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《兰州理工大学》 2010年
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基于拟态物理学的全局优化算法设计及性能分析

谢丽萍  
【摘要】:优化问题普遍存在于现实世界的各个领域,寻求高效稳健的智能优化算法是人们长期以来一直研究和探讨的课题。拟态物理学是一种模拟物体间存在虚拟力作用以及物体运动遵循牛顿力学定律的方法。该方法研究大量个体通过相互间的简单吸引和排斥涌现群体的复杂行为,实现多智能体系统的分布式复杂控制,是求解分布式复杂问题的一种有效工具。本文采用拟态物理学方法,通过借鉴从拟态物理角度模拟生物觅食的搜索机理,构造了一种新的优化算法,从框架建立、作用力规则设计、质量函数构造,混合策略、收敛性分析、参数选择、群机器人目标搜索等方面对算法进行理论和应用研究。 受拟态物理学方法的启发,通过比较模拟生物觅食的物理个体与理想微粒间的特征异同,建立了拟态物理学方法与基于种群的优化算法之间的映射关系。在此基础上,建立了基于拟态物理学的优化算法基本框架,设计了负指数、单峰和线性三种作用力规则。从理论分析和仿真测试两方面说明了这三种作用力规则驱动下算法的可行性和有效性,同时,也说明了线性作用力规则驱动下的算法寻优效率较高,稳定性较强,更适合解决复杂优化问题。个体质量是用户定义的有关个体适应值的函数,能够反映个体适应值的优劣,为优化搜索提供重要信息。本文给出质量函数应具有的性质以及构造的方法,并将构造的质量函数按其曲线类型分为直线、凸曲线、凹曲线、先凸后凹曲线四种质量函数,仿真测试了四种曲线质量函数对算法性能的影响,结果表明凹曲线质量函数能提高算法的搜索效率。 借鉴群居性生物的记忆能力和交互能力,提出一种扩展的拟态物理学优化算法,仿真结果表明该扩展模型比原算法具有较好的种群多样性和较快的收敛速度。另外,为有效利用个体搜索方向这一重要信息,建立了拟态物理学优化算法的矢量模型。为提高矢量模型算法的局部搜索能力,提出分别将一维搜索和多维搜索方法作为其局部搜索算法,仿真结果表明这两种混合算法有效改善了矢量模型算法的局部搜索能力。 收敛性问题是优化算法理论研究的重要内容。本文采用离散线性系统理论对拟态物理学优化算法的收敛性进行分析,得出算法收敛的充分必要条件,证明了该算法是依概率1收敛的。从算法的收敛性角度,提出定常和自适应两种引力常数选择策略。仿真结果表明自适应引力常数可以增强算法的种群多样性,提高算法全局收敛的概率。 针对群机器人目标搜索问题,将拟态物理学优化算法作为群机器人的系统建模和协调控制工具。将机器人抽象成二维封闭空间中的运动个体、将其动态特性抽象为一阶惯性环节,参考拟态物理学优化算法的引斥力规则建立了机器人之间的虚拟作用力规则,给出了基于拟态物理学优化算法的全局感知群机器人目标搜索模型。针对实际应用中机器人感知能力有限的特性,提出了机器人时变感知域的概念,并在此基础上建立了局部感知的群机器人目标搜索模型。而且对这两种模型中的控制策略和算法进行了设计。在理想条件下对这两种模型的仿真测试说明了该算法应用于全局感知和局部感知的群机器人目标搜索的可行性和有效性。
【学位授予单位】:兰州理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP301.6

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 蔡巧珍;谭瑛;王艳;;基于非支配排序的多目标拟态物理学优化算法[J];太原科技大学学报;2013年01期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 莫思敏;基于群体交互自组织种群结构的扩展微粒群算法研究[D];兰州理工大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 蔡巧珍;多目标拟态物理学优化算法解集分布性研究[D];太原科技大学;2013年
2 麻晓宁;引入距离因子的拟态物理学优化算法[D];太原科技大学;2014年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张海英 ,刘祚时 ,林桂娟;群体机器人研究的现状和发展[J];电子技术应用;2004年02期
2 郭鹏;王宇平;;一类改进的类电磁机制算法[J];电子科技;2009年09期
3 韩丽霞;王宇平;;求解无约束优化问题的类电磁机制算法[J];电子学报;2009年03期
4 高亮;王晓娟;魏巍;陈亚洲;;一种改进的类电磁机制算法[J];华中科技大学学报(自然科学版);2006年11期
5 曾建潮,崔志华;一种保证全局收敛的PSO算法[J];计算机研究与发展;2004年08期
6 曾建潮;崔志华;;微粒群算法的统一模型及分析[J];计算机研究与发展;2006年01期
7 胡建秀;曾建潮;;二阶微粒群算法[J];计算机研究与发展;2007年11期
8 谭民,范永,徐国华;机器人群体协作与控制的研究[J];机器人;2001年02期
9 李群明,熊蓉,褚健;室内自主移动机器人定位方法研究综述[J];机器人;2003年06期
