智能優化算法及MATLAB實現
賈鶴鳴、吳迪、宋美佳、賴宇陽
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商品描述
智能優化算法作為人工智能的重要研究方向之一，為許多領域中復雜的系統優化問題提供了更好的 解決方法，因此得到了廣泛的應用。《智能優化算法及 MATLAB 實現》按照智能優化算法、測試函數集及常用模擬實驗等邏輯脈絡由 淺至深地進行講解，便於讀者入門並掌握智能優化算法及其 MATLAB 實現的相關知識，為後續學習打 下良好基礎。全書共 16 章，第 1 至 13 章分別介紹了 13 種智能優化算法的基本原理、流程圖、MATLAB 實現和應用案例；第 14 章介紹了 4 套常見的標準測試函數及其 MATLAB 實現；第 15 章介紹了 6 個典 型的工程設計問題及其 MATLAB 實現；第 16 章介紹了統計校驗指標及代碼。 《智能優化算法及 MATLAB 實現》既可作為人工智能、電腦科學與技術、電子信息、控制科學與工程等相關專業本科生和研究 生的教材，也可作為從事智能優化算法研究與應用的科研人員或技術人員的參考用書。
目錄大綱
目 錄
Contents
第 1 章 粒子群優化算法原理及其 MATLAB 實現............................................................ 1
1.1 粒子群優化算法的基本原理 ........................................................................................ 1
1.1.1 初始化階段 ........................................................................................................ 1
1.1.2 位置和速度的更新 ............................................................................................ 1
1.2 算法流程圖 .................................................................................................................... 2
1.3 粒子群優化算法的 MATLAB 實現 .............................................................................. 3
1.4 粒子群優化算法的應用案例 ........................................................................................ 5
1.4.1 求解單峰函數極值問題 .................................................................................... 5
1.4.2 求解多峰函數極值問題 .................................................................................... 7
1.4.3 拉力/壓力彈簧設計問題 ................................................................................... 9
參考文獻 ............................................................................................................................... 12
第 2 章 哈裡斯鷹優化算法原理及其 MATLAB 實現 ...................................................... 14
2.1 哈裡斯鷹優化算法的基本原理 .................................................................................. 14
2.1.1 探索階段 .......................................................................................................... 14
2.1.2 探索到開發的轉換 .......................................................................................... 15
2.1.3 開發階段 .......................................................................................................... 15
2.2 算法流程圖 .................................................................................................................. 16
2.3 哈裡斯鷹優化算法的 MATLAB 實現 ........................................................................ 17
2.4 哈裡斯鷹優化算法的應用案例 .................................................................................. 20
2.4.1 求解單峰函數極值問題 .................................................................................. 20
2.4.2 求解多峰函數極值問題 .................................................................................. 23
2.4.3 拉力/壓力彈簧設計問題 ................................................................................. 25
參考文獻 ............................................................................................................................... 28
第 3 章 沙丘貓群優化算法原理及其 MATLAB 實現 ...................................................... 30
3.1 沙丘貓群優化算法的基本原理 .................................................................................. 30
3.1.1 初始化階段 ...................................................................................................... 30
3.1.2 搜索獵物（探索階段） .................................................................................. 30
3.1.3 攻擊獵物（開發階段） .................................................................................. 31
3.1.4 探索和開發 ...................................................................................................... 31
·IV·
智能優化算法及 MATLAB 實現
3.2 算法流程圖 .................................................................................................................. 32
3.3 沙丘貓群優化算法的 MATLAB 實現 ........................................................................ 33
3.4 沙丘貓群優化算法的應用案例 .................................................................................. 35
3.4.1 求解單峰函數極值問題 .................................................................................. 35
3.4.2 求解多峰函數極值問題 .................................................................................. 37
3.4.3 拉力/壓力彈簧設計問題 ................................................................................. 39
參考文獻 ............................................................................................................................... 42
第 4 章 鯨魚優化算法原理及其 MATLAB 實現 ............................................................. 44
4.1 鯨魚優化算法的基本原理 .......................................................................................... 44
4.1.1 包圍獵物 .......................................................................................................... 44
4.1.2 氣泡網攻擊（開發階段） .............................................................................. 45
4.1.3 搜索獵物（探索階段） .................................................................................. 45
4.2 算法流程圖 .................................................................................................................. 45
4.3 鯨魚優化算法的 MATLAB 實現 ................................................................................ 46
4.4 鯨魚優化算法的應用案例 .......................................................................................... 48
4.4.1 求解單峰函數極值問題 .................................................................................. 48
4.4.2 求解多峰函數極值問題 .................................................................................. 51
4.4.3 拉力/壓力彈簧設計問題 ................................................................................. 53
參考文獻 ............................................................................................................................... 56
第 5 章 大猩猩部隊優化算法原理及其 MATLAB 實現 .................................................. 57
5.1 大猩猩部隊優化算法的基本原理 .............................................................................. 57
5.1.1 初始化階段 ...................................................................................................... 57
5.1.2 探索階段 .......................................................................................................... 57
5.1.3 開發階段 .......................................................................................................... 58
5.2 算法流程圖 .................................................................................................................. 59
5.3 大猩猩部隊優化算法的 MATLAB 實現 .................................................................... 60
5.4 大猩猩部隊優化算法的應用案例 .............................................................................. 63
5.4.1 求解單峰函數極值問題 .................................................................................. 63
5.4.2 求解多峰函數極值問題 .................................................................................. 65
5.4.3 拉力/壓力彈簧設計問題 ................................................................................. 67
