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《哈尔滨工业大学》 2008年
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智能粒子群优化算法研究

高芳  
【摘要】: 随着科学技术的发展,国民经济和国防科技等领域的生产过程越来越离不开优化设计,尤其是大量的高、精、尖产品,更需要性能非常优越的优化方法。粒子群算法具有原理简单、参数少、易实现及收敛速度快等特点,该方法对于不同类型问题具有较广泛的适应性,并很快在多个领域被有效地应用。 粒子群算法作为一种新的智能算法,存在着迭代初期易出现早熟、迭代后期收敛速度变慢等问题,在应用拓展上也依赖于具体问题。为此,本文对粒子群优化算法进行了深入的理论分析,面向连续优化问题和组合优化问题,针对算法所存在的问题提出几种相应的改进新算法,并将其应用到具体工程实践中。 在单目标连续优化方面,本文提出将多种群思想引入到粒子群优化算法中,提出了一种双层多种群粒子群优化新算法,该算法实现粒子群优化算法的群体拓展和双并行运行机制,这样可以针对性地提高粒子群算法的全局搜索能力,同时采用不同粒度的多子群并行机制和种群间的双向最优信息流动也提高了该算法的局部搜索能力。通过对多个多峰、欺骗性典型函数的测试验证了上述算法的有效性,进一步通过对机器人结构参数的优化实例验证了本算法的实用性。 粒子群算法后期收敛速度较慢的主要原因是群体中各个个体极值更新缓慢。为此本文提出一种粒子位置择优更新的粒子群算法。利用粒子位置的可择优更新,就是使每个粒子在每步迭代时都可以从3个备选点中选择最佳点进行更新,增加了粒子找到更好位置的概率,提高了个体极值乃至全局极值的更新速率,以极小的时间代价提高了算法的效能。通过六个典型测试函数和移动机器人路径规划的实例对该算法的实用性和有效性进行了验证。 多目标约束优化一直是优化领域中的瓶颈问题,除需处理多个目标外,还存在着约束处理影响计算效率的问题。粒子群算法只保留最优信息,对邻近最优点的不可行解缺乏智能性的判断和保留机制,在解决多目标优化问题中效果不理想。而文化算法由于具有基于文化的信仰空间和群体空间的双并行机制,特别适合处理约束优化问题。为此本文提出一种求解多目标约束优化问题的双层次进化的文化粒子群算法。新算法在群体空间采用改进的粒子群算法,并采用直接比较法处理约束条件,避免了传统罚函数方法存在的缺点。在算法迭代过程中随时调整不可行解参数,使解集中不可行解保持在一定的比例范围内,维持了种群的多样性,进一步避免算法陷入“早熟”,提高了算法全局搜索能力。信仰空间接收群体空间中的精英粒子,并采用了交叉操作和小生境Pareto竞争策略保证所产生的最优解集能够均匀地分布在Pareto前沿。最后采用两个测试函数和一个工程减振器的优化设计实例对此算法进行了验证,测试和实例计算表明该算法是一种快速、有效的多目标优化方法。 组合优化问题具有广泛的应用背景,它的目标是寻找解空间中离散状态的最优组合。离散粒子群算法为求解这类问题提出了一种新方法,本文针对基本离散粒子群优化算法存在的易于陷入局部最优解、求得的解的精度不高的缺点,提出了两种具体改进新算法: 以典型的01背包问题为研究对象,基于生物病毒机制和宿主与病毒基于感染操作等思想,提出一种解决单目标组合优化问题的病毒协同进化离散粒子群优化新算法。该算法利用病毒的水平感染和垂直传播能力提高粒子群算法的性能。实验证明,病毒感染操作成功地增强了对解空间的局部搜索功能,使求解精度明显优于其它几种算法。 以典型的虚拟企业中的伙伴选择问题为应用背景,研究将离散粒子群算法应用到多目标组合优化问题。基于改变粒子速度策略提出了粒子速度阈值可调的离散粒子群优化新算法。该算法通过引入随迭代过程逐步变小的适应性可调速度阈值参数来平衡全局搜索能力和局部搜索能力之间的矛盾,提高算法的性能。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TP18

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 罗沛清;梁青阳;江钦龙;;基于遗传粒子群算法的模拟电路测试点选择[J];计测技术;2011年02期
2 逄珊;杨欣毅;苏庆堂;;综合密度信息的矢量变异多目标粒子群优化[J];计算机工程与应用;2011年21期
3 纪雪玲;李明;李玮;;一种克服局部最优的收缩因子PSO算法[J];计算机工程;2011年20期
4 卿逸男;丁永生;曾献辉;郝矿荣;;双层多种群PSO在水库群供水优化调度中应用[J];计算机工程与应用;2013年05期
5 逄珊;邹海林;苏庆堂;;一种极坐标下的改进多目标粒子群优化[J];系统仿真学报;2012年08期
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 许昕;基于滤波技术和粒子群优化的齿轮箱故障诊断研究[D];中北大学;2011年
2 姚金杰;基于地面基站的目标定位技术研究[D];中北大学;2011年
3 张萍;基于群智能优化的运动估计算法研究[D];电子科技大学;2011年
