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《兰州理工大学》 2011年
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多目标拟态物理学优化算法及其应用研究

王艳  
【摘要】:无论科学研究还是工程应用,许多领域都涉及到多目标优化问题,寻求高效稳健的多目标优化算法是研究者们长期以来关注的一个重要课题。拟态物理学优化算法是刚刚出现的一种随机搜索算法,该方法从拟态物理角度来模拟生物觅食机制,对单目标全局优化问题进行求解,在算法收敛性、解集多样性及算法鲁棒性等方面具有较好性能。本文将拟态物理学优化算法应用于多目标优化领域,主要围绕多目标拟态物理学优化算法框架、算法的有效性、种群多样性、适应值的选取、多目标拟态物理学优化算法的约束处理等方面进行理论研究,并将其应用于移动机器人的路径规划中,主要研究成果如下: 1.通过比较拟态物理学优化算法与典型的基于种群的优化算法之间特征的异同,阐述了基于拟态物理学优化算法解决多目标优化问题的可行性,分析了将拟态物理学优化算法应用于多目标优化领域需要解决的关键问题,建立了多目标拟态物理学优化算法的基本框架。在此基础上,融合聚集函数法,提出了一种多目标拟态物理学优化算法,通过仿真测试说明了多目标拟态物理学优化算法的有效性。 2.从拟态物理学优化算法自身特点出发,分析了个体作用于种群中其他个体的虚拟力之和与种群多样性的关系,提出了一种基于虚拟力排序的多目标拟态物理学优化算法,并基于概率论的基本知识,对所提算法的收敛性进行了理论分析与证明,通过仿真实验说明了算法具有较好性能,特别在解集多样性保持方面,要优于经典多目标进化算法。 3.分析了多目标拟态物理学优化算法中个体质量与多目标优化问题中个体适应值的关系,从多目标优化问题的特点出发,利用基于Pareto的序值概念及基于邻域半径的共享技术,来确定多目标拟态物理学优化算法中的质量函数,提出了一种基于序值的多目标拟态物理学优化算法。通过与经典多目标进化算法及多目标微粒群优化算法在一系列标准的、复杂的多目标优化测试函数上的数值实验,分析了算法的性能特征。 4.对约束多目标拟态物理学优化算法进行了研究。首先将可行规则法作为约束处理机制,设计了可行个体及不可行个体的质量函数及虚拟力作用规则,在此基础上提出了一种基于虚拟力减小的约束多目标拟态物理学优化算法,有效处理了可行个体进入不可行域的情况,从而较好解决了Pareto最优解集位于可行域及不可行域边界的约束多目标优化问题,同时,利用概率论的基本理论对该算法进行了收敛性分析证明,通过仿真测试说明了该算法的性能。然后利用约束保持法对约束多目标优化问题中的约束进行处理,结合基于序值的拟态物理学优化算法的基本思想,提出了一种基于序值的约束多目标拟态物理学优化算法,通过数值实验,分析了算法性能。 5.针对具有多个优化目标的移动机器人全局路径规划问题,首先根据障碍物信息建立机器人工作空间模型,将移动机器人路径规划转化为一个连续空间的约束多目标优化问题。其次,分析移动机器人路径规划特点,将路径长度及路径平滑度作为优化目标,构造移动机器人路径规划的适应值函数,建立了基于多目标拟态物理学优化的移动机器人路径规划模型。然后利用基于序值的约束多目标拟态物理学优化算法对移动机器人的路径进行规划。同时,采用NSGA-II在同样的工作环境与模型下对移动机器人路径进行了规划,通过仿真实验的对比结果说明了将约束多目标拟态物理学优化算法应用于移动机器人路径规划的可行性与有效性。最后利用基于虚拟力减小的约束多目标拟态物理学优化算法对移动机器人路径进行规划,通过仿真实验分析了基于两种不同约束多目标拟态物理学优化算法的移动机器人路径规划算法的工程应用范围。
【学位授予单位】:兰州理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TP18

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 王立国;魏芳洁;;结合APO算法的高光谱图像波段选择[J];哈尔滨工业大学学报;2013年09期
中国硕士学位论文全文数据库 前1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
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王小刚;李明杰;王福利;胡伦;;一种新的多目标粒子群算法的研究与应用[J];东北大学学报(自然科学版);2008年10期
2 金欣磊;马龙华;刘波;钱积新;;基于动态交换策略的快速多目标粒子群优化算法研究[J];电路与系统学报;2007年02期
3 胡德峰;张步涵;姚建光;;基于改进粒子群算法的多目标最优潮流计算[J];电力系统及其自动化学报;2007年03期
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5 尚荣华;焦李成;马文萍;公茂果;;用于约束多目标优化的免疫记忆克隆算法[J];电子学报;2009年06期
6 鲍培明;朱庆保;;用于多目标进化的归一化排序非支配集构造方法[J];电子学报;2009年09期
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8 薛英花;田国会;李国栋;;利用改进的粒子群算法的机器人全局路径规划[J];华中科技大学学报(自然科学版);2008年S1期
9 邹秀芬,刘敏忠,吴志健,康立山;解约束多目标优化问题的一种鲁棒的进化算法[J];计算机研究与发展;2004年06期
10 郑金华,史忠植,谢勇;基于聚类的快速多目标遗传算法[J];计算机研究与发展;2004年07期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 汪祖柱;基于演化算法的多目标优化方法及其应用研究[D];安徽大学;2005年
2 成伟明;移动机器人自主导航中的路径规划与跟踪控制技术研究[D];南京理工大学;2007年
3 刘桂萍;基于微型遗传算法的多目标优化方法及应用研究[D];湖南大学;2008年
4 陈少斌;自主移动机器人路径规划及轨迹跟踪的研究[D];浙江大学;2008年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 芦垒;欧阳峰;骆珍珍;;浅析幂函数加和型普适指数公式在湖泊富营养化综合评价中的应用[J];安徽农业科学;2008年33期
2 赵吉武;邹长武;卢晓宁;;基于粒子群算法的综合暴雨强度公式[J];安徽农业科学;2010年30期
3 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
4 谭乐祖;任东彦;温巧林;;基于杂交粒子群算法的弹炮混编防空群火力优化模型[J];兵工自动化;2010年02期
