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《中国科学技术大学》 2009年
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电路进化设计算法研究

梁后军  
【摘要】: 电路进化是一种基于群体搜索和可编程硬件的智能进化设计方法。它的出现是智能算法与可编程硬件共同促进的结果,正受到越来越多的关注。使用进化算法设计的电路,能发现新颖的人们难以想到的电路结构,能降低需要的门资源或晶体管数量从而提高芯片的利用率,能降低电路的连接级数提高信号的传输速度。若使用内部进化的方式设计电路,还能使所得电路具有自组织、自修复、自适应的特性。因此开展电路进化设计研究具有重要的应用价值。 目前有关电路进化设计的研究还不是很成熟。不论是内部进化方式还是外部进化方式,所能设计的电路规模都比较小,很难付诸实际应用。本文旨在通过对组合逻辑电路进化设计、时序电路进化设计和多态电路进化设计等进行深入研究和探索,提出高效的进化设计算法与策略,从而提高电路进化设计算法的求解性能。 论文的主要研究工作与创新点包括以下几个方面: (1)提出了基于修复技术的组合逻辑电路快速进化设计算法。该算法利用候选电路在进化的初始阶段适应度增加很快的现象,先进化出一个功能大致正确的电路;然后转入修复过程并对不正确的输出进行修正,最终设计出功能正确的电路。实验结果表明了该算法是有效的。为了能对进化出的有错误的电路进行修复,专门设计出了简单而规整的修复电路的构造方法。附加的修复电路与进化生成的对大部分输入都能输出正确结果的电路结合在一起,形成最终的功能完全正确的电路。该方法极大地减少了进化所需的时间。 (2)提出了基于三步分解方法的同步时序电路进化设计算法3SD-ES。该方法结合低功耗技术中已有的时序电路分解方法、进化设计领域中的输入分解、输出分解方法及进化策略。实验结果表明该算法具有更好的可扩展性。对时序电路而言,状态分解的粒度参数、输出分解的粒度参数及输入分解的粒度参数三者之间互相关联,手工设置往往顾此失彼。针对这一问题,本文给出了自动设定分解参数的方法。 (3)提出了基于加权方法的多态电路进化设计算法。该算法针对多态电路中各功能电路进化难度不同的特点,首先提出了基于加权和方法的进化算法,实验结果显示除了个别电路外,基于加权和方法的进化算法的性能好于传统进化算法。然而,加权和方法需要事先做很多实验来确定各电路的难易程度,以便设置合理的权重。针对此问题,本文又进一步提出了动态加权法。实验结果表明对大多数测试电路动态加权法的效果优于加权和方法。 本论文以进化算法为基本手段,对组合电路、时序电路和多态电路的进化设计进行了较为深入的研究。这不仅对电路进化设计的研究有着重要的意义,也对促进智能计算的应用研究有重要的意义。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TN791

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【引证文献】
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【共引文献】
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【同被引文献】
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4 胡涛;郭立;黄昊;刘军;;一种新的混沌随机数生成器实现方案[J];电子技术应用;2006年06期
5 陈毓屏,康立山,潘正君,何巍;一个新的研究领域──演化硬件[J];航空计算技术;1998年01期
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7 赵曙光,杨万海;基于函数级FPGA原型的硬件内部进化[J];计算机学报;2002年06期
8 吴志健,康立山,邹秀芬;一种解函数优化问题的精英子空间演化算法[J];计算机应用;2003年02期
9 徐海芹;丁永生;胡志华;;基于博弈遗传算法的组合电路进化设计[J];计算机应用;2009年03期
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1 张振林;基于遗传程序设计的数字电路设计自动化研究[D];武汉大学;2004年
2 王脂丹;基于FPGA的遗传算法实现技术研究[D];南京航空航天大学;2006年
3 张志美;基于改进的遗传程序设计实现组合电路的进化设计[D];东北师范大学;2007年
4 张耀镭;数字电路在线进化设计研究[D];南京航空航天大学;2007年
5 李春菊;GP和PSO算法相结合实现有源滤波器的进化设计[D];东北师范大学;2008年
6 郑常胼;基于FPGA和EDA硬件教学实验的设计与开发[D];天津大学;2007年
7 徐立章;基于遗传编程的可持续性模拟退火算法建模及应用实现[D];贵州大学;2008年
8 刘昌庆;基于FPGA的硬件进化研究[D];江南大学;2008年
9 高桂军;数字电路多目标在线进化及异构容错系统设计[D];南京航空航天大学;2008年
10 孙虎;FPGA自动布局布线算法[D];西安电子科技大学;2008年
【二级引证文献】
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4 张之武;娄建安;常小龙;李川涛;;基于信息论的时序电路演化设计[J];计算机工程;2012年10期
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2 福建 庄涛;浅谈数字电路中触发器的教学[N];电子报;2011年
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3 邹丽珊;共同进化算法及其应用研究[D];湘潭大学;2002年
4 刘楠楠;基于进化算法的多目标优化算法及应用研究[D];南京航空航天大学;2010年
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