【摘要】：生物地理學(xué)優(yōu)化算法是近年來提出的一種模擬生物物種在棲息地的分布、遷移以及滅絕的演化算法。該算法因其獨(dú)特的演化機(jī)制和出色的尋優(yōu)能力而廣受關(guān)注。隨著研究的深入和應(yīng)用的推廣,人們逐步認(rèn)識到該算法在具有出色尋優(yōu)能力的同時,也暴露出局部搜索能力弱的問題,有鑒于此,本文旨在設(shè)計(jì)與分析一種基于自組織學(xué)習(xí)的生物地理學(xué)優(yōu)化算法,并對復(fù)雜數(shù)值優(yōu)化和混沌時間序列預(yù)測的求解問題展開研究,主要工作如下:1.自組織個體鄰域?qū)W習(xí)模型的構(gòu)建。本文針對基于全局拓?fù)溧徲虻膫�體信息遷移策略容易誘使算法陷入局部最優(yōu)的問題,設(shè)計(jì)了一種自組織個體鄰域?qū)W習(xí)模型。首先,該模型利用自組織網(wǎng)絡(luò)將種群從高維空間映射到低維空間,并通過反復(fù)學(xué)習(xí)為每個個體找到對應(yīng)的神經(jīng)元;其次,利用自組織網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)洳蛔冃詾閭�體構(gòu)建鄰域模型;最后,由該模型實(shí)現(xiàn)個體信息的有效傳遞,有利于保持種群多樣性,避免算法過早陷入局部最優(yōu)。2.自組織鄰域?qū)W習(xí)的遷移算子設(shè)計(jì)。針對生物地理學(xué)優(yōu)化算法的遷移算子探索能力強(qiáng),開發(fā)能力弱的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種自組織拓?fù)溧徲驅(qū)W習(xí)的遷移算子。首先,根據(jù)已構(gòu)建的自組織鄰域模型,設(shè)計(jì)一種具有方向引導(dǎo)的差分遷移算子使個體朝著更加有利的方向演化,以此提高算法的局部搜索能力;其次,設(shè)計(jì)一種自適應(yīng)選擇機(jī)制來動態(tài)調(diào)節(jié)不同遷移算子的計(jì)算資源利用率,以此實(shí)現(xiàn)全局與局部搜索能力的有效平衡,從而提高算法性能。3.自組織個體鄰域?qū)W習(xí)的有效性研究。為驗(yàn)證改進(jìn)算法的有效性,本文選取四種對比算法在23個經(jīng)典測試函數(shù)上進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,基于自組織學(xué)習(xí)的生物地理學(xué)優(yōu)化算法的整體性能明顯優(yōu)于其它四種對比算法,且性能的提升主要是由于自組織個體鄰域?qū)W習(xí)機(jī)制的作用。此外,將改進(jìn)算法進(jìn)一步應(yīng)用于混沌系統(tǒng)時間序列預(yù)測問題,基于Box-Jenkins、Lorenz混沌系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)證實(shí)了改進(jìn)算法的有效性。綜上所述,基于自組織學(xué)習(xí)的生物地理學(xué)優(yōu)化算法不僅顯著提升了生物地理學(xué)優(yōu)化算法的尋優(yōu)性能,而且其改進(jìn)策略對其它演化算法的改進(jìn)具有一定的借鑒意義,具有較強(qiáng)的學(xué)術(shù)價值。
【圖文】：

生物地理學(xué)優(yōu)化算法 述2 生物地理學(xué)優(yōu)化算法概述2.1 生物地理學(xué)簡介BBO 的理論基礎(chǔ)是生物地理學(xué)，生物地理學(xué)是一門研究生態(tài)系統(tǒng)中物種分布的學(xué)科，生物地理學(xué)的數(shù)學(xué)模型描述了物種在棲息地之間遷移、繁衍和滅絕的過程。一個生態(tài)系統(tǒng)通常分散著多個棲息地，如圖 2-1 物種遷移圖所示，物種在生態(tài)系統(tǒng)中會因?yàn)闂⒌丨h(huán)境因素的改變而發(fā)生遷移。在生物地理學(xué)中，用適宜度指數(shù) HSI（Habitat Suitability Index）衡量一個棲息地是否適宜居住，影響棲息地優(yōu)劣的因素主要包括物種數(shù)量、生存空間、植物多樣性、溫度、降雨、地形特征等，這些因素構(gòu)成棲息地適宜度向量 SIVs（SuitabilityIndex Variables），SIVs 的每個分量代表一個影響因素，HSI 通過 SIVs 來刻畫。遷出

8圖 2-2 物種遷移模型e 2-2 Species migration model入率（ ）和遷出率（ ），上文提遷移率模型刻畫了棲息地物種數(shù)量、移率是隨種群數(shù)量的改變而線性變化率，一般取值都為 1。 表示最大，λ = I，μ = 0，，當(dāng)物種數(shù)量增多時，數(shù)量達(dá)到飽和（此時棲息地種群數(shù)量
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP18;Q15

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本文編號：2700452