【摘要】： 受自然界生物群體所表現(xiàn)出的智能行為的啟發(fā),研究人員提出了人工智能新的實(shí)現(xiàn)模式——群體智能。群體智能的核心是由眾多簡(jiǎn)單個(gè)體組成的群體能夠通過(guò)相互之間的簡(jiǎn)單合作來(lái)實(shí)現(xiàn)某一功能、完成某一任務(wù)。群體智能中的主體在環(huán)境中表現(xiàn)出自主性、反映性、學(xué)習(xí)性和自適應(yīng)性等智能特性。 群體智能的研究始于蟻群算法。作為群體智能的典型形式,蟻群算法是基于螞蟻群體覓食過(guò)程沿最短路徑行進(jìn)的生物學(xué)行為發(fā)展起來(lái)的一類(lèi)群智能優(yōu)化方法。該算法在解決傳統(tǒng)優(yōu)化方法難以奏效的具有NP-Hard特性的組合優(yōu)化問(wèn)題中取得了可喜的成果,因而受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。在過(guò)去短短的十多年時(shí)間里,已經(jīng)在組合優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)路由、函數(shù)優(yōu)化、數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器人路徑規(guī)劃等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。目前,蟻群優(yōu)化算法成為計(jì)算智能方法中的一個(gè)重要分支,并在很多國(guó)際會(huì)議上作為專(zhuān)題加以論,成為蓬勃發(fā)展的熱點(diǎn)研究課題。 本文針對(duì)傳統(tǒng)蟻群算法種群?jiǎn)我�、求解速度慢等缺�?提出了一種改進(jìn)蟻群算法——分段多種群蟻群算法,并用改進(jìn)蟻群算法成功解決了復(fù)雜系統(tǒng)可靠性冗余優(yōu)化問(wèn)題及工程網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠性拓?fù)鋬?yōu)化問(wèn)題等。本文的主要研究成果包括： (1)對(duì)現(xiàn)有的蟻群算法從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了改進(jìn)：第一,根據(jù)自然界中螞蟻分工的不同,在算法中引進(jìn)多種搜索螞蟻——先驅(qū)蟻、搜索蟻和叛逆螞蟻,各種螞蟻按給定的規(guī)則進(jìn)行搜索,在加快解的進(jìn)化的同時(shí)又保持了解的多樣性。 第二,采用分階段搜索策略,在算法初期適當(dāng)放大選擇概率,增加較好路徑在算法初期被選擇的機(jī)會(huì),使較好路徑上的信息素在算法初期有所加強(qiáng)；在算法后期為了防止陷入局部最優(yōu),在前期信息素積累的基礎(chǔ)上恢復(fù)正常的選擇概率,確保算法不出現(xiàn)停滯現(xiàn)象。 第三,在信息素的更新方式上,把信息素的揮發(fā)速度設(shè)置為信息素濃度的函數(shù),更貼近自然現(xiàn)象的本質(zhì),在信息素的更新方式上采用信息素的全局更新方式。 實(shí)例測(cè)試結(jié)果表明,改進(jìn)的蟻群算法在解決TSP問(wèn)題上收斂速度快,并且比文獻(xiàn)中的對(duì)比結(jié)果具有更小的相對(duì)誤差。 (2)將改進(jìn)蟻群算法應(yīng)用到串并系統(tǒng)可靠性冗余優(yōu)化中,結(jié)合工程實(shí)際,文中既考慮到冗余部件的個(gè)數(shù)又考慮到冗余部件的類(lèi)型,采用分級(jí)網(wǎng)絡(luò)和并行搜索機(jī)制,解決了系統(tǒng)的元件可選擇不同類(lèi)型的串并聯(lián)系統(tǒng)可靠性?xún)?yōu)化問(wèn)題。 (3)通過(guò)分級(jí)網(wǎng)絡(luò)、向量編碼將復(fù)雜系統(tǒng)可靠性?xún)?yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為螞蟻可識(shí)別的點(diǎn)線結(jié)構(gòu),采用并行搜索機(jī)制改進(jìn)將蟻群算法應(yīng)用到復(fù)雜系統(tǒng)可靠性?xún)?yōu)化問(wèn)題中。將信息素集中于各級(jí)節(jié)點(diǎn)作為節(jié)點(diǎn)對(duì)螞蟻的吸引強(qiáng)度,由節(jié)點(diǎn)的吸引強(qiáng)度指導(dǎo)螞蟻在解空間上高效啟發(fā)式搜索。計(jì)算結(jié)果表明,蟻群算法能快速搜索到問(wèn)題的最優(yōu)解,計(jì)算結(jié)果比所列舉的算法都好。 (4)以“從輸入節(jié)點(diǎn)到該節(jié)點(diǎn)至少有一條路通的概率”為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的可靠度約束,采用二進(jìn)制編碼將工程網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為0-1規(guī)劃問(wèn)題,提出了工程網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可靠性拓?fù)鋬?yōu)化的蟻群算法。采用遞歸法對(duì)所提出的方法作進(jìn)一步的近似估計(jì),給出在滿(mǎn)足一定的可靠度區(qū)間約束條件下網(wǎng)絡(luò)造價(jià)的一個(gè)估計(jì),既減少了計(jì)算復(fù)雜度使算法有利于編程,又提高了算法效率。結(jié)果表明遞歸近似處理的計(jì)算復(fù)雜度低,效率高,精度高,方案合理,可以處理大型的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò),比其他算法更有效。 最后,對(duì)全文的工作進(jìn)行總結(jié),并展望了蟻群算法進(jìn)一步還要研究的課題。
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類(lèi)號(hào)】：TP18;N945.17

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 田志強(qiáng);高速鐵路乘務(wù)計(jì)劃編制優(yōu)化理論與方法研究[D];西南交通大學(xué);2011年

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本文編號(hào)：2682120