參考文獻 ............................................................................................................................... 70
第 6 章 教與學優化算法原理及其 MATLAB 實現.......................................................... 72
6.1 教與學優化算法的基本原理 ...................................................................................... 72
6.1.1 初始化階段 ...................................................................................................... 72
6.1.2 教師階段 .......................................................................................................... 72
6.1.3 學習階段 .......................................................................................................... 72
6.2 算法流程圖 .................................................................................................................. 73
·V·
目 錄
6.3 教與學優化算法的 MATLAB 實現 ............................................................................ 74
6.4 教與學優化算法的應用案例 ...................................................................................... 76
6.4.1 求解單峰函數極值問題 .................................................................................. 76
6.4.2 求解多峰函數極值問題 .................................................................................. 79
6.4.3 拉力/壓力彈簧設計問題 ................................................................................. 81
參考文獻 ............................................................................................................................... 84
第 7 章 ?魚優化算法原理及其 MATLAB 實現 ............................................................. 85
7.1 魚優化算法的基本原理 .......................................................................................... 85
7.1.1 探索階段 .......................................................................................................... 85
7.1.2 開發階段 .......................................................................................................... 85
7.2 算法流程圖 .................................................................................................................. 86
7.3 魚優化算法的 MATLAB 實現 ................................................................................ 87
7.4 魚優化算法的應用案例 .......................................................................................... 89
7.4.1 求解單峰函數極值問題 .................................................................................. 89
7.4.2 求解多峰函數極值問題 .................................................................................. 92
7.4.3 拉力/壓力彈簧設計問題 ................................................................................. 94
參考文獻 ............................................................................................................................... 97
第 8 章 灰狼優化算法原理及其 MATLAB 實現 ............................................................. 98
8.1 灰狼優化算法的基本原理 .......................................................................................... 98
8.1.1 社會等級制度 .................................................................................................. 98
8.1.2 包圍獵物 .......................................................................................................... 98
8.1.3 狩獵攻擊 .......................................................................................................... 99
8.2 算法流程圖 .................................................................................................................. 99
8.3 灰狼優化算法的 MATLAB 實現 .............................................................................. 100
8.4 灰狼優化算法的應用案例 ........................................................................................ 102
8.4.1 求解單峰函數極值問題 ................................................................................ 102
8.4.2 求解多峰函數極值問題 ................................................................................ 105
8.4.3 拉力/壓力彈簧設計問題 ............................................................................... 107
參考文獻 ............................................................................................................................. 110
第 9 章 堆優化算法原理及其 MATLAB 實現 ................................................................ 111
9.1 堆優化算法的基本原理 ............................................................................................ 111
9.1.1 公司等級制度 ................................................................................................ 111
9.1.2 下屬與直接領導交互的數學模型 ................................................................ 111
9.1.3 同事之間互動的數學模型 ............................................................................ 112
9.1.4 員工自我貢獻的數學模型 ............................................................................ 112
9.1.5 聯合公式 ........................................................................................................ 112
9.2 算法流程圖 ................................................................................................................ 113
·VI·
智能優化算法及 MATLAB 實現
9.3 堆優化算法的 MATLAB 實現 .................................................................................. 114
9.4 堆優化算法的應用案例 ............................................................................................ 118
9.4.1 求解單峰函數極值問題 ................................................................................ 118
9.4.2 求解多峰函數極值問題 ................................................................................ 120
9.4.3 拉力/壓力彈簧設計問題 ............................................................................... 122
參考文獻 ............................................................................................................................. 125
第 10 章 黏菌算法原理及其 MATLAB 實現 ................................................................ 127
10.1 黏菌算法的基本原理 .............................................................................................. 127
10.1.1 接近食物階段 .............................................................................................. 127
10.1.2 包圍食物階段 .............................................................................................. 128
10.1.3 抓取食物階段 .............................................................................................. 128
10.2 算法流程圖 .............................................................................................................. 128
10.3 黏菌算法的 MATLAB 實現 .................................................................................... 129
10.4 黏菌算法的應用案例 .............................................................................................. 131
10.4.1 求解單峰函數極值問題 .............................................................................. 131
10.4.2 求解多峰函數極值問題 .............................................................................. 134
10.4.3 拉力/壓力彈簧設計問題 ............................................................................. 136
參考文獻 ............................................................................................................................. 139
第 11 章 算術優化算法原理及其 MATLAB 實現 ......................................................... 140
11.1 算術優化算法的基本原理 ...................................................................................... 140
