【MATLAB源码-第216期】基于matlab的北方苍鹰优化算法(NGO)机器人栅格路径规划，输出做短路径图和适应度曲线。

操作环境：

MATLAB 2022a

1、算法描述

北方苍鹰优化算法（Northern Goshawk Optimization，简称NGO）是一种新兴的智能优化算法，灵感来源于北方苍鹰的捕猎行为。北方苍鹰是一种敏捷且高效的猛禽，广泛分布于北半球，特别是北美和欧亚大陆的森林地带。它们以其出色的猎食策略和高度的适应性闻名，而NGO算法正是通过模拟这种捕猎策略来实现优化目标。

在自然界中，北方苍鹰通过多种手段捕捉猎物，这些手段主要包括高空俯冲、低空巡航和突然袭击。它们在捕猎过程中表现出的敏锐观察、精确定位以及快速反应等特性，为优化算法提供了丰富的灵感源泉。NGO算法通过将这些自然行为转化为数学模型和计算规则，从而实现对复杂优化问题的有效求解。

NGO算法的基本思想是通过模拟北方苍鹰的捕猎行为来寻找问题的最优解。具体来说，该算法将搜索空间中的每一个可能解视为猎物，而算法中的个体（即苍鹰）则通过一系列的捕猎行为来不断逼近和捕获这些猎物，从而找到最优解。为了实现这一目标，NGO算法通常包括以下几个主要步骤：

初始化种群：首先，NGO算法会在搜索空间内随机生成一定数量的初始解，这些解对应于北方苍鹰的初始位置。每个解的位置表示一个潜在的解决方案，并通过适应度函数来评估其优劣。适应度函数的设计应根据具体问题的特性来确定，通常用于衡量解的优劣程度。
个体更新：在每一轮迭代过程中，北方苍鹰会根据捕猎策略调整自身的位置。这个过程可以看作是搜索空间中的一次移动，目的是逐步逼近最优解。具体的更新策略可以分为两类：局部搜索和全局搜索。局部搜索模拟苍鹰在发现猎物后的精确打击过程，而全局搜索则模拟苍鹰在大范围内寻找猎物的过程。
捕猎行为模拟：NGO算法通过一系列数学模型模拟苍鹰的捕猎行为，这些模型通常包括俯冲攻击、突然袭击和包围等策略。在俯冲攻击中，苍鹰从高空快速下降，以极高的速度和精度扑向猎物；在突然袭击中，苍鹰通过快速改变方向和速度，以出其不意的方式捕捉猎物；在包围策略中，多个苍鹰协同合作，从不同方向逼近猎物，最终实现围捕。
适应度评价：每个个体在更新位置后，需要通过适应度函数重新评估其优劣。这一步骤对于指导下一轮的搜索具有关键作用，因为它决定了哪些个体能够进入下一轮迭代，并在搜索空间中继续移动。适应度函数的选择和设计直接影响算法的收敛速度和精度。
更新种群：在每一轮迭代结束后，NGO算法根据适应度值选择最优的个体组成新的种群。这一过程类似于自然界中的“优胜劣汰”，通过保留适应度高的个体，逐步淘汰适应度低的个体，从而保证算法朝着最优解的方向进化。
终止条件：NGO算法的迭代过程会在满足某个终止条件时结束。常见的终止条件包括迭代次数达到预设值、适应度值达到预设阈值、种群适应度值变化小于某个阈值等。满足任意一个条件时，算法停止迭代，并输出当前最优解。

NGO算法具有许多显著的优点，首先，它通过模拟北方苍鹰的自然捕猎行为，使得算法具有很强的鲁棒性和适应性。其次，由于苍鹰的捕猎行为具有多样性和灵活性，NGO算法在处理复杂、多峰、非线性优化问题时表现出色。此外，NGO算法具有较强的全局搜索能力，能够有效避免陷入局部最优，从而提高求解精度。

然而，NGO算法也存在一些挑战和改进空间。首先，算法的性能依赖于适应度函数的设计和种群初始化的质量，如何合理设计适应度函数和优化初始化策略是一个关键问题。其次，尽管NGO算法具有较强的全局搜索能力，但在处理高维、复杂度极高的问题时，仍可能面临收敛速度较慢的问题。为了提高收敛速度，可以结合其他优化算法或引入自适应机制，进一步改进NGO算法的性能。

为了更好地理解NGO算法的工作原理，我们可以通过一个具体的优化问题来说明。假设我们要解决一个函数优化问题，目标是在给定的搜索空间内找到使目标函数值最小的点。首先，我们在搜索空间内随机生成一群初始解，每个解对应一个苍鹰的位置。接下来，根据适应度函数评估每个解的优劣，适应度值较高的解代表离最优解更近。

在每一轮迭代中，每只苍鹰根据捕猎策略调整自己的位置。假设某只苍鹰发现了一个适应度值较高的区域，它会模拟俯冲攻击，迅速逼近该区域；而其他苍鹰则可能进行全局搜索，寻找更好的解。通过不断地局部搜索和全局搜索，整个种群逐步逼近最优解。在达到终止条件后，算法输出当前最优解，即为问题的最佳解决方案。

综上所述，北方苍鹰优化算法是一种基于自然界捕猎行为的智能优化算法，通过模拟北方苍鹰的捕猎策略，实现对复杂优化问题的有效求解。该算法具有鲁棒性强、适应性好、全局搜索能力强等优点，但也存在一些需要进一步研究和改进的挑战。随着算法的不断发展和完善，NGO算法在实际应用中展现出广阔的前景。无论是在工程优化、经济调度、还是科学研究等领域，NGO算法都具有重要的应用价值和潜力。