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《中南大学》 2010年
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人工免疫系统的若干关键问题研究

刘星宝  
【摘要】: 人工免疫系统是受自然免疫原理启发而建立的计算模型,由阴性选择算法、克隆选择算法与免疫网络三部分构成。阴性选择算法模拟T细胞精确的自体/异体识别能力,并成功应用于异常检测问题,但是该算法生成的检测系统存在漏洞且计算代价高,影响实际应用。克隆选择算法则模拟了自然免疫系统在应对外界攻击时的免疫响应过程,并将响应过程中表现出的免疫特征应用到高维全局优化问题,但在优化过程中,克隆选择算法表现出早熟收敛、全局搜索能力不足的问题。免疫网络模拟了自然免疫系统,但该模型中存在大量的参数、非常不成熟,导致实际应用价值不高。 本论文研究了阴性选择算法与克隆选择算法中存在的几个关键问题,研究成果及主要创新如下: (1)为降低阴性选择算法的时间复杂度,提出了一种应用种子个体连续位刺激变异的检测器生成策略。首先随机生成种子检测器集合,根据其与自体的亲和度选定变异个体和变异片段;其次在被选个体的特定基因片段发生刺激-应答变异,产生新的候选检测器个体;最后应用r位连续匹配准则筛选候选个体生成新的检测器。该策略的特点在于利用种子个体和自体集合的模式信息指导变异过程,降低候选检测器与自体的匹配成功率。实验表明,在保持高检测率的同时,种子检测器变异算法比穷举算法、个体随机变异算法和检测器连续胞体超变异算法的生成效率更高。 (2)提出层次匹配算法用以降低阴性选择算法的时间复杂度。首先从理论上证明了层次匹配算法的有效性,其次依据r位连续匹配准则将自体集合分解为多个模式子集合以获得构成检测器的组件,最后通过二叉树接合组件得到检测器集合;层次匹配算法充分利用自体模式以提高搜索成功率、缩短生成时间;实验结果表明,在同样的实验环境下层次匹配算法比传统算法和位变异算法有更好的性能。 (3)针对阴性选择算法生成的异常检测系统存在大量漏洞,提出了一种能够探测系统全部漏洞的非检测模式漏洞探测算法(EHANDP)。首先指出了目前检测系统漏洞探测算法(EHASP)的不完备性;然后利用问题空间中的串模式证明了空间中个体成为漏洞的充分必要条件,并提出探测系统漏洞的完备性算法EHANDP;能够找出给定系统的全部漏洞是该算法的主要特点。实验中采用随机数据集和人工数据集比较了两种漏洞探测算法。实验结果表明,EHANDP算法不仅与EHASP有相同的计算复杂度,而且有更强的探测能力。 (4)为了克服免疫算法在优化高维多峰函数时存在的早熟收敛问题,提出一种高效的混合免疫进化算法。动态克隆扩张、基于存档机制的超变异和多母体交叉是该算法的主要特点。同时提出了一种算法性能评价准则,以比较不同算法在优化高维函数时的性能。在实验部分,首先使用经典测试函数测试了混合免疫进化算法的性能,然后分别在不同的评估次数下比较了自适应差分进化、基本免疫算法和混合免疫进化算法。实验结果表明免疫进化算法在求解精度、稳定性等方面均明显优于前两种算法。 (5)针对免疫算法在全局优化过程中多样性不足的问题,提出一种新型的免疫进化算法。提出的α-随机克隆扩张和多受体随机编辑算子是该算法的主要特色,同时引入改进的超变异算子以加强个体的学习能力。在实验环节中,首先通过优化经典的经典测试函数确定了进化群体大小和克隆扩张比;其次,根据算法性能评估准则,比较了免疫进化算法、快速克隆算法和Opt-IMMALG算法,结果表明免疫进化算法明显优于另外两种算法。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP18

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 金彦龄;基于生物智能的物联网协同自治机理研究[D];东华大学;2013年
2 樊敏;基于免疫原理的大型复杂工程项目运营期决策理论与支持系统研究[D];西南交通大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 李超;基于人工免疫的入侵检测算法研究[D];青岛大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前7条
1 刘芳;潘晓英;;基于免疫克隆选择的块匹配运动估计[J];软件学报;2007年04期
2 何申;罗文坚;王煦法;;一种检测器长度可变的非选择算法[J];软件学报;2007年06期
3 李阳阳;焦李成;;量子克隆多播路由算法[J];软件学报;2007年09期
4 丛琳;沙宇恒;焦李成;;采用正交免疫克隆粒子群算法求解SAT问题[J];西安电子科技大学学报;2007年04期
5 郭振河,谭营,刘政凯;基于阴性选择原则的Non-self探测器生成算法[J];小型微型计算机系统;2005年06期
6 庄健;王娜;杜海峰;苟世宁;栗茂林;王孙安;;一种模糊人工免疫网络故障诊断策略[J];自然科学进展;2007年11期
7 刘丽珏;蔡自兴;陈虹;;Immunity clone algorithm with particle swarm evolution[J];Journal of Central South University of Technology(English Edition);2006年06期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 赵芳;郭遂峰;;基于蚁群优化的中国旅行商问题的求解算法[J];新乡学院学报(自然科学版);2008年02期
