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《清华大学》 2005年
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复杂环境模型参数识别的软计算技术及其应用研究

王建平  
【摘要】:参数识别是数学模型应用的前提和基础。随着污染物迁移转化规律研究的不断深入,环境模型日趋复杂和完善,伴随而来的是参数不可识别问题的加剧。有效识别复杂环境模型的参数在理论上和实践上都是一个急待解决的问题。 近年来发展起来的软计算技术具有结构简单,通用性强,计算效率高,能有效进行问题解全局搜索的优点。软计算是指对研究对象只求近似而非精确解的有效计算方法。本文基于软计算技术,提出了一套适用于复杂环境模型参数识别的实用技术路线,其理论基础是贝叶斯推理,核心方法是马尔科夫链蒙特卡罗(Markov Chain Monte Carlo, MCMC)法,并融合了灵敏度分析、相关性分析和全局搜索算法等辅助信息获取手段。论文以 WASP(Water Quality AnalysisSimulation Program Modeling System)模型在密云水库水质模拟中的应用为背景试验和检验了该技术路线的参数识别性能和效率。 数值试验和案例研究表明,论文提出的技术路线高效可靠地获取了参数的后验分布。MCMC 法是获取参数后验分布,进行参数不确定性分析的重要手段。MCMC 采样序列能收敛到参数后验分布上,Gelman 收敛判断准则简单明确。采样序列具有马尔科夫链特性,不再是“盲”搜索,相比 Monte Carlo 法,可大大降低计算量。同时,MCMC 法可有效处理参数灵敏度和参数相关性的影响。此外,利用全局搜索算法对参数空间进行全局搜索,可辅助确定参数的高概率密度区域,同时也进一步了解了参数的灵敏度和相关性特征。 将遗传算法(Genetic Algorithms, GA)应用于实际问题时,控制参数的选取至关重要。为通过有限量试验来优选 GA 的控制参数,本研究引入了正交试验法,通过考察GA不同因素对参数识别性能的影响,达到了优选GA控制参数的目的。算法好坏的衡量除考察计算复杂性外,很重要的是考察其广度搜索和深度搜索能力。混合算法融合了具有不同搜索机制的算法,增强了全局和局部意义下的搜索能力和效率。研究对两种典型的混合算法——模拟退火单纯形法(SMSA 法)和遗传单纯形法(GASM 法)的试验表明:无论是没有扰动的情况还是有扰动的情况,SMSA 和 GASM 算法均高效可靠地搜索到全局最优解,说明 SMSA 和GASM 应用于复杂环境模型参数搜索是可行的、实用的。
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:X502

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【引证文献】
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1 黄莉;基于GIS的景观湖体水质管理系统(SLMGIS)研究[D];重庆大学;2011年
2 张潮;基于机器学习的河网糙率反演[D];浙江大学;2008年
【参考文献】
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【共引文献】
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10 刘志雄;杨光祥;;基于轮盘赌概率分配编码方法的并行机调度优化[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
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1 张杏莉;几何约束求解关键问题研究[D];山东科技大学;2010年
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5 戴运桃;粒子群优化算法研究及其在船舶运动参数辨识中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
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2 张静;协同产品开发过程规划方法研究[D];山东科技大学;2010年
3 张海峰;空间三维信息重构与飞行器路径规划[D];山东科技大学;2010年
4 田珍菊;证券投资组合优化模型及其有效算法[D];辽宁师范大学;2010年
5 苏韩;逆威布尔分布的Bayes估计问题[D];广西师范学院;2010年
6 邓立凤;逆高斯分布参数的Bayes 估计研究[D];广西师范学院;2010年
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9 王丹丹;独立供油径推浮环轴承性能优化分析与软件包开发[D];郑州大学;2010年
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【同被引文献】
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1 朱明星,张德龙;RBF网络基函数中心选取算法的研究[J];安徽大学学报(自然科学版);2000年01期
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8 孙大明;田慧峰;张欢;周志仁;周海珠;;长江上游水温监测及水温和气温关系研究[J];建筑节能;2010年12期
9 刘元波,陈伟民;湖泊藻类动态模拟[J];湖泊科学;2000年02期
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1 李光炽;流域洪水演进模型及其参数反问题研究[D];河海大学;2001年
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4 陶吉利;基于DNA计算的遗传算法及应用研究[D];浙江大学;2007年
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【二级参考文献】
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1 周信炎 李薇;3S技术与水资源监测[N];中国测绘报;2006年
2 本版编辑 唐克旺 中国水利水电科学研究院水资源所 教授级高级工程师 陈家军 本报记者 汪栋;科学评估地下水系统的模拟技术[N];中国水利报;2006年
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1 殷大勇;感应电动机稳态模型参数识别及其装置[D];广东工业大学;2006年
2 毛昌庆;单桩竖向承载力的试验研究与建模分析[D];武汉理工大学;2008年
3 郭显平;机床固定结合部动力学建模及影响因素研究[D];华中科技大学;2008年
4 韩会斌;机床结合面阻尼系数识别研究[D];北京工业大学;2001年
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