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《吉林大学》 2004年
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遗传算法的改进及其在优化问题中的应用研究

李明  
【摘要】:遗传算法是模拟自然界生物进化过程与机制求解优化问题的一类自组织、 自适应的随机搜索算法。它借鉴达尔文“优胜劣汰、适者生存”的自然进化理 论和孟德尔的遗传变异理论,将问题的求解表示成“染色体”的适者生存过 程,通过对“染色体”群一代代的不断进化,包括选择、交叉和变异等操作, 从而使群体最终搜索到“最适应环境”的个体,即求得问题的最优解或满意 解。 遗传算法是一种非常通用的优化算法,其编码技术和遗传操作比较简单, 对优化问题的限制性条件要求很低,具有很强的并行性和全局搜索能力。它 能解决很多类实际问题,目前已经在机器学习、模式识别、图像处理、优化控 制、组合优化和管理决策等领域得到了很好的应用。 尽管遗传算法在很多领域得到了很好的应用,但它毕竟是一门新学科,其理 论和方法尚未成熟,算法自身的一些不足也有待于进一步地改进和完善。目前, 关于遗传算法自身的研究工作主要集中在下面两个方面: (1)遗传算法设计与执行策略的改进。这些改进主要集中在两个方面: 一是对算法本身的各个要素(即编码方法、适应度值评价方法、选择机制、 交叉机制和变异机制)做进一步修正,使算法能较快的搜索到最优解或满意 解;另一方面是在其执行策略上做一些改进,即将遗传算法和其它寻优方法 (如模拟退火算法、启发式算法、并行算法和梯度法等)相结合,提高其收 敛速度和寻优能力。 (2)遗传算法的基础理论研究。虽然遗传算法已有不少的理论研究,对 于保证遗传算法能收敛到全局最优解提供了一定的理论依据,但总的来说, 遗传算法在理论上仍然不是很完善的,还有很多问题如关于各种改进的遗传 算法的收敛速度估计等都没有得到很好的解决。 在本论文里,主要针对遗传算法的改进及其在具体领域中的应用两方面进行研 究,所做的工作的主要有: 第一.对遗传算法的基本理论进行了概括和总结。论文首先对遗传算法的诸 要素(包括编码、遗传算子、适应度函数和遗传算法的参数 等)进行了综合分析,给出了评价遗传算法性能的一些指标,并指出了遗传算法 存在的一些缺陷和不足;接着结合马氏链模型给出了遗传算法的收敛性证明;最 后结合梯度法、爬山法、模拟退火算法等有很强局部搜索能力的优化算法, -- 51 WP=58 给出了一些常用的混合遗传算法的构造思想。 第二.针对遗传算法容易陷入局部极小,过早收敛这一缺陷,论文借鉴小生境 思想和自适应思想对遗传算法做了一些改进,并将改进的遗传算法与一些已经改进的 遗传算法[22,23,24]的计算结果进行比较,结果表明本文改进的遗传算法能更有效的搜索 到最优解或满意解。 第三.受无单元思想和插值思想的启发,论文利用最小二乘法,以《地表水环 境质量标准有关项目标准限值表》为蓝本,建立了地表水水环境质量的评价模型。此 模型是一个非常复杂的非线性优化问题,式中含有一个待定的参数。 第四.利用遗传算法,求出了地表水水环境质量评价模型中参数的最优解,从 而得到了一个完全的地表水水环境质量评价模型。 第五.结合国家重点基础研究课题《密云水库及上游水环境污染形成、输 送机理及其环境效应(G1999045705)》,利用前面建立的地表水水环境质量评价模 型对密云水库的水质进行了综合评价,并分类。评价结果显示,在密云水库同一 地点不同深度的水体的水质是不同的,水位越深,水质越差;而在同一深度不同 地点的水体的水质也不一样,水库的河水入口点水质较差,水库大坝处的水质较 好,水库中央处的水质较好,这与实际情况基本上都是相吻合的,从而说明评价 方法是有效地,而利用遗传算法所求的参数也是有效地。 作为一种新生事物,遗传算法刚一面世,就展现了强大的生命力和广阔 的发展空间。尽管遗传算法仍然存在一些不足和缺陷,但随着算法的不断改 进、应用领域的不断拓宽和基础理论研究的不断完善,它在科学研究和实际 应用中所起的作用将会越来越大。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:O224

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前4条
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2 马春晓;张希兰;张盛华;;基于遗传算法的油田注水管道摩阻系数校正[J];企业技术开发;2010年23期
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4 毛华杰;陈荣创;华林;刘君;尹飞;曹伟;;基于BP-GA的拼焊板拉深成形工艺优化[J];塑性工程学报;2011年03期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 王京;基于交通流参数的动态OD估计方法研究[D];吉林大学;2012年
2 廖猜猜;极限载荷条件下的风力机叶片铺层优化设计研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2012年
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1 朱明娥;遗传算法在林业企业市场营销中的应用研究[D];中南林业科技大学;2007年
2 季宝慧;改进的蜜蜂进化型遗传算法在生产调度中的研究与应用[D];大连交通大学;2010年
3 杨丽湘;基于遗传算法的电源分配网络设计[D];西安电子科技大学;2011年
4 薛亚菲;基于路径突发性堵塞的消防站选址研究[D];西安工业大学;2011年
5 王璐;遗传算法与遗传规划的对比性研究[D];吉林大学;2011年