4 钟秋波;类人机器人运动规划关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
5 黄柯;考虑环境污染控制的城市交通网络的优化模型与算法[D];西南交通大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张星会;求解非线性混合离散优化问题的微粒群算法研究[D];重庆师范大学;2011年
2 梁宵;地下矿床开拓系统空间优化的粒子群方法[D];武汉理工大学;2011年
3 王玉;基于节能优化的列车自动驾驶算法研究[D];西南交通大学;2011年
4 黄山云;整星隔振用磁流变阻尼器的动态特性及控制方法的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
5 廖军刚;双曲面滚柱加载器设计理论的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
6 赵玲玲;基于改进PSO的发酵补料速率的优化控制[D];大连理工大学;2011年
7 杨建宾;智能算法在无线传感网络中的研究与应用[D];江南大学;2012年
8 张兴华;基于粒子群优化的模糊神经网络的柴油机故障诊断[D];中北大学;2012年
9 刘汉婕;基于模拟退火的粒子群改进算法的研究与应用[D];华北电力大学(北京);2010年
10 王洋;汽车悬架磁流变阻尼器设计与优化研究[D];东北林业大学;2010年
【参考文献】
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3 金慧敏,马良;遗传退火进化算法在背包问题中的应用[J];上海理工大学学报;2004年06期
4 马慧民;叶春明;张爽;;二进制改进粒子群算法在背包问题中的应用[J];上海理工大学学报;2006年01期
5 周浦城,洪炳镕,杨敬辉;基于混沌遗传算法的移动机器人路径规划方法[J];哈尔滨工业大学学报;2004年07期
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8 窦全胜;周春光;马铭;刘全;;群核进化粒子群优化方法[J];计算机科学;2005年08期
9 李莉,薛劲松,朱云龙;虚拟企业伙伴选择中的多目标决策问题[J];计算机集成制造系统-CIMS;2002年02期
10 高海兵;周驰;高亮;;广义粒子群优化模型[J];计算机学报;2005年12期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 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
2 高洪;赵韩;;并联机器人机构学理论研究综述[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2006年01期
3 吴金华;戴淼;尹剑;;基于遗传神经网络的陕西省土地利用结构模型研究[J];安徽农业科学;2008年36期
4 刘延明;陆克芬;方崇;;基于投影寻踪和粒子群优化算法的南宁市内河水质综合评价研究[J];安徽农业科学;2009年26期
5 曹素兵;朱婵;;RNA二级结构遗传预测算法中的选择操作研究[J];安徽农业科学;2011年14期
6 郑克;王喜成;;基于服务最大化的果蔬品配送中心选址问题[J];安徽农业科学;2011年14期
7 叶长芳;雷继呈;高卫斌;;自适应遗传算法在智能组卷中的应用[J];信息安全与技术;2011年07期
8 张志华;王莉;;网络环境下广告资源优化决策模型[J];鞍山科技大学学报;2006年05期
9 曾凌峰;;基于遗传算法的自动组卷策略与实现[J];辽宁科技大学学报;2010年03期
10 宫照煊;王莉;;基于正交设计的免疫克隆遗传算法[J];辽宁科技大学学报;2010年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 ;An Improved General Particle Swarm Optimization Algorithm for Fast Infrared Image Segmentation[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
2 阮久宏;荣学文;吴三友;;凿岩机器人液压系统ADRC控制器设计与仿真[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 孙立宁;刘彦武;曲东升;李长峰;;靶定位并联机器人控制研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 孙立宁;李长峰;曲东升;刘彦武;;ICF精密并联机器人系统的研制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 孙燕;孙峥;黄鹍;;基于模拟退火机制的隔离小生境混合遗传算法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 李枚毅;游维;蔡自兴;;多样度和适应度引导的遗传算法操作概率计算研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