11.1.1 初始化階段 .................................................................................................. 140
11.1.2 探索階段 ...................................................................................................... 140
11.1.3 開發階段 ...................................................................................................... 141
11.2 算法流程圖 .............................................................................................................. 141
11.3 算術優化算法的 MATLAB 實現 ............................................................................ 142
11.4 算術優化算法的應用案例 ...................................................................................... 144
11.4.1 求解單峰函數極值問題 .............................................................................. 144
11.4.2 求解多峰函數極值問題 .............................................................................. 147
11.4.3 拉力/壓力彈簧設計問題 ............................................................................. 149
參考文獻 ............................................................................................................................. 152
第 12 章 飛蛾撲火優化算法原理及其 MATLAB 實現 .................................................. 153
12.1 飛蛾撲火優化算法的基本原理 .............................................................................. 153
12.1.1 初始化階段 .................................................................................................. 153
12.1.2 位置更新階段 .............................................................................................. 154
12.2 算法流程圖 .............................................................................................................. 154
12.3 飛蛾撲火優化算法的 MATLAB 實現 .................................................................... 155
12.4 飛蛾撲火優化算法的應用案例 .............................................................................. 158
·VII·
目 錄
12.4.1 求解單峰函數極值問題 .............................................................................. 158
12.4.2 求解多峰函數極值問題 .............................................................................. 160
12.4.3 拉力/壓力彈簧設計問題 ............................................................................. 162
參考文獻 ............................................................................................................................. 165
第 13 章 小龍蝦優化算法原理及其 MATLAB 實現 ...................................................... 166
13.1 小龍蝦優化算法的基本原理 .................................................................................. 166
13.1.1 初始化階段 .................................................................................................. 166
13.1.2 定義溫度和小龍蝦的攝食量 ...................................................................... 167
13.1.3 避暑階段（探索階段） .............................................................................. 167
13.1.4 競爭階段（開發階段） .............................................................................. 168
13.1.5 覓食階段（開發階段） .............................................................................. 168
13.2 算法流程圖 .............................................................................................................. 169
13.3 小龍蝦優化算法的 MATLAB 實現 ........................................................................ 170
13.4 小龍蝦優化算法的應用案例 .................................................................................. 173
13.4.1 求解單峰函數極值問題 .............................................................................. 173
13.4.2 求解多峰函數極值問題 .............................................................................. 175
13.4.3 拉力/壓力彈簧設計問題 ............................................................................. 177
參考文獻 ............................................................................................................................. 180
第 14 章 標準測試函數 .............................................................................................. 181
14.1 23 個標準測試函數 ................................................................................................. 181
14.1.1 23 個標準測試函數的圖像及代碼 ............................................................. 184
14.1.2 23 個標準測試函數的收斂曲線 ................................................................. 211
14.2 CEC 2014 測試集 .................................................................................................... 215
14.2.1 CEC 2014 測試集的一些定義 .................................................................... 221
14.2.2 CEC 2014 測試集的圖像及代碼 ................................................................ 228
14.2.3 CEC 2014 測試集的收斂曲線 .................................................................... 265
14.3 CEC 2017 測試集 .................................................................................................... 269
14.3.1 CEC 2017 測試集的一些定義 .................................................................... 276
14.3.2 CEC 2017 測試集的圖像及代碼 ................................................................ 284
14.3.3 CEC 2017 測試集的收斂曲線 .................................................................... 320
14.4 CEC 2020 測試集 .................................................................................................... 325
14.4.1 CEC 2020 測試集的一些定義 .................................................................... 329
14.4.2 CEC 2020 測試集的圖像及代碼 ................................................................ 335
14.4.3 CEC 2020 測試集的收斂曲線 .................................................................... 348
第 15 章 工程設計問題 .............................................................................................. 351
15.1 焊接梁設計問題 ...................................................................................................... 351
15.2 多片式離合器制動器設計問題 .............................................................................. 353
·VIII·
智能優化算法及 MATLAB 實現
15.3 減速器設計問題 ...................................................................................................... 356
15.4 汽車防碰撞設計問題 .............................................................................................. 359
15.5 三桿桁架設計問題 .................................................................................................. 361
15.6 壓力容器設計問題 .................................................................................................. 363
第 16 章 統計校驗指標及代碼 .................................................................................... 366
16.1 統計數據分析 .......................................................................................................... 366
16.2 探索與開發 .............................................................................................................. 367
16.3 箱形圖 ...................................................................................................................... 371
16.4 Wilcoxon 秩和檢驗 ................................................................................................. 372
16.5 Friedman 檢測 .......................................................................................................... 373