10 李俊彩;孟庆浩;梁琼;;基于进化梯度搜索的机器人主动嗅觉仿真研究[J];机器人;2007年03期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 崔志华;微粒群算法的性能分析与优化[D];西安交通大学;2008年
2 王芳;粒子群算法的研究[D];西南大学;2006年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 汪祖柱,程家兴;求解组合优化问题的一种方法—分枝定界法[J];安徽大学学报(自然科学版);2004年01期
2 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
3 智莹;;基于WEB的计算机辅助机械创新设计系统研究[J];鞍山师范学院学报;2008年04期
4 郭鹏;;求解无约束优化的类电磁机制算法的改进[J];安阳师范学院学报;2010年05期
5 卢礼顺,刘建航,易达;基于神经网络的基坑与紧邻桩变形相关预测[J];地下空间;2003年04期
6 刘开云;刘保国;徐冲;;基于PSO-BP算法的隧道非线性位移分析模型[J];地下空间与工程学报;2009年02期
7 徐诚革,李霞;混合搜索策略及其在VLSI冗余最优分配中的应用[J];半导体技术;2003年12期
8 郭永辉;;基于鼓-缓冲器-绳子理论的晶圆厂生产优化研究[J];半导体技术;2007年10期
9 徐如清;董刚;黄炜炜;杨银堂;;多芯片组件基板单探针测试路径的二次优化[J];半导体学报;2007年10期
10 侯冬,潘林,胡勇波;车灯线光源的优化设计[J];北方工业大学学报;2004年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王国庆;李国福;李旭渊;;基于PSO-K均值聚类的核事故应急监测点位快速确定技术研究[A];全国危险物质与安全应急技术研讨会论文集(上)[C];2011年
2 雷琪;吴敏;;基于协同进化算法的焦炉火道温度模糊优化控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 熊举峰;谭冠政;;群机器人网格分布控制研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 崔志华;蔡星娟;曾建潮;孙国基;;基于预测速度的改进微粒群算法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 蔡星娟;崔志华;曾建潮;谭瑛;;自适应PID控制微粒群算法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 曲东才;徐庆九;;一种非线性系统ANN逆模型建模方案及EFRA训练算法仿真[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 黄天云;王晓楠;陈雪波;徐望宝;;基于多任务的组群机器人系统结构分析与设计[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
8 付佳;王美玲;杨毅;周培德;;基于计算几何算法的多智能体快速编队[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
9 袁少强;徐发洋;;基于CPSO的有限反馈增益系统设计[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
10 张文广;史贤俊;廖剑;李新;;RBF神经网络在惯导系统传递对准中的应用[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王玉全;基于全景视觉的移动机器人同时定位与地图创建方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 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
3 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
4 张帆;全景视觉图像质量优化方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 张子迎;多机器人协作及环境建模技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
6 冷欣;船用增压锅炉汽包水位预测控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
7 朱怡;潜艇航行训练模拟器模型简化与参数优化研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
8 贺士晶;核动力装置参数优化设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 许爱德;开关磁阻电机在船舶电力推进中的应用研究[D];大连海事大学;2010年
