Anforderungen  |   Konzepte  |   Entwurf  |   Entwicklung  |   Qualitätssicherung  |   Lebenszyklus  |   Steuerung
 
 
 
 


Quelle  ParticelSwarmOptimization.hxx   Sprache: C

 
/* -*- Mode: C++; tab-width: 4; indent-tabs-mode: nil; c-basic-offset: 4 -*- */
/*
 * This file is part of the LibreOffice project.
 *
 * This Source Code Form is subject to the terms of the Mozilla Public
 * License, v. 2.0. If a copy of the MPL was not distributed with this
 * file, You can obtain one at http://mozilla.org/MPL/2.0/.
 *
 */


#pragma once

#include <vector>
#include <random>
#include <limits>

struct Particle
{
    Particle(size_t nDimensionality)
        : mVelocity(nDimensionality)
        , mPosition(nDimensionality)
        , mCurrentFitness(std::numeric_limits<float>::lowest())
        , mBestPosition(nDimensionality)
        , mBestFitness(std::numeric_limits<float>::lowest())
    {
    }

    std::vector<double> mVelocity;

    std::vector<double> mPosition;
    double mCurrentFitness;

    std::vector<double> mBestPosition;
    double mBestFitness;
};

template <typename DataProvider> class ParticleSwarmOptimizationAlgorithm
{
private:
    // inertia
    static constexpr double constWeight = 0.729;
    // cognitive coefficient
    static constexpr double c1 = 1.49445;
    // social  coefficient
    static constexpr double c2 = 1.49445;

    static constexpr double constAcceptedPrecision = 0.000000001;

    DataProvider& mrDataProvider;

    size_t mnNumOfParticles;

    std::vector<Particle> maSwarm;

    std::random_device maRandomDevice;
    std::mt19937 maGenerator;
    size_t mnDimensionality;

    std::uniform_real_distribution<> maRandom01;

    std::vector<double> maBestPosition;
    double mfBestFitness;
    int mnGeneration;
    int mnLastChange;

public:
    ParticleSwarmOptimizationAlgorithm(DataProvider& rDataProvider, size_t nNumOfParticles)
        : mrDataProvider(rDataProvider)
        , mnNumOfParticles(nNumOfParticles)
        , maGenerator(maRandomDevice())
        , mnDimensionality(mrDataProvider.getDimensionality())
        , maRandom01(0.0, 1.0)
        , maBestPosition(mnDimensionality)
        , mfBestFitness(std::numeric_limits<float>::lowest())
        , mnGeneration(0)
        , mnLastChange(0)
    {
    }

    std::vector<doubleconst& getResult() { return maBestPosition; }

    int getGeneration() { return mnGeneration; }

    int getLastChange() { return mnLastChange; }

    void initialize()
    {
        mnGeneration = 0;
        mnLastChange = 0;
        maSwarm.clear();

        mfBestFitness = std::numeric_limits<float>::lowest();

        maSwarm.reserve(mnNumOfParticles);
        for (size_t i = 0; i < mnNumOfParticles; i++)
        {
            maSwarm.emplace_back(mnDimensionality);
            Particle& rParticle = maSwarm.back();

            mrDataProvider.initializeVariables(rParticle.mPosition, maGenerator);
            mrDataProvider.initializeVariables(rParticle.mVelocity, maGenerator);

            for (size_t k = 0; k < mnDimensionality; k++)
            {
                rParticle.mPosition[k] = mrDataProvider.clampVariable(k, rParticle.mPosition[k]);
            }

            rParticle.mCurrentFitness = mrDataProvider.calculateFitness(rParticle.mPosition);

            for (size_t k = 0; k < mnDimensionality; k++)
            {
                rParticle.mPosition[k] = mrDataProvider.clampVariable(k, rParticle.mPosition[k]);
            }

            rParticle.mBestPosition.insert(rParticle.mBestPosition.begin(),
                                           rParticle.mPosition.begin(), rParticle.mPosition.end());
            rParticle.mBestFitness = rParticle.mCurrentFitness;

            if (rParticle.mCurrentFitness > mfBestFitness)
            {
                mfBestFitness = rParticle.mCurrentFitness;
                maBestPosition.insert(maBestPosition.begin(), rParticle.mPosition.begin(),
                                      rParticle.mPosition.end());
            }
        }
    }

    bool next()
    {
        bool bBestChanged = false;

        for (Particle& rParticle : maSwarm)
        {
            double fRandom1 = maRandom01(maGenerator);
            double fRandom2 = maRandom01(maGenerator);

            for (size_t k = 0; k < mnDimensionality; k++)
            {
                rParticle.mVelocity[k]
                    = (constWeight * rParticle.mVelocity[k])
                      + (c1 * fRandom1 * (rParticle.mBestPosition[k] - rParticle.mPosition[k]))
                      + (c2 * fRandom2 * (maBestPosition[k] - rParticle.mPosition[k]));

                mrDataProvider.clampVariable(k, rParticle.mVelocity[k]);

                rParticle.mPosition[k] += rParticle.mVelocity[k];
                rParticle.mPosition[k] = mrDataProvider.clampVariable(k, rParticle.mPosition[k]);
            }

            rParticle.mCurrentFitness = mrDataProvider.calculateFitness(rParticle.mPosition);

            if (rParticle.mCurrentFitness > rParticle.mBestFitness)
            {
                rParticle.mBestFitness = rParticle.mCurrentFitness;
                rParticle.mBestPosition.insert(rParticle.mBestPosition.begin(),
                                               rParticle.mPosition.begin(),
                                               rParticle.mPosition.end());
            }

            if (rParticle.mCurrentFitness > mfBestFitness)
            {
                if (std::abs(rParticle.mCurrentFitness - mfBestFitness) > constAcceptedPrecision)
                {
                    bBestChanged = true;
                    mnLastChange = mnGeneration;
                }
                maBestPosition.insert(maBestPosition.begin(), rParticle.mPosition.begin(),
                                      rParticle.mPosition.end());
                mfBestFitness = rParticle.mCurrentFitness;
            }
        }
        mnGeneration++;
        return bBestChanged;
    }
};

/* vim:set shiftwidth=4 softtabstop=4 expandtab: */

Messung V0.5
C=93 H=96 G=94

¤ Dauer der Verarbeitung: 0.1 Sekunden  (vorverarbeitet)  ¤

*© Formatika GbR, Deutschland






Wurzel

Suchen

Beweissystem der NASA

Beweissystem Isabelle

NIST Cobol Testsuite

Cephes Mathematical Library

Wiener Entwicklungsmethode

Haftungshinweis

Die Informationen auf dieser Webseite wurden nach bestem Wissen sorgfältig zusammengestellt. Es wird jedoch weder Vollständigkeit, noch Richtigkeit, noch Qualität der bereit gestellten Informationen zugesichert.

Bemerkung:

Die farbliche Syntaxdarstellung und die Messung sind noch experimentell.






                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     


Neuigkeiten

     Aktuelles
     Motto des Tages

Software

     Produkte
     Quellcodebibliothek

Aktivitäten

     Artikel über Sicherheit
     Anleitung zur Aktivierung von SSL

Muße

     Gedichte
     Musik
     Bilder

Jenseits des Üblichen ....
    

Besucherstatistik

Besucherstatistik

Monitoring

Montastic status badge