7 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
8 胡英;吴德烽;;一种柔性检测机器人的运动学研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
9 赵亮;;遗传增强混沌粒子群算法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
10 许秀英;甘龙辉;陶冶;黄操军;;基于遗传神经网络的土壤含水率预测[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011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
2 樊建聪;分布估计学习算法研究[D];山东科技大学;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 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
5 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
6 曹宇;利用遗传算法对声障板优化设计的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 常艳艳;水下运载器对接装置虚拟仿真系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 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
9 吴德烽;计算智能在三维表面扫描机器人系统中的应用研究[D];大连海事大学;2010年
10 时长江;豆科类杂草种子图像识别系统研究[D];中国海洋大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 户燕会;工业机器人的工作空间和误差补偿的分析与仿真[D];河南理工大学;2010年
2 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
3 程慧;基于神经网络的两类问题研究[D];广西师范学院;2010年
4 邵晓路;蚁群群体智能网络可视化试验平台研制[D];浙江理工大学;2010年
5 郭大杰;3-PRRRR移动并联机构自由度、约束奇异和运动学分析[D];浙江理工大学;2010年
6 姜念;区间自适应粒子群算法研究及其应用[D];郑州大学;2010年
7 王庆丽;火电厂负荷经济调度算法研究及锅炉热经济性诊断[D];郑州大学;2010年
8 杨书显;基于PSO算法的氧乐果合成过程建模与控制研究[D];郑州大学;2010年
9 孔祥伟;城市二次供水智能控制系统的研究与开发[D];郑州大学;2010年
10 雷明杰;神经网络和遗传算法在中厚板轧机中的应用研究[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 徐宁仪;冷祥纶;周祖成;;基于SystemC的支持异源通信实体的NoC仿真架构[J];半导体技术;2006年04期
2 潘旭峰,耿立恩,李晓雷;齿轮轴承故障诊断中特征参数敏感性分析[J];兵工学报;1997年04期
3 董明荣;许学忠;张彤;李家武;张敏;梁旭斌;;空中炸点三基阵声学定位技术研究[J];兵工学报;2010年03期
4 孙多青,霍伟;基于规则灵敏度的模糊逻辑系统结构简化方法[J];北京航空航天大学学报;2002年02期
5 彭朝琴;付永领;赵克;唐志勇;;基于不稳定度的仿人型机器人步态规划方法[J];北京航空航天大学学报;2007年08期
6 蔺淑倩;王晶;曹柳林;;基于过程神经元网络模型的间歇反应优化计算[J];北京化工大学学报(自然科学版);2010年02期
7 李唐辉;何永春;;EKF算法在机动模型中的应用研究[J];重庆邮电大学学报(自然科学版);2010年02期
8 刘铁男,冯兆冰;基于和声搜索的自适应滤波算法[J];吉林大学学报(信息科学版);2004年04期
9 诸燕平;黄大庆;李勃;;基于AOA的无线传感器网络节点定位算法[J];传感器与微系统;2010年01期
10 王伟;王华奎;;应用于物流运输的无线传感器网络多点定位技术研究[J];传感器与微系统;2010年11期
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1 杨文国;郭田德;高自友;赵彤;;考虑部分路段上一氧化碳排放量限制的弹性平衡配流模型及算法[A];中国运筹学会第七届学术交流会论文集(中卷)[C];2004年
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1 陈霄;DNA遗传算法及应用研究[D];浙江大学;2010年