10 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
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 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
2 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
3 靳昌田;煤炭集团物料配送优化研究[D];山东科技大学;2010年
4 秦丰林;面向机器人足球比赛的开放式仿真系统开发[D];浙江理工大学;2010年
5 赵乐乐;在役桥梁结构健康诊断与寿命预测技术研究[D];郑州大学;2010年
6 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
7 唐高松;基于Volterra级数模型辨识的旋转机械故障诊断方法研究[D];郑州大学;2010年
8 陈阳;基于人工鱼的全局优化文化算法及其应用[D];郑州大学;2010年
9 姜婵娟;遥控式水下机器人PID运动控制算法优化研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 程朗;基于多测距仪的AUV三维避碰方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 韩丽霞;王宇平;;求解无约束优化问题的类电磁机制算法[J];电子学报;2009年03期
2 李密青;郑金华;李珂;;一种非均匀分布问题分布性维护方法[J];电子学报;2011年04期
3 焦长义;穆华平;李静;;基于高聚集性无标度网络模型的微粒群算法[J];复杂系统与复杂性科学;2010年01期
4 焦世民;谢丽萍;曾建潮;;基于拟态物理学的群集行为研究[J];复杂系统与复杂性科学;2012年02期
5 任子晖;王坚;;基于熵的改进粒子群优化算法[J];系统工程;2009年08期
6 高亮;王晓娟;魏巍;陈亚洲;;一种改进的类电磁机制算法[J];华中科技大学学报(自然科学版);2006年11期
7 吴庆洪,张纪会,徐心和;具有变异特征的蚁群算法[J];计算机研究与发展;1999年10期
8 张利彪,周春光,马铭,刘小华;基于粒子群算法求解多目标优化问题[J];计算机研究与发展;2004年07期
9 张利彪;周春光;马铭;孙彩堂;;基于极大极小距离密度的多目标微分进化算法[J];计算机研究与发展;2007年01期
10 介婧;曾建潮;韩崇昭;;基于群体多样性反馈控制的自组织微粒群算法[J];计算机研究与发展;2008年03期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 王艳;多目标拟态物理学优化算法及其应用研究[D];兰州理工大学;2011年
2 崔志华;微粒群算法的性能分析与优化[D];西安交通大学;2008年
3 张丽平;粒子群优化算法的理论及实践[D];浙江大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 薛娟;多目标进化算法中非均匀问题的研究[D];湘潭大学;2005年
2 黄红球;对有向网络理论及应用的一些研究[D];武汉理工大学;2007年
3 蔡星娟;个性化微粒群算法研究[D];太原科技大学;2008年
4 穆华平;基于动态邻域结构的微粒群算法研究[D];太原科技大学;2008年
5 褚永芳;信息交互与处理微粒群算法[D];太原科技大学;2009年
6 苗彦江;交互变邻域微粒群算法[D];太原科技大学;2010年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 台亚丽;曾建潮;莫思敏;;基于静态有向种群结构的EPSO算法研究[J];太原科技大学学报;2014年01期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 台亚丽;基于有向自组织种群结构的扩展微粒群算法研究[D];太原科技大学;2014年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 肖扬,杜锡钰;时变离散系统的渐进稳定性检验定理及算法[J];北方交通大学学报;1998年06期
2 陈泓娟,班晓娟,艾迪明,涂序彦,卢汉清;人工生命的概念、内容和方法[J];北京科技大学学报;2002年03期
3 王建中;刘晶晶;;微小型多机器人自重构的红外定位及对接方法[J];北京理工大学学报;2006年10期
4 游林,温巧燕,杨义先;DNA计算与数据加密标准[J];北京邮电大学学报;2004年02期
5 王玲;刘云辉;万建伟;邵金鑫;;基于相对方位的多机器人合作定位算法[J];传感技术学报;2007年04期
6 金建萍;社会自组织演化的基本原理[J];东方论坛(青岛大学学报);2004年01期
7 马明山,朱绍文,何克忠,李相伟;室外移动机器人定位技术研究[J];电工技术学报;1998年02期
8 刘自发,葛少云,余贻鑫;基于混沌粒子群优化方法的电力系统无功最优潮流[J];电力系统自动化;2005年07期
