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麻雀算法SSA,优化VMD,适应度函数为最小包络熵,包含MATLAB源代码,直接复制粘贴!

25 人参与  2023年03月22日 08:01  分类 : 《随便一记》  评论

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首先声明,本篇文章直接包含所有matlab源代码,直接复制粘贴即可运行,全部都是源代码,可以自己更改的源代码!(不是.p文件!!!,浅浅痛斥一下很多文章为了盈利,还给程序加密!谴责!!)都是学生时代走过来的, 大家直接来我这里复制就行了,哪里不懂直接评论区留言,我会一一解答!

好了,废话到此为止!接下来讲正文!

同样以西储大学数据集为例,选用105.mat中的X105_BA_time.mat数据。

首先进行VMD分解,采用麻雀优化算法(SSA)对VMD的两个关键参数(惩罚因子α和模态分解数K)进行优化,以最小包络熵为适应度值。其他智能优化算法同样适用,关键要学会最小包络熵代码的编写,网上的五花八门,这篇文章会对最小包络熵代码进行详细注释。

先上结果图:

实验过程中,会实时显示每次寻优后的最小包络熵值和VMD对应的两个最佳参数。本次寻优共100次(自己可以随意更改寻优次数)。

可以看到寻优100次后,最小包络熵为7.4036,对应两个vmd的最佳参数为122,8,其中惩罚因子为122,模态分解数为8。

 收敛曲线如下所示:

上代码!直接复制粘贴就行!一个脚本,三个函数!

首先是主函数脚本,其中 惩罚因子α的范围是[100-2500],模态分解数K的范围是[3-10]

clear all clcaddpath(genpath(pwd))CostFunction=@(x) Cost(x);        % 适应度函数的调用,包络熵值,详情请看Cost%设置SSA算法的参数Params.nVar=2;                           % 优化变量数目Params.VarSize=[1 Params.nVar];          % Size of Decision Variables MatrixParams.VarMin=[100 3];      % 下限值,分别是a,kParams.VarMax=[2500 10];        % 上限值Params.MaxIter=100;       % 最大迭代数目Params.nPop=10;        % 种群规模[particle3, GlobalBest3,SD,GlobalWorst3,Predator,Joiner] =  Initialization(Params,CostFunction,'SSA');  %初始化SSA参数disp(['***采用SSA算法开始寻优***'])[GlobalBest,SSA_curve] =  SSA(particle3,GlobalBest3,GlobalWorst3,SD,Predator,Joiner,Params,CostFunction);  %采用SSA参数优化VMD的两个参数fMin = GlobalBest.Cost;bestX = GlobalBest.Position;%画适应度函数图figureplot(1:Params.MaxIter,SSA_curve,'Color','r')title('Objective space')xlabel('Iteration');set(gca,'xtick',0:10:Params.MaxIter);ylabel('Best score obtained so far');legend('SSA优化VMD')display(['The best solution obtained by SSA is : ', num2str(round(bestX))]);  %输出最佳位置display(['The best optimal value of the objective funciton found by SSA is : ', num2str(fMin)]);  %输出最佳适应度值

 然后是SSA的初始化脚本函数(Initialization.m),用于对SSA的粒子进行初始化的

function [particle, GlobalBest,varargout] =  Initialization(Params,CostFunction,name)nPop = Params.nPop;VarMin = Params.VarMin;VarMax = Params.VarMax;VarSize = Params.VarSize;%% Initializationswitch name          % 麻雀个体        case 'SSA'                % 捕食者个体占比        PredatorRate = 0.5;        % 警觉者占比        SDRate = 0.3;        empty_particle.Position=[];        empty_particle.Cost=[];        % 捕食者和加入者        PredatorNumber = floor(nPop * PredatorRate);        particle=repmat(empty_particle,nPop ,1);        % 警觉者        SDNumber = floor(nPop * SDRate);        SD = repmat(empty_particle,SDNumber,1);        GlobalBest.Cost=inf;        GlobalWorst.Cost = -inf;        % 初始化        disp(['***初始化***'])        for i = 1:nPop            particle(i).Position = unifrnd(VarMin,VarMax,VarSize);            particle(i).Cost = CostFunction(particle(i).Position);            if GlobalBest.Cost > particle(i).Cost                GlobalBest = particle(i);            end            if GlobalWorst.Cost < particle(i).Cost                GlobalWorst = particle(i);            end        end        % 警觉者初始化        for i = 1:SDNumber            SD(i).Position = unifrnd(VarMin,VarMax,VarSize);            SD(i).Cost = CostFunction(SD(i).Position);           end        % 挑选捕食者和加入者        [~,index] = sort([particle.Cost]);        Predator = particle(index(1:PredatorNumber));        Joiner = particle(index(PredatorNumber+1:end));        format long;        disp(['初始化后的最小包络熵为:',num2str(GlobalBest.Cost),',初始化后的最佳参数为:[',num2str(round(GlobalBest.Position)),']'])        end     %%  输出switch name    case 'SSA'        varargout{1} = SD;        varargout{2} = GlobalWorst;        varargout{3} = Predator;        varargout{4} = Joiner;    otherwise       % varargout{1:4} = []; endend

