如何理解基于改進(jìn)蟻群算法的機(jī)器人路徑規(guī)劃的matlab編程

ID:452999 · 發(fā)表于 2020-3-27 13:56

請問吧友能不能幫我講解一下這個程序的步驟，有些地方看不懂，或者有相關(guān)程序的話，我想對比著參考理解

源程序如下:

G= [0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0
0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0
0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0
0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0];
MM=size(G,1); % G 地形圖為01矩陣，如果為1表示障礙物
Tau=ones(MM*MM,MM*MM); % Tau 初始信息素矩陣
Tau=8.*Tau;
K=100; %迭代次數(shù)（指螞蟻出動多少波）
M=50; %螞蟻個數(shù)
S=1; %最短路徑的起始點(diǎn)
E=MM*MM; %最短路徑的目的點(diǎn)
Alpha=1; % Alpha 表征信息素重要程度的參數(shù)
Beta=7; % Beta 表征啟發(fā)式因子重要程度的參數(shù)
Rho=0.3 ; % Rho 信息素蒸發(fā)系數(shù)
Q=1; % Q 信息素增加強(qiáng)度系數(shù)
minkl=inf;
mink=0;
minl=0;
D=G2D(G);
N=size(D,1); %N表示問題的規(guī)模（象素個數(shù)）
a=1; %小方格象素的邊長
Ex=a*(mod(E,MM)-0.5); %終止點(diǎn)橫坐標(biāo)
if Ex==-0.5
Ex=MM-0.5;
end
Ey=a*(MM+0.5-ceil(E/MM)); %終止點(diǎn)縱坐標(biāo)
Eta=zeros(N); %啟發(fā)式信息，取為至目標(biāo)點(diǎn)的直線距離的倒數(shù)
%以下啟發(fā)式信息矩陣
for i=1:N
ix=a*(mod(i,MM)-0.5);
if ix==-0.5
ix=MM-0.5;
end
iy=a*(MM+0.5-ceil(i/MM));
if i~=E
Eta(i)=1/((ix-Ex)^2+(iy-Ey)^2)^0.5;
else
Eta(i)=100;
end
end
ROUTES=cell(K,M); %用細(xì)胞結(jié)構(gòu)存儲每一代的每一只螞蟻的爬行路線
PL=zeros(K,M); %用矩陣存儲每一代的每一只螞蟻的爬行路線長度
%啟動K輪螞蟻覓食活動，每輪派出M只螞蟻
for k=1:K
for m=1:M
%狀態(tài)初始化
W=S; %當(dāng)前節(jié)點(diǎn)初始化為起始點(diǎn)
Path=S; %爬行路線初始化
PLkm=0; %爬行路線長度初始化
TABUkm=ones(N); %禁忌表初始化
TABUkm(S)=0; %已經(jīng)在初始點(diǎn)了，因此要排除
DD=D; %鄰接矩陣初始化
%下一步可以前往的節(jié)點(diǎn)
DW=DD(W,:);
DW1=find(DW);
for j=1:length(DW1)
if TABUkm(DW1(j))==0
DW(DW1(j))=0;
end
end
LJD=find(DW);
Len_LJD=length(LJD);%可選節(jié)點(diǎn)的個數(shù)
%螞蟻未遇到食物或者陷入死胡同或者覓食停止
while W~=E&&Len_LJD>=1
%轉(zhuǎn)輪賭法選擇下一步怎么走
PP=zeros(Len_LJD);
for i=1:Len_LJD
PP(i)=(Tau(W,LJD(i))^Alpha)*((Eta(LJD(i)))^Beta);
end
sumpp=sum(PP);
PP=PP/sumpp;%建立概率分布
Pcum(1)=PP(1);
for i=2:Len_LJD
Pcum(i)=Pcum(i-1)+PP(i);
end
Select=find(Pcum>=rand);
to_visit=LJD(Select(1));
%狀態(tài)更新和記錄
Path=[Path,to_visit]; %路徑增加
PLkm=PLkm+DD(W,to_visit); %路徑長度增加
W=to_visit; %螞蟻移到下一個節(jié)點(diǎn)
for kk=1:N
if TABUkm(kk)==0
DD(W,kk)=0;
DD(kk,W)=0;
end
end
TABUkm(W)=0; %已訪問過的節(jié)點(diǎn)從禁忌表中刪除
DW=DD(W,:);
