left(x\right) = {\displaystyle \sum _{i=1}^{n}\mid }{x}_{i}\mid + {\displaystyle \prod _{i=1}^{n}\mid }{x}_{i}\mid $ 多峰 30 [−10, 10] 0
    $ F_7^{ }(x_i)=-20\exp\left(-0.2\sqrt{\dfrac{1}{30}\displaystyle\sum\limits_{i=1}^{30}x_i^2}\right)-\exp\left(\dfrac{1}{30}\displaystyle\sum\limits_{i=1}^{30}\cos2\text{π}x_i\right)+20+\mathrm{e} $ 多峰 30 [−32, 32] 0
    $ F_8^{}({x_i}) = \displaystyle\sum\limits_{i = 1}^{30} {ix_i^4} + {\mathrm{random}}\left[ {0,1} \right){\text{ }} $ 多峰 30 [−1.28, 1.28] 0
    $ {F_9}\left( x \right) = \displaystyle\sum\limits_{i = 1}^n {\left[ {x_i^2 - 10\cos \left( {2{\text{π}} {x_i}} \right) + 10} \right]} $ 多峰 30 [−5.12, 5.12] 15.128
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    表  2  测试函数实验结果对比

    Table  2.   Test function experimental results

    函数 算法 最优值 最差值 平均值 标准差
    DA1.62E − 023.93E + 021.02E + 011.21E + 01
    F1DADE0.09E − 021.12E + 020.31E − 010.43E − 01
    IDA0.02E − 050.32E − 030.07E − 040.13E − 04
    DA6.13E − 073.51E + 015.85E − 047.65E − 04
    F2DADE7.26E − 031.28E − 002.39E − 024.31E − 02
    IDA4.27E − 055.12E + 013.88E − 036.87E − 03
    DA8.41E + 009.53E + 032.04E + 013.78E + 01
    F3DADE2.79E + 007.51E + 021.85E + 012.34E + 01
    IDA3.57E − 022.75E + 015.37E + 006.75E + 00
    DA−1.62E + 02−5.00E + 02−1.32E + 02−1.45E + 02
    F4DADE−2.76E + 03−3.21E + 03−3.15E + 03−2.76E + 03
    IDA−6.36E + 03−3.25E + 03−5.10E + 03−5.35E + 03
    DA2.25E − 044.35E + 011.80E − 022.15E − 02
    F5DADE1.21E − 023.57E + 021.35E + 002.78E + 01
    IDA5.12E − 042.37E + 029.91E − 011.33E + 00
    DA3.89E − 068.95E + 023.41E − 017.03E − 01
    F6DADE4.17E − 087.55E + 026.15E − 022.75E − 01
    IDA2.32E − 115.86E − 011.07E − 045.38E − 04
    DA5.76E − 066.58E + 012.20E − 013.58E − 01
    F7DADE7.88E − 078.33E + 011.51E − 034.15E − 03
    IDA3.27E − 096.77E + 001.11E − 052.76E − 05
    DA6.95E − 077.89E + 021.18E + 003.25E + 00
    F8DADE5.98E − 083.27E + 019.87E − 011.57E − 01
    IDA1.78E − 105.67E − 016.88E − 028.65E − 02
    DA4.31E + 018.65E + 026.92E + 019.14E + 01
    F9DADE3.68E + 015.78E + 036.27E + 018.42E + 01
    IDA1.51E + 016.87E + 022.96E + 016.11E + 01
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-12-01
  • 网络出版日期:  2024-11-14
  • 刊出日期:  2024-09-30

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