MATLAB实现果蝇算法优化BP神经网络(FOA-BP)预测数值

果蝇算法（Fruit Fly Optimization Algorithm, FFOA）是一种启发式优化算法，受果蝇觅食行为的启发。将其应用于优化BP神经网络，主要是为了寻找BP神经网络中的最佳权重和偏置值。以下是一个基本的流程：

1. 初始化：

   • 设定果蝇算法的参数，如种群大小（果蝇数量）、迭代次数、搜索空间的范围等。
   • 初始化果蝇群体的位置，这些位置将代表BP神经网络中的权重和偏置的初始值。

2. 果蝇算法迭代：

   • 对于每一只果蝇，进行以下操作：
     • 根据某种策略（如随机或基于历史信息）更新果蝇的位置，即更新BP神经网络的权重和偏置值。
     • 使用更新后的权重和偏置值来构建BP神经网络。
     • 使用训练数据集训练这个网络，并记录其在验证数据集上的性能（如准确率、误差等）。
   • 根据果蝇算法的评价函数（可以是验证数据集上的性能指标）来评估每只果蝇的适应度。
   • 选择适应度高的果蝇进行繁殖，生成新的果蝇种群。这可以通过选择、交叉和变异等操作来实现。

3. 终止条件判断：

   • 如果达到预设的迭代次数或满足其他停止条件（如连续多次迭代性能无显著提升），则停止迭代。
   • 否则，返回步骤2继续迭代。

4. 输出最终结果：

   • 选择在验证数据集上性能最好的BP神经网络作为最终结果。
   • 使用测试数据集评估这个网络的性能，并输出评估结果。

 完整代码见: https://download.csdn.net/download/corn1949/89238870

MATLAB部分主程序如下:

% 果蝇算法优化BP
clc;close all;clear all;warning off;%清除变量
rand('seed', 100);
randn('seed', 100);
format long g;
addpath(genpath('mytoolbox'));
 
global inputnumber hiddenumber outputnumber input_train output_train input_test P1 P2 T1 T2 inputps outputps indexM N;
format long g;
m=200;
X=rand(m,3);
y=sum(X,2)+5+rand(m,1);
Outputdata=y';
Inputdata=X';
snumber=size(Outputdata,2);
 
% index200=1:snumber;%顺序样本
index200=randperm(snumber);%随机样本
numberTest=50;%用于测试的样本个数
 
 
indextrain=index200(1:end-numberTest);
indextest=index200(end-numberTest+1:end);
% 定义训练集
P1=Inputdata(:,indextrain);
T1=Outputdata(:,indextrain);
% 定义测试集
P2=Inputdata(:,indextest);
T2=Outputdata(:,indextest);
%设置训练集和测试集
 
%% (2)训练数据归一化
[input_train,inputps]=mapminmax(P1);
[output_train,outputps]=mapminmax(T1);
%测试数据归一化
input_test=mapminmax('apply',P2,inputps);
output_test=mapminmax('apply',T2,outputps);
 
 
[k11,k12]=size(input_train);%计算维数
inputnumber=k11;%输入维数
hiddenumber=8;%隐含神经元数
outputnumber=size(output_train,1);%输出维数;%输出维数
S=[hiddenumber*inputnumber,outputnumber*hiddenumber,hiddenumber*1,outputnumber*1];
indexM=S2indexMfun(S);
N=sum(S);% 编码长度
 
tic;
[x0,ybptest]=mybpfun();
bptime=toc;
 
 
%设置果蝇算法参数
maxgen=100; %迭代次数
popsize=50; %种群规模
 
lb=-3*ones(1,N);
ub=3*ones(1,N);
 
p0=x0;% 随机果蝇群位置
vlb=-(ub-lb)/20;% 果蝇群体散布范围下限
vub=(ub-lb)/20;% 果蝇群体散布范围上限
foamat=genfoafun(popsize,N,p0,lb,ub,vlb,vub);% 初始化果蝇群
Value = decodingfun(foamat,popsize);%解码染色体;% 果蝇群解码
%找出此果蝇群体中味道浓度最高的果蝇
[bestSmell,bestindex]=min(Value);
%保留最佳味道浓度值与x,y坐标，此时果蝇群体利用视觉往该位置飞去
bestfoamat=foamat(bestindex,:);
Smellbest=bestSmell;
 
%果蝇迭代寻优开始
tracemat=zeros(maxgen,2);
tic;
wait_hand = waitbar(0,'running...', 'tag', 'TMWWaitbar');
for gen=1:maxgen
    %附与果蝇个体利用嗅觉搜寻食物之随机方向与距离
    foamat=genfoafun(popsize,N,bestfoamat,lb,ub,vlb,vub);% 初始化果蝇群
    Value = decodingfun(foamat,popsize);% 果蝇群解码
    
    %找出此果蝇群体中味道浓度最高的果蝇（求极大值）
    [bestSmell,bestindex]=min(Value);
    
    %判断味道浓度是否优于前一迭代味道浓度，若是则保留最佳味道浓度值与x,y坐标，此时果蝇群体利用视觉往该位置飞去
    %% 计算最优
    [v1,indexmin]=min(Value);
    tracemat(gen,2)=mean(Value);
    %% 记录最优
    if gen==1
        bestfoamat=foamat(indexmin,:);
        bestvalue=v1;
    end
    if bestvalue>v1
        bestvalue=v1;
        bestfoamat=foamat(indexmin,:);
    end
    
    tracemat(gen,1)=bestvalue;% 保留最优
    waitbar(gen/maxgen,wait_hand);
end
delete(wait_hand);
foabptime=toc;
 
 
 
 

程序结果如下:

果蝇算法优化得到的最优目标函数值

bestvalue =

         0.132766053966035

果蝇算法优化得到的最优染色体

bestfoamat =

  1 至 6 列

          2.41906303571828          1.96871285079055          2.61149930019226           1.0987716283701          0.50651831657148          2.30022179464217

  7 至 12 列

          2.40939262295353         -2.15817219641748         -0.81596335313324          1.17787006833961          -1.0479477211566          1.92074952368336

  13 至 18 列

          -2.2627904810513          1.57156783691099           2.5837850176607         -1.50132352268534         0.392281233412555         -1.04567877515283

  19 至 24 列

         0.482163776536098         -1.06816891420559          1.60328577153001          1.26601018747221        -0.465348459480349         -1.11395016558292

  25 至 30 列

         0.637461335369384         -0.21950071447636        -0.281880338455025       -0.0237056040107121        -0.231490532076062         0.425958967900226

  31 至 36 列

        -0.576084198240168        -0.878239222480313         -2.06194275761603         -2.52010426430077         -1.82918650080529        -0.532035550214701

  37 至 41 列

         0.617972713082428         0.452208468660384          2.09101141725358         -2.93656000664297        -0.295414914627872

foabp运行时间(s)

foabptime =

                 4.1001338

bp运行时间(s)

bptime =

                 5.2011365

>>

完整代码见: https://download.csdn.net/download/corn1949/89238870