6 高敏静;城市交通控制与诱导系统协同优化研究[D];长安大学;2011年
7 卢婷婷;基于DXF文件的水切割机床轨迹优化及仿真加工的研究与实现[D];南京航空航天大学;2010年
8 刘国强;基于遗传算法的直升机旋翼桨叶气动外形优化设计[D];南京航空航天大学;2011年
9 聂永利;造纸过程纸张颜色控制系统的研究与实现[D];哈尔滨工业大学;2011年
10 江俊杰;带服务匹配的现场产品服务调度问题[D];上海交通大学;2011年
【参考文献】
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【共引文献】
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4 田晓艳;;计算智能主要算法研究[J];安防科技;2009年12期
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6 安振刚,李谋渭,尹显东,于宁,唐伟;遗传神经网络在平整轧制力预报中的应用[J];鞍钢技术;2001年06期
7 华文立;胡学刚;;平衡决策树分类精度与规则简易性研究[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2006年04期
8 马友平;;生长模型McDill-Amateis的遗传算法拟合研究[J];安徽农业科学;2007年33期
9 贾泽露;;基于GIS与SDM集成的农用地定级专家系统[J];安徽农业科学;2008年14期
10 陆克芬;方崇;张春乐;;基于人工鱼群算法的投影寻踪评价方法研究[J];安徽农业科学;2009年23期
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1 齐继阳;竺长安;曾议;;基于遗传禁忌混合搜索算法的设备布局研究[A];2004“安徽制造业发展”博士科技论坛论文集[C];2004年
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3 高尚;江新姿;汤可宗;;蚁群算法与遗传算法的混合算法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 洪露;穆志纯;;一种新的克隆混沌调节算法的研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 程远林;李茂军;;基于小生境遗传算法的配电网电容器优化配置[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 姜明辉;袁绪川;;基于GA优化的个人信用评估SVM模型[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
7 孙俊清;李平;韩梅;;装卸桥调度问题及其混合智能优化算法GASA[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
8 张志华;王莉;刘洪;;最大化网络广告收入的投放决策[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
9 赵瑞艳;李树荣;张晓东;苗荣;;基于混合遗传算法的热传导系统最优控制问题求解[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
10 王清;宋年年;王佳庆;姚菁;;优化自抗扰控制器在主汽温控制系统中的应用[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
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1 李佳;载人潜器阻力性能的数值和试验预报及外形优化研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 张亚娟;适应性企业战略协同机制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 谭枫;介入式文化算法及其应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 陆满君;通信辐射源个体识别与参数估计[D];哈尔滨工程大学;2010年
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
6 孙明;基于小波和迟滞的混沌神经网络及其应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 谭佳琳;粒子群优化算法研究及其在海底地形辅助导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 王蕊;无线传感器网络部署与拓扑控制研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
9 李晚龙;六自由度Stewart平台分散智能控制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 董慧群;代建制项目风险预警管理研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 万成;动态环境下的元胞遗传算法研究[D];南昌航空大学;2010年
2 李坤;参数参与进化的自适应遗传算法研究[D];南昌航空大学;2010年
3 柳枝华;微粒群优化算法的改进及应用[D];南昌航空大学;2010年
4 胡艳卉;矿井地下水流场数值模拟及其应用研究[D];山东科技大学;2010年
5 吴香庭;基于遗传算法的K-means聚类方法的研究[D];山东科技大学;2010年
