#=========導入相關庫===============
import numpy as np
from numpy.random import random as rand
 
#========參數設置==============
# objfun:目標函數 
# N_pop: 種群規(guī)模，通常為10到40
# N_gen: 迭代數
# A: 響度（恒定或降低） 
# r: 脈沖率（恒定或減?。?
# 此頻率范圍決定范圍
# 如有必要，應更改這些值 
# Qmin: 頻率最小值
# Qmax: 頻率最大值
# d: 維度
# lower: 下界
# upper: 上界
 
def bat_algorithm(objfun, N_pop=20, N_gen=1000, A=0.5, r=0.5,
    Qmin=0, Qmax=2, d=10, lower=-2, upper=2):
 
    N_iter = 0 # Total number of function evaluations
 
    #=====速度上下限================
    Lower_bound = lower * np.ones((1,d))
    Upper_bound = upper * np.ones((1,d))
 
    Q = np.zeros((N_pop, 1)) # 頻率
    v = np.zeros((N_pop, d)) # 速度
    S = np.zeros((N_pop, d))
 
    #=====初始化種群、初始解=======
    # Sol = np.random.uniform(Lower_bound, Upper_bound, (N_pop, d))
    # Fitness = objfun(Sol)
    Sol = np.zeros((N_pop, d))
    Fitness = np.zeros((N_pop, 1))
    for i in range(N_pop):
        Sol[i] = np.random.uniform(Lower_bound, Upper_bound, (1, d))
        Fitness[i] = objfun(Sol[i])
 
    #====找出初始最優(yōu)解===========
    fmin = min(Fitness)
    Index = list(Fitness).index(fmin)
    best = Sol[Index]
 
    #======開始迭代=======
    for t in range(N_gen):
 
        #====對所有蝙蝠/解決方案進行循環(huán) ======
        for i in range(N_pop):
            # Q[i] = Qmin + (Qmin - Qmax) * np.random.rand
            Q[i] = np.random.uniform(Qmin, Qmax)
            v[i] = v[i] + (Sol[i] - best) * Q[i]
            S[i] = Sol[i] + v[i]
 
            #===應用簡單的界限/限制====
            Sol[i] = simplebounds(Sol[i], Lower_bound, Upper_bound)
            # Pulse rate
            if rand() > r:
                # The factor 0.001 limits the step sizes of random walks
                S[i] = best + 0.001*np.random.randn(1, d)
 
            #====評估新的解決方案 ===========
            # print(i)
            Fnew = objfun(S[i])
            #====如果解決方案有所改進，或者聲音不太大，請更新====
            if (Fnew <= Fitness[i]) and (rand() < A):
                Sol[i] = S[i]
                Fitness[i] = Fnew
 
            #====更新當前的最佳解決方案======
            if Fnew <= fmin:
                best = S[i]
                fmin = Fnew
 
        N_iter = N_iter + N_pop
 
    print('Number of evaluations: ', N_iter)
    print("Best = ", best, '\n fmin = ', fmin)
 
    return best
 
 
def simplebounds(s, Lower_bound, Upper_bound):
 
    Index = s > Lower_bound
    s = Index * s + ~Index * Lower_bound
    Index = s < Upper_bound
    s = Index * s + ~Index * Upper_bound
 
    return s
 
 
#====目標函數=============
def test_function(u):
    a = u ** 2
    return a.sum(axis=0)
 
 
if __name__ == '__main__':
    # print(bat_algorithm(test_function))
    bat_algorithm(test_function)

clear
wmax=0.9;%慣性權重最大值
wmin=0.4;%慣性權重最小值
n=10000; % 群體大小
A=rand(1,n); % 聲音響度 (不變或者減小)
%% 頻率范圍
Qmin=0; % 最低頻率
Qmax=1; % 最高頻率
d=2;% 搜索變量的維數（即頻率和速度）
%% 初始矩陣
Q=zeros(n,1); % 頻率矩陣初始化
v=zeros(n,d); % 速度矩陣初始化，初始化意義就是產生一個初始矩陣
%% x自變量范圍
u=-3;
o=12.1;
% y自變量范圍
p=4.1;
l=5.8;
%% 初始化群體/解
for i=1:n
    Sol(i,1)=-3+(12.1+3)*rand(1,1);%x自變量范圍【-3，12.1】
    Sol(i,2)=4.1+(5.8-4.1)*rand(1,1);%y自變量【4.1，5.8范圍】
    %將隨機生成的兩個自變量帶入函數式
    Fitness(i)=Fun(Sol(i,:));%函數值
end
%% 尋找當前最優(yōu)解
[fmax,I]=max(Fitness);
best=Sol(I,:);
T=100;%飛行次數
%% 開始飛行
for t=1:T
    for i=1:n,
        Q(i)=Qmin+(Qmin-Qmax)*rand;%rand均勻分布的隨機數
        %v(i,:)=v(i,:)+(Sol(i,:)-best)*Q(i);（原速度）
        w=(wmax-wmin)*exp(-2*(t/T)^2)+wmin;%慣性權重因子
        v(i,:)=w*v(i,:)+(Sol(i,:)-best)*A(i)*Q(i);%更改后的速度
        S(i,:)=Sol(i,:)+v(i,:);%位置移動
       %% 邊界問題，如果下次飛行超出自變量范圍外了，那么下次飛行的位置為投影在的邊界上的位置
        %x軸
        if S(i,1)>o
            S(i,1)=o;
        end
        if S(i,1)<u
            S(i,1)=u;
        end
        %y軸
        if S(i,2)>l
            S(i,2)=l;
        end
        if S(i,2)<p
            S(i,2)=p;
        end
        %% 評估該次飛行后產生的新解
        Fnew(i)=Fun(S(i,:));
    end
    [Fmax,Z]=max(Fnew);%找出該次飛行后產生的最大值
    C(t,:)=S(Z,:);
    FFnew(t)=Fmax;
end
[Ffmax,N]=max(FFnew);%找出整個飛行過程中的最大值
M=C(N,:)
Ffmax

%目標函數
function z=Fun(u)
   z=21.5+u(1)*sin(4*pi*u(1))+u(2)*sin(20*pi*u(2));