DW1=find(DW);
for j=1:length(DW1)
if TABUkm(DW1(j))==0
DW(j)=0;
end
end
LJD=find(DW);
Len_LJD=length(LJD);%可選節(jié)點(diǎn)的個數(shù)
end
%記下每一代每一只螞蟻的覓食路線和路線長度
ROUTES{k,m}=Path;
if Path(end)==E
PL(k,m)=PLkm;
if PLkm<minkl
mink=k;minl=m;minkl=PLkm;
end
else
PL(k,m)=0;
end
end
%更新信息素
Delta_Tau=zeros(N,N);%更新量初始化
for m=1:M
if PL(k,m)
ROUT=ROUTES{k,m};
TS=length(ROUT)-1;%跳數(shù)
PL_km=PL(k,m);
for s=1:TS
x=ROUT(s);
y=ROUT(s+1);
Delta_Tau(x,y)=Delta_Tau(x,y)+Q/PL_km;
Delta_Tau(y,x)=Delta_Tau(y,x)+Q/PL_km;
end
end
end
Tau=(1-Rho).*Tau+Delta_Tau;%信息素?fù)]發(fā)一部分，新增加一部分
end
%繪圖
plotif=1;%是否繪圖的控制參數(shù)
if plotif==1 %繪收斂曲線
minPL=zeros(K);
for i=1:K
PLK=PL(i,:);
Nonzero=find(PLK);
PLKPLK=PLK(Nonzero);
minPL(i)=min(PLKPLK);
end
figure(1)
plot(minPL);
hold on
grid on
title('收斂曲線變化趨勢');
xlabel('迭代次數(shù)');
ylabel('最小路徑長度'); %繪爬行圖
figure(2)
axis([0,MM,0,MM])
for i=1:MM
for j=1:MM
if G(i,j)==1
x1=j-1;y1=MM-i;
x2=j;y2=MM-i;
x3=j;y3=MM-i+1;
x4=j-1;y4=MM-i+1;
fill([x1,x2,x3,x4],[y1,y2,y3,y4],[0.2,0.2,0.2]);
hold on
else
x1=j-1;y1=MM-i;
x2=j;y2=MM-i;
x3=j;y3=MM-i+1;
x4=j-1;y4=MM-i+1;
fill([x1,x2,x3,x4],[y1,y2,y3,y4],[1,1,1]);
hold on
end
end
end
hold on
title('機(jī)器人運(yùn)動軌跡');
xlabel('坐標(biāo)x');
ylabel('坐標(biāo)y');
ROUT=ROUTES{mink,minl};
LENROUT=length(ROUT);
Rx=ROUT;
Ry=ROUT;
for ii=1:LENROUT
Rx(ii)=a*(mod(ROUT(ii),MM)-0.5);
if Rx(ii)==-0.5
Rx(ii)=MM-0.5;
end
Ry(ii)=a*(MM+0.5-ceil(ROUT(ii)/MM));
end
plot(Rx,Ry)
end
plotif2=0;%繪各代螞蟻爬行圖
if plotif2==1
figure(3)
axis([0,MM,0,MM])
for i=1:MM
for j=1:MM
if G(i,j)==1
x1=j-1;y1=MM-i;
x2=j;y2=MM-i;
x3=j;y3=MM-i+1;
x4=j-1;y4=MM-i+1;
fill([x1,x2,x3,x4],[y1,y2,y3,y4],[0.2,0.2,0.2]);
hold on
else
x1=j-1;y1=MM-i;
x2=j;y2=MM-i;
x3=j;y3=MM-i+1;
x4=j-1;y4=MM-i+1;
fill([x1,x2,x3,x4],[y1,y2,y3,y4],[1,1,1]);
hold on
end
end
end
for k=1:K
PLK=PL(k,:);
minPLK=min(PLK);
pos=find(PLK==minPLK);
m=pos(1);
ROUT=ROUTES{k,m};
LENROUT=length(ROUT);
Rx=ROUT;
Ry=ROUT;
for ii=1:LENROUT
Rx(ii)=a*(mod(ROUT(ii),MM)-0.5);
if Rx(ii)==-0.5
Rx(ii)=MM-0.5;
end
Ry(ii)=a*(MM+0.5-ceil(ROUT(ii)/MM));
end
plot(Rx,Ry)
hold on
end
end

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