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基于进化算法的硬件演化基础研究

作　者: 张伟
导　师: 王建新
学　校: 南京理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 硬件演化进化算法可编程逻辑器件数字逻辑电路
分类号: TP303
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 237次
引　用: 2次
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内容摘要

硬件演化技术是把进化算法与可重构硬件相结合,研制能像现实生物生命一样,根据环境变化而动态调整自身结构的硬件电路。电路的演化设计、容错和自修复系统是演化硬件研究的两个重要领域。演化硬件的实现可大大提高电子系统的可靠性及可用性,对需要在特殊工作环境中长期工作的电路设备具有重大意义。本文系统介绍了硬件演化技术的基本原理和实现方法。首先,对演化硬件的概念、应用领域、研究现状以及发展趋势进行了较全面的介绍;其次,对可用于进行硬件演化的可编程逻辑器件进行了阐述,重点讨论和分析了演化硬件的理论基础——进化算法,对其基本原理与实现过程进行了深入的研究;然后,分析了硬件演化的基本实现原理,并通过实例对硬件演化的实现技术进行了研究,同时对容错与自适应硬件系统进行了初步探索;接着,基于遗传程序设计进行了数字逻辑电路的演化实验,设计结果表明其不依赖先验知识,满足电路功能要求,用硬件演化的思想进行电路的演化设计是可行的。论文最后对课题研究进行了总结,并给出了开展后续研究的建议。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-13
  1.1 演化硬件概述  7-12
    1.1.1 演化硬件概念的提出  7-8
    1.1.2 演化硬件的研究意义  8
    1.1.3 演化硬件的发展现状及趋势  8-10
    1.1.4 演化硬件的研究及实现方法  10-12
  1.2 本文主要内容及结构  12-13
2 可编程逻辑器件(PLD)  13-23
  2.1 可编程逻辑器件(PLD)简介  13-19
    2.1.1 PLD中阵列的表示方法  13-14
    2.1.2 PLD的基本分类与结构  14-19
  2.2 可用于硬件演化的芯片选择  19-22
    2.2.1 硬件演化芯片介绍  19-21
    2.2.2 FPGA可重构特性分析  21-22
  2.3 本章小结  22-23
3 进化算法分析  23-50
  3.1 进化算法简介  23-25
    3.1.1 进化算法的本质与特点  23
    3.1.2 进化算法的分类  23-25
  3.2 遗传算法理论研究  25-32
    3.2.1 遗传算法的基本思想  25
    3.2.2 遗传算法的理论基础  25-32
  3.3 遗传算法设计与实现  32-45
    3.3.1 遗传算法设计原则和结构流程  32-33
    3.3.2 编码方法和适应度函数  33-35
    3.3.3 选择策略与遗传操作  35-40
    3.3.4 运行参数及结束条件  40-41
    3.3.5 性能评估及收敛性分析  41-43
    3.3.6 解决TSP问题应用实例  43-45
  3.4 遗传算法程序设计  45-49
    3.4.1 遗传程序设计的主要步骤  45
    3.4.2 遗传程序设计的具体描述  45-48
    3.4.3 演化硬件与遗传程序设计  48-49
  3.5 本章小结  49-50
4 硬件演化技术在硬件设计中的应用  50-59
  4.1 电路的演化设计  50-57
    4.1.1 电路演化设计实现原理  50-53
    4.1.2 演化设计实例分析  53-56
    4.1.3 与传统电路实现方法的比较  56-57
  4.2 容错与自修复系统设计初探  57-58
  4.3 本章小结  58-59
5 基于遗传程序设计的逻辑电路外部演化设计  59-74
  5.1 初始群体的生成策略  59-62
    5.1.1 个体表示方法  59-61
    5.1.2 初始群体生成方法  61-62
  5.2 基本遗传算子的选择  62-65
    5.2.1 交叉算子  62-64
    5.2.2 变异算子  64-65
    5.2.3 辅助操作算子  65
  5.3 适应度函数的选择  65-66
  5.4 终止条件与主要控制参数的选择  66
  5.5 逻辑电路外部演化设计实例  66-73
    5.5.1 逻辑电路GP演化设计的基本步骤  67-68
    5.5.2 小规模组合电路演化设计  68-71
    5.5.3 大规模组合电路进化设计初探  71-73
  5.6 本章小结  73-74
6 结束语  74-75
  6.1 课题研究工作总结  74
  6.2 课题进一步研究设想与建议  74-75
致谢  75-76
参考文献  76-79

基于进化算法的硬件演化基础研究

内容摘要

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