 接下来是SSA的脚本函数(SSA.m),也是麻雀算法的主体

function [ GlobalBest,BestCost] =SSA (particle,GlobalBest,GlobalWorst,SD,Predator,Joiner,Params,CostFunction)MaxIter = Params.MaxIter;nPop = Params.nPop;VarMin = Params.VarMin;VarMax = Params.VarMax;VarSize = Params.VarSize;nVar=2;%size(VarSize,2);BestCost = zeros(1,MaxIter);%% Main loopfor i = 1:MaxIter    for j = 1:length(Predator)        alarm =  randn ;        ST = randn;        if alarm < ST            Predator(j).Position = Predator(j).Position .* exp( -j /MaxIter);        else            Predator(j).Position = Predator(j).Position + randn * ones(VarSize);        end        Predator(j).Position = max(VarMin,Predator(j).Position);        Predator(j).Position = min(VarMax,Predator(j).Position);        Predator(j).Cost = CostFunction(Predator(j).Position);          end      [~,idx] = min([Predator.Cost]);      BestPredator = Predator(idx);    % 加入者更新    for j = 1: nPop - length(Predator)        if j + length(Predator)> nPop/2            Joiner(j).Position =  randn .* exp( (GlobalWorst.Position - Joiner(j).Position) / j^2);                    else            A = randi([0,1],1,nVar);            A(~A) = -1;            Ahat = A' / (A * A');                Joiner(j).Position = BestPredator.Position + abs(Joiner(j).Position - BestPredator.Position) * Ahat * ones(VarSize);          end        Joiner(j).Position = max(VarMin,Joiner(j).Position);        Joiner(j).Position = min(VarMax,Joiner(j).Position);        Joiner(j).Cost = CostFunction(Joiner(j).Position);    end        % 警觉者更新    for j = 1:length(SD)        if SD(j).Cost > GlobalBest.Cost            SD(j).Position = GlobalBest.Position + randn * abs( SD(j).Position - GlobalBest.Position);                elseif SD(j).Cost == GlobalBest.Cost            SD(j).Position = SD(j).Position + (rand*2-1) * (abs( SD(j).Position - GlobalWorst.Position)./ ((SD(j).Cost - GlobalWorst.Cost) + 0.001));        end        SD(j).Position = max(VarMin,SD(j).Position);        SD(j).Position = min(VarMax,SD(j).Position);        SD(j).Cost = CostFunction(SD(j).Position);    end          % 更新particle = [Predator;Joiner;SD];for m = 1:length(particle)    if GlobalBest.Cost > particle(m).Cost        GlobalBest = particle(m);    end    if GlobalWorst.Cost < particle(m).Cost        GlobalWorst = particle(m);    endend BestCost(i) = GlobalBest.Cost; disp(['第',num2str(i),'次寻优的最小包络熵为:',num2str(BestCost(i)),',对应最佳参数为:[',num2str(round(GlobalBest.Position)),']'])   endend

最后是适应度函数!(Cost.m),最小包络熵的编写就在此函数中。

function ff = Cost(c)load 105.matX = X105_BA_time(1:2000); %加载西储大学数据的前2000个点alpha = round(c(1));       % moderate bandwidth constraint:适度的带宽约束/惩罚因子tau = 0;          % noise-tolerance (no strict fidelity enforcement):噪声容限(没有严格的保真度执行)K = round(c(2));              % modes:分解的模态数DC = 0;             % no DC part imposed:无直流部分init = 1;           % initialize omegas uniformly  :omegas的均匀初始化tol = 1e-7;     %--------------- Run actual VMD code:数据进行vmd分解---------------------------[u, u_hat, omega] = VMD(X, alpha, tau, K, DC, init, tol);for i = 1:Kxx= abs(hilbert(u(i,:))); %首先对分解得到的IMF分量进行希尔伯特变换,并求取幅值xxx = xx/sum(xx); %    ssum=0;    for ii = 1:size(xxx,2)bb = xxx(1,ii)*log(xxx(1,ii));  %最小包络熵的计算公式        ssum=ssum+bb;  %求和运算    end    fitness(i,:) = -ssum;   %记着加负号! 也是公式的一部分endff = min(fitness);end

其中VMD.m本篇文章就不再赘述,需要的小伙伴可以在我的这篇文章中直接粘贴vmd.m程序。(5条消息) VMD分解,matlab代码,包络线,包络谱,中心频率,峭度值,能量熵,近似熵,包络熵,希尔伯特变换,包含所有程序MATLAB代码,-西储大学数据集为例_今天吃饺子的博客-CSDN博客

最后祝愿各位小伙伴,所有代码永不出错! 

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