6 马水松;多目标遗传算法与非支配集的构造研究[D];山东科技大学;2010年
7 李臻;城市公交车辆智能调度优化研究[D];山东科技大学;2010年
8 朱国凯;泰安市农村公路典型路面结构研究[D];山东科技大学;2010年
9 纪二云;基于改进遗传算法的电力系统无功优化的研究[D];山东科技大学;2010年
10 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
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨世兴;煤矿监测监控系统的现状与发展[J];安防科技;2004年05期
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3 王亚军,黄平,李生才;2004年11—12月国内安全事故统计分析[J];安全与环境学报;2005年01期
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9 孙艳丰,郑加齐,王德兴,武华;基于遗传算法的约束优化方法评述[J];北方交通大学学报;2000年06期
10 董敬欣,吴建平;使用浮动车检测OD矩阵的算法及可靠性分析[J];北京交通大学学报;2005年03期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 杨兆升;刘新杰;保丽霞;;城市交通控制与交通流诱导系统协同的模式与策略研究[A];第一届中国智能交通年会论文集[C];2005年
中国重要报纸全文数据库 前2条
1 谢兰清;[N];现代物流报;2008年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李海民;遗传算法性能及其在聚类分析中应用的研究[D];西安电子科技大学;1999年
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6 晏飞;复合材料翼面结构综合优化设计技术研究[D];西北工业大学;2001年
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8 金海波;复合材料飞机结构综合优化设计系统研究[D];南京航空航天大学;2003年
9 潘全科;智能制造系统多目标车间调度研究[D];南京航空航天大学;2003年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 韩方超;改进的单倍体遗传算法在车间生产调度中的应用研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
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3 张彪;强风作用下大功率风力机的振动响应研究[D];浙江大学;2011年
4 饶江;基于Pareto最优的悬架参数多目标优化[D];浙江大学;2010年
5 季宝慧;改进的蜜蜂进化型遗传算法在生产调度中的研究与应用[D];大连交通大学;2010年
6 苗金凤;协同进化遗传算法在多目标优化中的应用研究[D];山东师范大学;2011年
7 王璐;遗传算法与遗传规划的对比性研究[D];吉林大学;2011年
8 刘天舒;BP神经网络的改进研究及应用[D];东北农业大学;2011年
9 陈露诗;中红外ATR光谱法血糖检测实验与数据处理[D];天津大学;2010年
10 尚卫东;北京饮用水源水及处理流程中有毒有机污染物的致突变性及目标成分分析研究[D];首都师范大学;2000年
【二级引证文献】
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1 蒲浩;赵海峰;李伟;;基于动态规划的铁路三维空间智能选线方法[J];铁道科学与工程学报;2012年02期
2 王玉学;魏淑慧;宋洪才;郭林涛;;基于最小二乘法的注水管网摩阻因数反演[J];大庆石油学院学报;2011年06期
3 王玉学;郭林涛;周少华;王银凤;;基于期望值模型的注水管网摩阻因数反演[J];大庆石油学院学报;2012年01期
4 赵应华;;递推平滑滤波在矿用通风机性能测试中的应用[J];仪器仪表用户;2011年01期
5 薛志恒;;模具零件数控车削加工工艺分析研究[J];硅谷;2012年02期
6 毛华杰;陈荣创;刘君;;基于单元法向插值的模面回弹补偿方法研究[J];精密成形工程;2011年06期
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8 左婷婷;许峰;;一种改进的进化算法在生产计划中的应用[J];软件导刊;2012年01期
9 张丽岩;马健;孙焰;;三层并行遗传算法及装箱问题中的应用[J];微型机与应用;2011年17期
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 沙超;无线多媒体传感器网络节能关键技术研究[D];南京邮电大学;2011年
2 王京;基于交通流参数的动态OD估计方法研究[D];吉林大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
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8 梁云静;基于遗传算法的主题爬虫搜索策略研究[D];湖北工业大学;2010年
9 高建兵;基于遗传算法的模糊推理控制系统的参数优化研究[D];辽宁工程技术大学;2011年
10 栾丽霞;遗传算法在潍坊商校排课系统的研究与应用[D];电子科技大学;2011年
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