如何理解基于改进蚁群算法的机器人路径规划的matlab编程

ID:452999 · 发表于 2020-3-27 13:56

请问吧友能不能帮我讲解一下这个程序的步骤，有些地方看不懂，或者有相关程序的话，我想对比着参考理解

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 地形图为01矩阵，如果为1表示障碍物
Tau=ones(MM*MM,MM*MM); % Tau 初始信息素矩阵
Tau=8.*Tau;
K=100; %迭代次数（指蚂蚁出动多少波）
M=50; %蚂蚁个数
S=1; %最短路径的起始点
E=MM*MM; %最短路径的目的点
Alpha=1; % Alpha 表征信息素重要程度的参数
Beta=7; % Beta 表征启发式因子重要程度的参数
Rho=0.3 ; % Rho 信息素蒸发系数
Q=1; % Q 信息素增加强度系数
minkl=inf;
mink=0;
minl=0;
D=G2D(G);
N=size(D,1); %N表示问题的规模（象素个数）
a=1; %小方格象素的边长
Ex=a*(mod(E,MM)-0.5); %终止点横坐标
if Ex==-0.5
Ex=MM-0.5;
end
Ey=a*(MM+0.5-ceil(E/MM)); %终止点纵坐标
Eta=zeros(N); %启发式信息，取为至目标点的直线距离的倒数
%以下启发式信息矩阵
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); %用细胞结构存储每一代的每一只蚂蚁的爬行路线
PL=zeros(K,M); %用矩阵存储每一代的每一只蚂蚁的爬行路线长度
%启动K轮蚂蚁觅食活动，每轮派出M只蚂蚁
for k=1:K
for m=1:M
%状态初始化
W=S; %当前节点初始化为起始点
Path=S; %爬行路线初始化
PLkm=0; %爬行路线长度初始化
TABUkm=ones(N); %禁忌表初始化
TABUkm(S)=0; %已经在初始点了，因此要排除
DD=D; %邻接矩阵初始化
%下一步可以前往的节点
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);%可选节点的个数
%蚂蚁未遇到食物或者陷入死胡同或者觅食停止
while W~=E&&Len_LJD>=1
%转轮赌法选择下一步怎么走
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));
%状态更新和记录
Path=[Path,to_visit]; %路径增加
PLkm=PLkm+DD(W,to_visit); %路径长度增加
W=to_visit; %蚂蚁移到下一个节点
for kk=1:N
if TABUkm(kk)==0
DD(W,kk)=0;
DD(kk,W)=0;
end
end
TABUkm(W)=0; %已访问过的节点从禁忌表中删除
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);%可选节点的个数
end
%记下每一代每一只蚂蚁的觅食路线和路线长度
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;%跳数
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;%信息素挥发一部分，新增加一部分
end
%绘图
plotif=1;%是否绘图的控制参数
if plotif==1 %绘收敛曲线
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('收敛曲线变化趋势');
xlabel('迭代次数');
ylabel('最小路径长度'); %绘爬行图
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('机器人运动轨迹');
xlabel('坐标x');
ylabel('坐标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;%绘各代蚂蚁爬行图
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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