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8 陈昊;厉虹;;基于粒子群算法的无刷直流电机调速系统应用研究[J];北京机械工业学院学报;2008年04期
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10 李擎;徐银梅;张德政;尹怡欣;;基于粒子群算法的移动机器人全局路径规划策略[J];北京科技大学学报;2010年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 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
2 崔凯;曹卫华;吴敏;王春生;;面向综合生产目标的铅锌烧结过程智能建模与优化方法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
3 李爱平;赖旭芝;吴敏;雷琪;;基于多目标优化模型的炼焦生产过程优化[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
4 Anugrah k.PAMOSOAJI;Augie WIDYOTRIATMO;Keum-Shik HONG;;Sensor-Based Planning and Control Algorithms for a Mobile Robot over a Given Global Planning[A];中国自动化学会控制理论专业委员会A卷[C];2011年
5 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
6 ;Mobile Robot Path Planning Based on Improved Ant Colony Optimization Algorithm[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年
7 史久根;徐胜生;;基于文化-粒子群算法的机器人路径规划算法[A];2011中国仪器仪表与测控技术大会论文集[C];2011年
8 陈国栋;韩旭;刘桂萍;;基于代理模型引导采样的薄板冲压成形变压边力优化[A];结构及多学科优化工程应用与理论研讨会’2009(CSMO-2009)论文集[C];2009年
9 王坤坤;尹怡欣;;基于一种改进PSO的移动机器人路径规划[A];2006年首届ICT大会信息、知识、智能及其转换理论第一次高峰论坛会议论文集[C];2006年
10 王云;董增寿;卓东风;;基于图像纹理和结构特征的燃烧指数的高温低氧火焰燃烧稳定性识别[A];2007北京地区高校研究生学术交流会通信与信息技术会议论文集(上册)[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 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
2 毛宇峰;水下机器人系统体系结构及避障控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 张进;地震叠前数据的弹性阻抗非线性反演方法研究[D];中国海洋大学;2009年
4 曲建华;基于群体智能的聚类分析[D];山东师范大学;2010年
5 李方义;区间非概率多目标优化设计方法及其在车身设计中的应用[D];湖南大学;2010年
6 黄林峰;多目标进化算法研究[D];中国科学技术大学;2009年
7 丁力平;面向质量特性的定制产品稳健设计技术及其应用研究[D];浙江大学;2010年
8 王玉宝;节水型农业种植结构优化研究[D];西北农林科技大学;2010年
9 张明明;面向量子可逆逻辑自动综合的多目标进化算法研究[D];东华大学;2010年
10 周晖;自由搜索算法及其在传感器网络中的应用[D];东华大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 何慧娟;基于多传感器的移动机器人障碍物检测与定位研究[D];安徽工程大学;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 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
4 张静;协同产品开发过程规划方法研究[D];山东科技大学;2010年
5 王立;面向非结构化地形的六足步行机器人运动规划研究[D];浙江理工大学;2010年
6 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
7 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
8 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
9 杨秀成;六自由度检修机械臂路径规划研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 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
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 丁胜;袁修孝;陈黎;;粒子群优化算法用于高光谱遥感影像分类的自动波段选择[J];测绘学报;2010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 刘颖;谷延锋;张晔;张钧萍;;一种高光谱图像波段选择的快速混合搜索算法[J];光学技术;2007年02期
4 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
5 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
6 王艳;曾建潮;;解决多目标优化问题的拟态物理学优化算法[J];计算机工程;2010年20期
7 周育人,闵华清,许孝元,李元香;多目标演化算法的收敛性研究[J];计算机学报;2004年10期
8 倪霖;郑洪英;;基于免疫粒子群算法的特征选择[J];计算机应用;2007年12期
9 王力军;欧吉顺;周楚新;;一种改进的基于禁忌搜索的特征选择算法[J];中国制造业信息化;2011年05期
10 吴昊;李士进;林林;万定生;;多策略结合的高光谱图像波段选择新方法[J];计算机科学与探索;2010年05期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 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