2 王大志;面向实际工程问题的粒子群优化算法应用技术的研究[D];东北大学;2009年
3 廖昌荣;汽车悬架系统磁流变阻尼器研究[D];重庆大学;2001年
4 王建立;光电经纬仪电视跟踪、捕获快速运动目标技术的研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2002年
5 王珍;基于局域波分析的柴油机故障诊断方法的研究及应用[D];大连理工大学;2002年
6 余淼;汽车磁流变半主动悬架控制系统研究[D];重庆大学;2003年
7 张生瑞;公路交通可持续发展系统分析与评价[D];长安大学;2002年
8 刘瑞兰;软测量技术若干问题的研究及工业应用[D];浙江大学;2004年
9 李涛;非线性滤波方法在导航系统中的应用研究[D];国防科学技术大学;2003年
10 王志华;基于模式识别的柴油机故障诊断技术研究[D];武汉理工大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘洋;基于粒子群算法的NoC映射问题研究[D];大连理工大学;2010年
2 陈博文;大跨度钢结构吊点优化研究[D];大连理工大学;2011年
3 田静宜;基于粗糙集和神经网络的柴油机故障诊断研究[D];中北大学;2011年
4 魏士杰;基于PSO和DE优化神经网络的柴油机故障诊断研究[D];中北大学;2011年
5 李洁华;淤浆法高密度聚乙烯生产过程牌号切换优化[D];北京化工大学;2011年
6 卢少华;遗传规划及其在采切巷道结构性优化中的应用研究[D];西安建筑科技大学;2001年
7 郭迎庆;磁流变阻尼结构的智能减震控制研究[D];西安建筑科技大学;2003年
8 邸龙;磁流变阻尼器对建筑结构的减震研究[D];西安建筑科技大学;2003年
9 郑良辉;船用齿轮箱测试试验台加载器优化设计[D];武汉理工大学;2003年
10 李毅;自适应滤波及滤波算法研究[D];西北工业大学;2003年
【二级引证文献】
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1 覃建波;韦丽兰;;基于PSO的机械手神经网络逆模控制[J];计算机工程;2011年S1期
2 周程;张培林;;基于改进PSO的均衡性视角铁矿石运输—分配模型研究[J];计算机应用研究;2013年05期
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1 赵丹丹;视频编码中码率控制算法研究[D];上海交通大学;2012年
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1 苏福莲;斜滚柱超越离合器的力学特性研究[D];沈阳航空航天大学;2012年
2 吕晶晶;基于加速度传感器的震源定位算法研究[D];中北大学;2012年
3 赵榉云;基于RSSI的射频识别室内定位算法研究[D];中北大学;2012年
4 李桃;基于粒子滤波技术的齿轮箱故障诊断研究[D];中北大学;2012年
5 程楠;半潜式钻井平台推力分配优化算法研究[D];大连海事大学;2012年
6 刘俊芳;粒子群和人工蜂群的混合优化算法优化SVM参数及应用[D];太原理工大学;2012年
7 施美珍;基于粒子群优化算法的模糊聚类分析及其应用[D];华南理工大学;2012年
8 郑俊佳;基于PSO算法的面向ERP多目标离散制造调度模型及其应用[D];成都理工大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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8 金慧敏,马良;遗传退火进化算法在背包问题中的应用[J];上海理工大学学报;2004年06期
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中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 宋毅;基于遗传算法的生产调度方法及其软件实现[D];浙江工业大学;2003年
【相似文献】
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1 陈蔼详;张昕;胡桂武;;基于免疫粒子群优化算法集成的多序列联配[J];湖南税务高等专科学校学报;2008年02期
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4 徐星;李元香;吴昱;;基于扩散机制的双种群粒子群优化算法[J];计算机应用研究;2010年08期
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8 宋丽娜,何丕廉,刘德建;基于多种群协同进化计算的创新概念设计[J];计算机辅助工程;2005年03期
9 罗强;李瑞浴;易东云;;基于模糊文化算法的自适应粒子群优化[J];计算机工程与科学;2008年01期
