二維光子晶體禁帶的遺傳優(yōu)化算法MATLAB源碼

1、二維光子晶體禁帶的遺傳優(yōu)化算法MATLAB源碼 光子晶體中因周期性結(jié)構(gòu)而存在的頻率禁帶稱為光子禁帶，光子禁帶的存在是光子晶體具有廣泛應(yīng)用前景的重要原因。 禁帶越大，可控光的頻帶也越寬，因此如何設(shè)計(jì)合適的晶體結(jié)構(gòu)以獲得大的光子禁帶一直是研究和應(yīng)用的重點(diǎn)與熱點(diǎn)。本程序?qū)崿F(xiàn)了參考文獻(xiàn)快速遺傳算法優(yōu)化計(jì)算二維光子晶體，是GreenSim團(tuán)隊(duì)原創(chuàng)作品，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明。function Zp,Yp,Xp,LC1,LC2=PBGGA(M,N,Pm)%-% PBGGA.m% Photonic Band Gap Genetic Algorithm% 二維光子晶體禁帶的遺傳優(yōu)化算法% GreenSim團(tuán)隊(duì)原創(chuàng)作品，轉(zhuǎn)

2、載請(qǐng)注明% 歡迎訪問(wèn)GreenSim算法仿真團(tuán)隊(duì)%-% 函數(shù)功能% 在平面波展開法的基礎(chǔ)上，使用遺傳算法尋找具有最大光子禁帶的二維光子晶體結(jié)構(gòu)%-% 主要參考文獻(xiàn)% 龔春娟,胡雄偉.快速遺傳算法優(yōu)化計(jì)算二維光子晶體J.% 半導(dǎo)體學(xué)報(bào).2006,27(6):1098-1102%-% 輸入?yún)?shù)列表% M 遺傳進(jìn)化迭代次數(shù)% N 種群規(guī)模(取偶數(shù))% Pm 變異概率%-% Zp 最大禁帶% Yp 最大禁帶的區(qū)間上下限% Xp 光子晶體結(jié)構(gòu)決策變量（10×10的01矩陣）% LC1 收斂曲線1，各代最優(yōu)個(gè)體適應(yīng)值的記錄% LC2 收斂曲線2，各代群體平均適應(yīng)值的記錄%-%第一步：變量初始化e

3、psa=11.56;%介質(zhì)介電常數(shù)epsb=1;%空氣介電常數(shù)Xp=zeros(10,10);%最優(yōu)結(jié)構(gòu)Yp=zeros(1,2);%禁帶上下限Zp=0;%禁帶寬度LC1=zeros(1,M);%收斂曲線1LC2=LC1;%收斂曲線2%第二步：隨機(jī)產(chǎn)生初始鐘群farm=cell(1,N);%采用細(xì)胞結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)種群for i=1:NA=unidrnd(2,5,10)-ones(5,10);%由于基本單元結(jié)構(gòu)是中心對(duì)稱的，所以只需要對(duì)矩陣的上半部分進(jìn)行初始化B=flipud(fliplr(A);%剩余部分先做上下倒置，再做左右旋轉(zhuǎn) C=A;B;%把兩步分合并farmi=reshape(C,100,1

4、);%個(gè)體被存儲(chǔ)在細(xì)胞結(jié)構(gòu)farm中endcounter=0;%設(shè)置迭代計(jì)數(shù)器while counter<M%停止條件為達(dá)到最大迭代次數(shù)%第三步：交叉newfarm=cell(1,N);%交叉產(chǎn)生的新種群存在這里面Ser=randperm(N);%用這個(gè)函數(shù)保證隨機(jī)配對(duì)for i=1:2:(N-1)AA=reshape(farmSer(i),10,10);% 待交叉的兩個(gè)父代個(gè)體 BB=reshape(farmSer(i+1),10,10);A=AA(1:5,:);%為保證對(duì)稱性，需先提取其中一半的基因B=BB(1:5,:);Manner=unidrnd(2);%隨機(jī)選擇交叉方式if M

5、anner=1%橫交叉cp=unidrnd(4);%隨機(jī)選擇交叉點(diǎn)a=A(1:cp,:);B(cp+1):5,:);%雙親雙子單點(diǎn)交叉b=B(1:cp,:);A(cp+1):5,:);else%列交叉cp=unidrnd(9);%隨機(jī)選擇交叉點(diǎn)a=A(:,1:cp),B(:,(cp+1):10);%雙親雙子單點(diǎn)交叉b=B(:,1:cp),A(:,(cp+1):10);enda=a;flipud(fliplr(a);%反演對(duì)稱b=b;flipud(fliplr(b);newfarmi=reshape(a,100,1);%交叉后的子代存入newfarm newfarmi+1=reshape(b,1

6、00,1);end%新舊種群合并FARM=farm,newfarm;%第四步：選擇復(fù)制FITNESS=zeros(1,2*N);fitness=zeros(1,N);for i=1:(2*N)X=FARMi;Band=pixelTM(X,10,epsa,epsb,0);%調(diào)用平面波展開法的程序，中間結(jié)果不畫圖B1=Band(:,1);B2=Band(:,2);for j=1:length(B1)if B1(j)>1|B2(j)>1B1(j)=0;B2(j)=0;endendBB=abs(B1-B2);pos=find(BB=max(BB);Z=BB(pos(1);%最寬的禁帶作為適

7、應(yīng)值FITNESS(i)=Z;endSer=randperm(2*N);%選擇復(fù)制采取兩兩隨機(jī)配對(duì)競(jìng)爭(zhēng)的方式，具有保留最優(yōu)個(gè)體的能力for i=1:Nf1=FITNESS(Ser(2*i-1);f2=FITNESS(Ser(2*i);if f1>=f2farmi=FARMSer(2*i-1);fitness(i)=FITNESS(Ser(2*i-1);elsefarmi=FARMSer(2*i);fitness(i)=FITNESS(Ser(2*i);endend%記錄最佳個(gè)體和收斂曲線maxfitness=max(fitness)meanfitness=mean(fitness)LC1

8、(counter+1)=maxfitness;%收斂曲線1，各代最優(yōu)個(gè)體適應(yīng)值的記錄 LC2(counter+1)=meanfitness;%收斂曲線2，各代群體平均適應(yīng)值的記錄 pos=find(fitness=maxfitness);xp=farmpos(1);Zp=maxfitness;Xp=reshape(xp,10,10);%第五步：變異for i=1:Nif Pm>rand;%變異概率為PmX=farmi;XX=reshape(X,10,10);%為保證對(duì)稱性，需先將個(gè)體基因變形 XA=XX(1:5,:);posX=unidrnd(5,1,1);%隨機(jī)選取變異位posY=un

9、idrnd(10,1,1);XA(posX(1),posY(1)=mod(XA(posX(1),posY(1)+1,2);%變異，0變成1，1編程0%XA(posX(2),posY(2)=mod(XA(posX(2),posY(2)+1,2); XB=flipud(fliplr(XA);XX=XA;XB;farmi=reshape(XX,100,1);%還原個(gè)體形態(tài)endendfarmpos(1)=reshape(Xp,100,1);counter=counter+1end%輸出結(jié)果并繪圖figure(1);xp=reshape(Xp,100,1);Band=pixelTM(xp,10,epsa,epsb,1);%畫最優(yōu)個(gè)體的禁帶圖B1=Band