2 周爽;蚁群算法在高光谱图像降维和分类中的应用研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 马江涛;基于遗传与蚁群的混合算法路径优化研究[D];湖北工业大学;2011年
2 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
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王丽;刘玉树;徐远清;;基于在线归档技术的多目标粒子群算法[J];北京理工大学学报;2006年10期
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10 姚诸香,李庆庆,郭玉金,顾才荣,涂惠亚;带惩罚项的无功优化潮流模型与算法[J];电力系统及其自动化学报;1998年03期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 孙炜;智能神经网络的机器人控制理论方法研究[D];湖南大学;2002年
2 邹细勇;自主移动机器人的智能导航研究[D];浙江大学;2005年
3 王洪斌;不确定性机器人轨迹跟踪鲁棒控制方法研究[D];燕山大学;2006年
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3 练在中;三维隐藏线消除法综述[J];计算机研究与发展;1987年10期
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7 刘伯强,刘忠国;张力同步系统微机控制算法的实现[J];机械与电子;2000年04期
8 杨锦宣;;重复数据统计算法及在商务网站中的应用[J];科技信息;2011年20期
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10 刘伯强;曹景森;;单片机控制系统中算法的处理和应用[J];电气自动化;1995年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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2 黄友锐;赵娜娜;;一种基于小波分析的焊缝识别算法[A];煤矿自动化与信息化——第20届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨第2届中国煤矿信息化与自动化高层论坛论文集[C];2010年
3 李易;管庆;;基于DM642的智能视频监控系统[A];2008年中国西部青年通信学术会议论文集[C];2008年
4 侯艳芳;冯红梅;;基于神经网络的调制识别算法的研究[A];武汉(南方九省)电工理论学会第22届学术年会、河南省电工技术学会年会论文集[C];2010年
5 张明慧;;基于模糊蒙片算法的CR图像边缘增强[A];第六届全国信息获取与处理学术会议论文集(1)[C];2008年
6 程勇新;朱清新;;一种基于边折叠LOD技术的蒙皮动画算法[A];第六届和谐人机环境联合学术会议(HHME2010)、第19届全国多媒体学术会议(NCMT2010)、第6届全国人机交互学术会议(CHCI2010)、第5届全国普适计算学术会议(PCC2010)论文集[C];2010年
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8 刘田军;唐友喜;孙德福;;基于预修正ACE的OFDM系统峰平比抑制方法[A];2008年中国西部青年通信学术会议论文集[C];2008年
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10 孙岚;刘雁春;陆秀平;欧阳永忠;李明叁;许家琨;;利用CUBE算法处理多波束测深数据研究[A];第二十一届海洋测绘综合性学术研讨会论文集[C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
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6 张显峰;机载干涉SAR系统掀起测绘革命[N];中国矿业报;2004年
7 ;22寸宽屏典范[N];电子资讯时报;2007年
8 本报记者 王繁泓;定华:破解储罐液位测量难题[N];中国化工报;2006年
9 记者 董映璧;人类活动影响全球气温[N];科技日报;2007年
10 苗得雨;挺进图像搜索时代[N];电脑报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨矫云;大规模生物序列分析的高性能算法和模型[D];中国科学技术大学;2014年
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3 黄亮;社会网络中的社区发现与链接预测算法研究[D];华中科技大学;2012年
4 石斌斌;高自由度GNSS抗干扰技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
5 李一明;基于传导闭包图结构的布图算法研究[D];电子科技大学;2011年
6 樊玲;微弱目标检测前跟踪算法研究[D];电子科技大学;2013年
7 郭玉坤;某些正反散射问题的快速算法研究[D];吉林大学;2010年
8 兰远东;基于图的半监督学习理论、算法及应用研究[D];华南理工大学;2012年
9 周玉宇;基于Memetic算法的套料与切割优化方法研究[D];华中科技大学;2012年
10 张琦;基于聚合场模型的数据竞争算法及其应用研究[D];哈尔滨工程大学;2013年
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1 陈志强;基于经验模态分解算法的列车超偏载检测[D];中南大学;2010年
2 戴金;改进K-MEANS算法及在Ⅰ型糖尿病血糖值的聚类应用[D];北京交通大学;2011年
3 余港;改进PSO算法及其应用[D];成都理工大学;2010年
4 余兵;基于枝条相关性的人工植物算法[D];太原科技大学;2013年
5 李亚龙;改进量子蚁群算法的研究及应用[D];安徽大学;2014年
6 汪洋;复杂网络的社团发现算法研究[D];安徽大学;2014年
7 段奇志;元器件光学检测系统的算法研究与实现[D];哈尔滨工业大学;2011年
8 庞秀立;基于色散算法的超宽带微波肿瘤检测技术研究[D];西安电子科技大学;2013年
9 史世泽;局部敏感哈希算法的研究[D];西安电子科技大学;2013年
10 石丽红;基于SOM算法的高维数据可视化[D];燕山大学;2013年
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