10 李睿;郭义戎;郝元宏;李明;;基于多种群粒子群优化算法的主动轮廓线模型[J];计算机应用;2008年10期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王光辉;陈杰;潘峰;;多种群协同粒子群优化算法求解动态环境优化问题[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
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5 陈志盛;李勇刚;;改进粒子群优化算法及其在磨削加工中的应用[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
6 马琰铭;;基于粒子群优化算法的晶体结构预测新技术及其在高压新结构研究中的应用[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
7 司维超;韩维;史玮韦;颜刚;;一种基于蜜蜂多群体觅食的粒子群优化算法[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
8 郑荣领;;1911-2011,病毒致癌理论一百年[A];中华医学会肿瘤学分会第七届全国中青年肿瘤学术会议——中华医学会肿瘤学分会“中华肿瘤 明日之星”大型评选活动暨中青年委员全国遴选论文汇编[C];2011年
9 王群杰;齐美清;汪伟;李磊;;粒子群优化算法在波导高通滤波器设计中的应用[A];2011年全国微波毫米波会议论文集(上册)[C];2011年
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中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 胡其峰;感染人的禽流感病毒变异很小 仍为禽源性病毒[N];光明日报;2009年
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4 军事医学科学院微生物流行病研究所博士生 李晓峰;病毒“毒”在哪里?[N];人民日报;2009年
5 张亮;近三成病毒通过广告联盟敛财[N];人民邮电;2009年
6 张亮;2008年病毒疫情回顾[N];网络世界;2009年
7 记者 黄堃;病毒扩散快,因为会“打乒乓”[N];新华每日电讯;2010年
8 军事医学科学院微生物流行病研究所博士生 李晓峰;病毒“毒”在哪里?[N];科技日报;2009年
9 记者 李天舒;甲流病毒重要蛋白研究获突破[N];健康报;2010年
10 本报记者 李鹏;张蔚、李青:破解甲流病毒谜团[N];北京科技报;2010年
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1 高芳;智能粒子群优化算法研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
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3 张平;南水北调工程受水区资源优化配置研究[D];河海大学;2006年
4 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
5 刘波;粒子群优化算法及其在机电设备中的应用研究[D];中北大学;2011年
6 傅阳光;粒子群优化算法的改进及其在航迹规划中的应用研究[D];华中科技大学;2011年
7 刘华蓥;粒子群优化算法的改进研究及在石油工程中的应用[D];东北石油大学;2012年
8 张文;基于粒子群体优化算法的电力系统无功优化研究[D];山东大学;2006年
9 徐星;融合热运动机制的粒子群优化算法研究及其应用[D];武汉大学;2010年
10 王大志;面向实际工程问题的粒子群优化算法应用技术的研究[D];东北大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郭义戎;主动轮廓模型在图像分割算法中的研究与应用[D];兰州理工大学;2009年
2 孙晶晶;粒子群优化算法的改进及其应用研究[D];陕西师范大学;2010年
3 王婧;基于粒子群优化算法的集群调度策略研究[D];中国石油大学;2011年
4 张新娟;改进粒子群优化算法及其在图像分割中的应用[D];陕西师范大学;2011年
5 刘煌;基于GA的改进粒子群算法研究及其在TSP上的应用[D];武汉理工大学;2010年
6 苗爱敏;基于动态特征的粒子群优化算法研究[D];云南大学;2010年
7 杨洋;基于粒子群优化算法的准循环LDPC码构造[D];北京交通大学;2011年
8 沈锡;基于粒子群优化算法的船舶航向PID控制[D];大连海事大学;2011年
9 刘现;蛋白质结构预测的粒子群优化算法研究[D];福建农林大学;2011年
10 王莹;基于粒子群优化算法的无功优化及规划[D];天津大学;2005年
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