[pso] C 語言第一個 pso 程式 - 架構改善 @ Edison.X. Blog

在 [pso] C 語言第一個 pso 程式這篇文章中，大致上已把 C 語言撰寫粒子移動演算法架構都寫了出來，這篇「續集」，主要是在討論一般在 C language 中，在一般數學式極值情況下，較常使用到的架構。

在該程式碼裡面，假設了適應函數 max f(x) = | x³ - 0.8x² - 1000x + 8000 | ，

這只有單變數而已，故粒子群裡的位置，只有一個 position。

然而某些適應函式，變數個數卻不只一個的情況下，如

max f(x, y) = | x³y - 0.8x² - 1000xy + 8000 | ，這問題便有 x, y 變數之存在，

在做 struct 定義時，是可以輕易改變成

/* 定義結構體particle */
typedef struct tag_particle{
    double position_x;  /* 目前位置 x value     */
    double position_y;  /* 目前位置 y value     */
    double velocity;  /* 目前粒子速度            */
    double fitness ;  /* 適應函式值              */
    double pbest_pos; /* particle 目前最好位置   */
    double pbest_fit; /* particle 目前最佳適應值 */
}particle;

新增了 position_y ，但相對的，

在速度上也必須分 x 變數上之速度與 y 變數上之速度；

而最佳位置也又分了 particle 目前最佳 x 位置與最佳 y 位置，

整體考慮下來，完整的結構體就變如下

/* 定義結構體particle */
typedef struct tag_particle{
    double position_x;  /* 目前位置 x value     */
    double position_y;  /* 目前位置 y value     */
    double velocity_x;  /* 目前粒子 x 速度        */  
    double velocity_y;  /* 目前粒子 y 速度        */
    double fitness ;      /* 適應函式值              */
    double pbest_pos_x; /* particle 目前最好 x 位置   */
    double pbest_pos_y; /* particle 目前最好 y 位置   */
    double pbest_fit;   /* particle 目前最佳適應值 */
}particle;

這樣下去，只要當變數個數變多時，如 f(x1, x2, x3, ..., xn) 時，

就要寫 n 次，架構會愈來愈麻煩，且不易維護，故一般考慮維護及通用性情況下，

存位置時，通常都假設有 n 維變數，裡面再放一個 double* position，

到時做動態分配，變成 double position[n]，這是較為容易維護的，大致上會長這樣。

/* 定義結構體particle */
typedef struct tag_particle{
    int          dim;               /* 變數維度個數                                 */
    double* position;        /* 目前位置 (dim 維) position[dim]     */
    double* velocity;         /* 目前速度 (dim 維) velocity[dim]      */  
    double fitness ;           /* 適應函式值                                    */
    double* pbest_pos;   /* particle 目前最好位置  pbest_pos[dim] */
    double pbest_fit;        /* particle 目前最佳適應值 */
}particle;

這種設計模式是一種方式，但在撰程式碼中確顯得較麻煩，因會看到一堆

particle[i].pbest_pos[j] = particle[i].position[j]

之類的敘述式，同時在分配記憶體空間時不夠連續，

雖整體架構「擬物化」 ( 專業一點叫封裝、抽像化) 是夠的，

若是用 C++ 進行 Coding ，

用 vector + class + overload operator 可改善這問題，

上述架構也算合適、適當。但若不想花這時間建構 firendly class ( C++ 需有一定程度)，

或只想用 C language coding (此系列文之目的)，便不再適用 struct 方式架構，

故將整個 struct 全都打散開來，

全都用 array 表示法去表示，整個架構裡之重要變數大致如下所述。

static unsigned pcnt;          /* 粒子群個數                       */
static unsigned dim;          /* 解空間維度                       */

static double **particle_pos; /* 各粒子目前位置[pcnt][dim]         */
static double **particle_v;    /* 各粒子目前速度[pcnt][dim]         */
static double *particle_fv;   /* 各粒子目前適應值[pcnt]            */
static double **pbest_pos;     /* 各粒子目前找到最佳位置[pcnt][dim] */
static double *pbest_fv ;     /* 各粒子目前最佳適應值[pcnt]        */

static double *gbest_pos;     /* 全域目前找到最佳位置[dim]         */
static double   gbest_fv;      /* 全域目前最佳適應值               */