2 赵芳;马玉磊;;求解TSP问题的改进蚁群算法[J];新乡学院学报(自然科学版);2009年05期
3 孙伟,焦奎,张书圣;伏安酶联免疫分析中一类新的HRP底物体系的初步研究[J];青岛化工学院学报(自然科学版);2000年04期
4 姜梅,张艳,李兰;一种基于生物免疫系统的计算机入侵检测新技术[J];青岛建筑工程学院学报;2004年03期
5 张孝伍;量度计算概念[J];青岛建筑工程学院学报;1998年02期
6 孙学军,李国建,黄凤瑞,姚庆端;门脉高压症脾静脉壁的病理及免疫组化改变[J];前卫医药杂志;1999年01期
7 李联恒;青霉素应用中致过敏性休克一例报告[J];青海医药杂志;2000年06期
8 沈剑贤,沈炯,李益国,周彬华;人工免疫系统原理及其应用[J];汽轮机技术;2005年04期
9 勾忠平,邓道昌;补虚化瘀方拮抗细胞毒剂所致免疫抑制的实验研究[J];肿瘤防治杂志;2004年04期
10 彭惠芬;谢凯;;HLA-G分子在宫颈癌中的表达及意义[J];齐齐哈尔医学院学报;2009年18期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 Lau Henry Y.K.;Ko Albert W.Y.;;The Control of Search and Rescue Robots with the General Suppression Control Framework[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
2 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
3 龚涛;杜常兴;;免疫计算研究的进展[A];中国自动化学会控制理论专业委员会A卷[C];2011年
4 洪露;;一种改进克隆选择算法的收敛速度方法研究[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
5 韩学杰;丁毅;王丽颖;沈绍功;;高血压病痰瘀互结与炎症因子相关的机理探讨[A];自主创新与持续增长第十一届中国科协年会论文集(3)[C];2009年
6 祁振强;胡广大;杨照华;张福恩;;一种基于免疫反馈原理的新型控制算法[A];2003中国控制与决策学术年会论文集[C];2003年
7 李广伟;张鑫波;;一种新型免疫控制器的研究[A];2006中国控制与决策学术年会论文集[C];2006年
8 ;A Novel Poly-clone Particle Swarm Optimization Algorithm and Its Application in Mobile Robot Path Planning[A];Proceedings of 2010 Chinese Control and Decision Conference[C];2010年
9 梁瑞鑫;郑德玲;周颖;位耀光;;免疫遗传算法在高炉焦比目标优化中的应用[A];第二十一届中国控制会议论文集[C];2002年
10 曹爱智;籍立民;娄倩倩;;胆汁酸对肉鸡生产、屠宰性能和免疫功能的影响[A];2009山东饲料科学技术交流大会论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 戴银;鸡MHCⅠ类分子结构与抗病性关系的研究[D];安徽农业大学;2010年
2 王大伟;基于免疫的入侵检测系统中检测器性能研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
3 岑健;基于人工免疫系统的机组复合故障诊断技术研究[D];华南理工大学;2010年
4 吴磊;无线自组织网络中的路由技术相关问题研究[D];电子科技大学;2010年
5 姚良;商业银行金融产品创新的风险传染与免疫研究[D];武汉理工大学;2010年
6 赖芨宇;基于知识挖掘的企业管理集成系统研究[D];东华大学;2011年
7 张淑平;基于视觉的并联机器人位姿检测方法研究[D];东华大学;2010年
8 马鑫;基于协同机制和智能算法的多代理系统研究及应用[D];吉林大学;2011年
9 吕琳;天然气水合物(地球物理属性)的神经网络识别方法及软件开发[D];吉林大学;2011年
10 付宏杰;求解二元约束满足问题的混合差分进化算法研究[D];吉林大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 许媛媛;鸭瘟的动态病理学研究和鸭CD4的克隆[D];华中农业大学;2010年
2 白家媛;樱桃谷鸭CD8α胞外区多肽的原核表达、抗体制备及初步应用[D];华中农业大学;2010年
3 蒋慧;改进的遗传算法在电力系统无功优化中的应用[D];安徽工程大学;2010年
4 武永德;两种不同来源桦褐孔菌多糖的抗氧化与免疫活性的研究[D];浙江理工大学;2010年
5 苗玉洁;基于GA的水下机器人多目标路径规划研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 张帅;拉曼光谱预处理及多组分分析方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 孙洋;基于免疫遗传算法和粒子群算法的聚类研究[D];长沙理工大学;2010年
8 黄辉;基于LSI和SVC的网页文本分类算法研究[D];长沙理工大学;2010年