9 谈英姿,沈炯,肖隽,宋兆龙,吕震中;人工免疫工程综述[J];东南大学学报(自然科学版);2002年04期
10 张海英 ,刘祚时 ,林桂娟;群体机器人研究的现状和发展[J];电子技术应用;2004年02期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 王芳;粒子群算法的研究[D];西南大学;2006年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 周建华,游佰强,洪志哲;反射式椭偏测试系统的全局优化算法[J];激光与红外;2005年03期
2 吕彦,解学书;多元插值全局优化算法及其应用[J];信息与控制;1992年02期
3 张贵军,俞立,吴惕华;线性约束非线性函数全局优化算法的研究[J];控制理论与应用;2005年01期
4 段红伟;胡劲松;;基于模拟退火算法的实现及应用[J];科技信息(学术研究);2007年31期
5 刘华;丁全心;;全局优化高比变焦系统研究[J];激光与红外;2006年12期
6 冯方;张爱华;朱静;;定量会聚束电子衍射:Ⅱ.QCBED在镧钙锰氧中的应用[J];电子显微学报;2007年02期
7 许小健;张金轮;;微进化算法[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2010年04期
8 刘佳;;改进人工鱼群算法及在函数优化问题中的应用[J];石家庄铁路职业技术学院学报;2011年03期
9 刘佳;刘丽娜;李靖;陈立潮;;基于模拟退火算法的改进人工鱼群算法研究[J];计算机仿真;2011年10期
10 葛利嘉,陈天麒,黄香馥;多信号波长与方位的联合估计及其全局优化算法[J];电子学报;1993年10期
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1 李军;朱红毅;;利用结合局域优化的全局优化算法求解脑磁逆问题[A];首届中国神经信息学讨论会摘要[C];2000年
2 张明;周永权;;一种新型的全局优化算法—区间进化算法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
3 李志伟;胥颐;郝天珧;刘劲松;;利用非线性方法反演琉球-台湾-吕宋地区的岩石层P波速度结构[A];中国科学院地质与地球物理研究所2007学术论文汇编(第六卷)[C];2008年
4 祝开建;李炎恒;蒋方华;龚胜平;李俊峰;宝音贺西;;混合群智能算法在行星探测轨迹优化中的应用[A];北京力学会第14届学术年会论文集[C];2008年
5 冯恩民;张军;王锡禄;王勇;;换热网络综合问题中的布局优化[A];中国运筹学会第六届学术交流会论文集(下卷)[C];2000年
6 滕春贤;李磊;田广悦;李皓白;;一类非线性两级整数规划问题的全局优化方法[A];中国运筹学会第六届学术交流会论文集(下卷)[C];2000年
7 胡龙胜;王家林;吴健生;;标定选择与动态变异遗传算法在重力界面反演中的应用[A];中国地球物理学会年刊2002——中国地球物理学会第十八届年会论文集[C];2002年
8 杜修力;曾迪;;基于演化-单纯形算法和结构物理响应反演结构物理参数的方法[A];第八届全国振动理论及应用学术会议论文集摘要[C];2003年
9 赵遵辉;尚海滨;崔平远;;基于混合优化方法的小推力借力转移轨道设计与优化[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年
10 曾君;李敏;刘俊峰;吴捷;;面向可再生能源的分布式发电系统的能量管理全局优化算法研究与应用[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 周雪刚;非凸优化问题的全局优化算法[D];中南大学;2010年
2 魏昕;基于元模型的全局优化算法研究[D];华中科技大学;2012年
3 谢丽萍;基于拟态物理学的全局优化算法设计及性能分析[D];兰州理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 石义辉;比式和问题的全局优化算法[D];河南师范大学;2011年
2 孙雅芳;基于视觉认知的全局优化算法[D];长春工业大学;2011年
3 刘东伟;一类DC规划的全局优化算法[D];长春工业大学;2010年
4 马琳;广义几何规划的全局优化算法研究[D];重庆大学;2013年
5 刘巍;非凸规划组合同伦算法复杂性分析[D];长春工业大学;2011年
6 邹林君;基于Kriging模型的全局优化方法研究[D];华中科技大学;2011年
7 齐改娣;比式和及多乘积两类问题的全局优化[D];河南师范大学;2012年
8 陈焰华;基于神经网络的聚合过程建模方法研究[D];浙江工业大学;2002年
9 孙宏波;基于光谱干涉理论的光学介质特性测量技术研究[D];浙江大学;2003年
10 曾凡文;求解广义几何规划问题的两种全局优化方法[D];河南师范大学;2011年
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