群体优化算法---蝙蝠优化算法分类Iris数据集

介绍

蝙蝠算法（Bat Algorithm, BA）是一种基于蝙蝠回声定位行为的优化算法。要将蝙蝠算法应用于分类问题，可以通过将蝙蝠算法用于优化分类器的参数，图像分割等

本文示例

我们使用一个经典的分类数据集，如Iris数据集，通过优化SVM的参数（C和gamma）来提高分类准确性

代码

function bat_algorithm_svm_classification
    % 加载数据集
    data = load('fisheriris');
    X = data.meas;
    y = grp2idx(data.species);

    % 参数设置
    numBats = 30; % 蝙蝠数量
    maxGen = 50; % 最大迭代次数
    alpha = 0.9; % 衰减因子
    gamma = 0.9; % 吸引度系数
    Qmin = 0; % 最小频率
    Qmax = 2; % 最大频率
    A = 0.5; % 响度
    r = 0.5; % 脉冲发射率

    % 初始化蝙蝠位置和速度
    bats = rand(numBats, 2); % 位置: [C, gamma]
    velocities = zeros(numBats, 2);
    fitness = zeros(numBats, 1);

    % 初始化全局最优解
    bestBat = bats(1, :);
    bestFitness = inf;

    % 计算初始适应度
    for i = 1:numBats
        fitness(i) = evaluate_svm(X, y, bats(i, :));
        if fitness(i) < bestFitness
            bestFitness = fitness(i);
            bestBat = bats(i, :);
        end
    end

    % 主循环
    for t = 1:maxGen
        for i = 1:numBats
            % 更新频率
            Q = Qmin + (Qmax - Qmin) * rand;
            % 更新速度
            velocities(i, :) = velocities(i, :) + (bats(i, :) - bestBat) * Q;
            % 更新位置
            newBat = bats(i, :) + velocities(i, :);
            % 边界约束
            newBat = max(newBat, -5);
            newBat = min(newBat, 5);

            % 随机移动
            if rand > r
                newBat = bestBat + 0.1 * randn(1, 2);
            end

            % 计算新位置的适应度
            newFitness = evaluate_svm(X, y, newBat);

            % 接受新解
            if newFitness < fitness(i) && rand < A
                bats(i, :) = newBat;
                fitness(i) = newFitness;
            end

            % 更新全局最优解
            if newFitness < bestFitness
                bestFitness = newFitness;
                bestBat = newBat;
            end
        end

        % 调整响度和脉冲发射率
        A = alpha * A;
        r = r * (1 - exp(-gamma * t));
        disp(['Generation ', num2str(t), ': Best Fitness = ', num2str(bestFitness)]);
    end

    % 校正后的参数
    optimalC = 2^bestBat(1);
    optimalGamma = 2^bestBat(2);
    
    % 输出结果
    disp(['Optimal C: ', num2str(optimalC), ', Optimal gamma: ', num2str(optimalGamma)]);
end

function accuracy = evaluate_svm(X, y, params)
    % 将参数C和gamma转换为SVM参数
    C = 2^params(1);
    gamma = 2^params(2);

    % 使用SVM进行分类
    t = templateSVM('KernelFunction', 'rbf', 'BoxConstraint', C, 'KernelScale', 1/sqrt(2*gamma));
    model = fitcecoc(X, y, 'Learners', t);

    % 进行交叉验证
    CVModel = crossval(model, 'KFold', 5);
    classLoss = kfoldLoss(CVModel);

    % 计算分类准确率
    accuracy = 1 - classLoss;
end

效果

说明

加载数据集：使用Iris数据集进行分类任务
参数设置：定义蝙蝠算法的参数，包括蝙蝠数量、迭代次数、频率范围、响度和脉冲发射率等
初始化蝙蝠位置和速度：随机生成蝙蝠的位置和速度
计算初始适应度：使用SVM模型评估每只蝙蝠的位置，并找到初始全局最优解
主循环：迭代更新蝙蝠的位置和速度，通过频率、响度和脉冲发射率调整蝙蝠的位置
评估适应度：使用交叉验证评估SVM模型的分类准确性
输出结果：输出优化后的SVM参数（C和gamma）