9 高海霞;中草药添加剂对香猪生长性能、肉品质及血液生化指标的影响[D];甘肃农业大学;2010年
10 姚兴;免疫原理在大规模分布式入侵检测系统中的应用研究[D];江西师范大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 曹先彬,刘克胜,王煦法;基于免疫进化规划的多层前馈网络设计[J];软件学报;1999年11期
2 朱道海,瞿良华;大型工程项目决策分析与环境因素[J];上海大学学报(自然科学版);2001年04期
3 郭振华;大型项目建筑工程一切险承保风险评估方法[J];同济大学学报(自然科学版);2005年07期
4 付小青;陈进;;人工免疫原理在网络入侵检测系统中的研究[J];信息安全与通信保密;2006年07期
5 闫文周,侯渡舟,吁元铭,毕波;工程项目投资决策中的风险评价研究[J];西安建筑科技大学学报(自然科学版);2004年03期
6 何磊,戴冠中;一种基于模糊遗传算法的隶属函数自学习方法研究[J];西北工业大学学报;1997年01期
7 徐泽水;一种交互式多目标决策新方法[J];系统工程理论与实践;2002年02期
8 白广忱,陈焱;系统可靠性多目标优化的满意解[J];系统工程与电子技术;2000年08期
9 王坚强;信息不完全的多准则决策的SIR方法[J];系统工程与电子技术;2004年09期
10 梁意文 ,潘海军 ,康立山;免疫识别器构造的多级演化[J];小型微型计算机系统;2002年04期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 岑健;基于人工免疫系统的机组复合故障诊断技术研究[D];华南理工大学;2010年
2 马慧敏;基于免疫理论的非常规突发事件应急管理主动免疫系统研究[D];武汉理工大学;2010年
3 勾轶;基于免疫算法和多传感器信息融合的电机故障综合诊断方法研究[D];沈阳工业大学;2010年
4 陈文清;基于免疫机理的水泥生产工艺故障智能诊断方法研究[D];华中科技大学;2011年
5 萧毅鸿;基于本体的复杂决策任务表示方法与求解技术研究[D];南京大学;2011年
6 叶洪涛;基于免疫算法的污水处理系统预测及优化控制研究[D];华南理工大学;2011年
7 王炼红;人工免疫优化与分类算法及其应用研究[D];湖南大学;2009年
8 王亚奇;多传播因素的复杂网络病毒传播及免疫策略研究[D];南京邮电大学;2011年
9 陈伟锋;大规模复杂过程系统的高性能优化理论与方法研究[D];浙江大学;2011年
10 王辉;可变模糊匹配阴性选择免疫算法研究[D];哈尔滨工程大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 蔡志平;计算机病毒检测技术研究与实现[D];国防科学技术大学;2001年
2 曲波;基于克隆选择计算的入侵检测方法研究[D];西安电子科技大学;2005年
3 郭春阳;基于人工免疫的入侵检测方法研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
4 季翠翠;基于人工免疫的网络入侵检测系统研究[D];中国石油大学;2010年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 李裕珺;逆变式DG并网孤岛检测研究[D];西南交通大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前7条
1 贺龙涛,方滨兴,余翔湛;一种时间复杂度最优的精确串匹配算法[J];软件学报;2005年05期
2 王新红,王光兴;基于遗传算法的时延受限代价最小组播路由选择方法[J];通信学报;2002年03期
3 王成栋,张优云;基于实数编码的自适应伪并行遗传算法[J];西安交通大学学报;2003年07期
4 陈进,姜鸣;高阶循环统计量理论在机械故障诊断中的应用[J];振动工程学报;2001年02期
5 屈梁生,张海军;机械诊断中的几个基本问题[J];中国机械工程;2000年Z1期
6 王磊,潘进,焦李成;基于免疫策略的进化算法[J];自然科学进展;2000年05期
7 杜海峰,公茂果,焦李成,刘若辰;用于高维函数优化的免疫记忆克隆规划算法[J];自然科学进展;2004年08期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前7条
1 何宏;钱锋;;基于免疫网络理论的动态超变异免疫算法[J];华东理工大学学报(自然科学版);2007年03期
2 何宏;钱锋;;基于免疫网络调节机理的混沌超变异免疫算法[J];系统仿真学报;2008年11期
3 刘继忠,周晓军,熊勇;人工免疫系统超变异模式识别及应用[J];传感技术学报;2005年03期
4 胡能发;邓永发;;基于超变异抗体克隆选择算法的JSSP求解[J];福建电脑;2008年10期
5 宋丹;;基于等级信息反馈的进化算法[J];沈阳工业大学学报;2012年04期
6 刘继忠,王波;AIS超变异模式识别技术及Matlab语言实现[J];计算机时代;2005年05期
7 于宗艳;王丽;;免疫优化算法及应用[J];计算机仿真;2009年12期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 刘星宝;人工免疫系统的若干关键问题研究[D];中南大学;2010年
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