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玉米生长计算机动态模拟研究

作　者: 李晓敏
导　师: 吴凤祥
学　校: 河北农业大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 玉米模型计算机模拟进化算法
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

以玉米作物为对象,基于作物生理、生态学理论、实验数据,利用系统分析原理和数学建模技术,研究玉米栽培管理的知识表示体系。把玉米生产视为一个由作物、环境、技术、经济等要素构成的整体系统,综合运用计算机仿真、软件理论及数字化技术,研究玉米产量目标、水分需求等产中信息获取、处理、管理和利用的关键技术,从而对玉米生长过程的相关信息流实现数字化表达,使玉米生长过程中的水分需求、产量信息从定性理解到定量分析、概念模式到数字模型、专家经验到优化决策,为实现定时、定量、定位的数字化和精确化农作信息管理与决策支持提供基础依据。分析了玉米生产中光能生产力、温度、水分、养分供应、栽培管理水平等生理生态过程与环境之间的数量关系,建立了玉米产量目标模型;分析了田间潜在水分蒸发量、有效降雨量等因素的变化及趋势,建立了玉米产中水分需求动态模型。研究了模型的解法,用变量描述系统状态,用数学方程定量表示各变量之间的相互联系,把概念模型转化为问题求解的定量数学模型。设计开发了基于B/S结构的模拟软件,实现了玉米产量及水分需求的计算机模拟及玉米生产方案、管理调控指标的数字化设计。对模型的优化,采用浮点数编码代替二进制编码,引入了分种群的竞争模式,采用基于种群分类的适应值自适应调整的进化算法,将性质相近的个体作为一个种群,初期进化搜索仅限种群内部,使个体进化不受其他种群的影响,每个种群均具有产生优秀个体的机会;进化计算几代后,进行所有种群个体的相互竞争和进化,促使较差个体在种群竞争中逐渐消亡,充分保持群体的多样性,有效地克服了过早收敛和局限于局部最优解的问题。对所用的进化算子进行了详细的描述,鉴于变异操作在浮点数编码算法中的重要性,本文采用自适应调整变异算子,根据个体的适应值调整变异的步伐,使较好的个体在较小的局部区域内小步伐地变异搜索,增加局部寻优的精细度,较差的个体则加大变异幅度,使之尽快跳出较差的区域,进入较有希望的区域。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 引言  9-14
  1.1 研究意义及背景  9-11
    1.1.1 研究意义  9-10
    1.1.2 研究背景  10-11
  1.2 作物生长研究进展  11-12
    1.2.1 国外研究现状  11
    1.2.2 国内研究现状  11-12
  1.3 论文概要及章节安排  12-14
    1.3.1 研究内容  13
    1.3.2 章节安排  13-14
2 玉米生长模型建立  14-21
  2.1 产量目标模型  15-18
    2.1.1 光能生产力和温度计算  16-17
    2.1.2 水分管理和养分供应、栽培管理水平  17-18
  2.2 水分动态模拟模型  18-21
    2.2.1 田间潜在蒸散量计算  19-20
    2.2.2 有效降雨量计算  20-21
3 玉米生长动态模拟  21-25
  3.1 产量预测动态模拟  22-23
  3.2 水分动态模拟  23-25
4 用改进的进化计算优化模型  25-41
  4.1 进化计算概论  25-29
    4.1.1 进化计算构成  26-28
    4.1.2 三大分支比较分析  28-29
  4.2 进化计算的改进  29-39
    4.2.1 适应度函数的选取  31-32
    4.2.2 基于动态聚类分析的种群分类  32-34
    4.2.3 从问题解空间到算法搜索空间的编码方案  34-35
    4.2.4 进化算子  35-39
  4.3 改进的进化计算流程  39-41
5 结论与展望  41-42
参考文献  42-46
攻读硕士学位期间发表的论文  46-47
作者简介  47-48
致谢  48

玉米生长计算机动态模拟研究

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