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布局模式和对立协同差分进化算法及应用

作　者: 王远辉
导　师: 王秀坤
学　校: 大连理工大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 协同差分进化 对立策略 高斯突变 布局模式 布局优化
分类号: TP301.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


本文以一类卫星舱布局优化设计问题为应用背景,研究改进的差分进化和协同差分进化算法及其在一类带约束的复杂布局优化问题的应用。该优化问题属于NP-hard问题。差分进化算法(DE)由Storn和Price于1995年提出,是一种基于种群个体间差异的典型进化计算类高效优化算法。近年来又出现协同差分进化算法(CCDE),用于求解复杂高维优化问题。本文的研究目的在于发展差分进化和协同差分进化算法,提高算法的计算性能,用于求解布局优化问题。本文的研究工作主要有：(1)提出了一种基于布局模式的人机结合差分进化算法(LPHCIDE,简称布局模式差分进化算法),用于布局优化。首先,依据布局模式对初始设计方案进行非同构变换形成人工方案。然后,对人工方案进行数值化编码构造人工个体加入DE算法种群,以指引种群进化方向,避免“早熟”现象并加速算法收敛。经Packing算例的实验结果表明,与文中其它文献算法相比,本文LPHCIDE具有较高的计算精度。(2)提出了一种基于对立策略的协同差分进化算法(OCCDE,简称对立协同差分进化算法),用于求解带约束的布局优化问题。首先,基于协同进化框架,采用“分而治之”的策略对问题进行分解,降低问题的求解难度。其次,在算法种群的初始化和进化过程中引入的对立策略,提高算法的收敛速度和计算精度。经标准测试函数和Packing算例的实验结果表明,与文中其它文献算法相比,本文OCCDE具有较高的收敛速度和计算精度。在OCCDE的基础上提出了一种对立扰动协同差分进化算法(OCCDEG),用于求解简化卫星舱布局问题。该算法在进化机制中加入随机扰动算子,增强算法的局部搜索能力。经简化卫星舱布局算例的实验结果表明,与文中其它文献算法相比,本文OCCDEG具有较高的收敛速度和计算精度。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-8
1 绪论  8-18
  1.1 课题研究背景  8
  1.2 布局优化问题研究进展  8-14
    1.2.1 布局优化问题  8-9
    1.2.2 问题的求解方法  9-14
  1.3 差分进化算法研究进展  14-16
  1.4 协同进化算法研究进展  16-17
  1.5 论文的内容安排  17-18
2 差分进化算法(DE)和协同差分进化算法(CCDE)概述  18-26
  2.1 差分进化算法(DE)  18-20
  2.2 协同进化框架(CCEA)  20-22
  2.3 协同差分进化算法(CCDE)  22-25
    2.3.1 问题分解策略  23
    2.3.2 子种群的协同方式  23
    2.3.3 子种群间合作个体的选择方法  23-24
    2.3.4 个体适应度函数值的计算  24-25
  2.4 本章小结  25-26
3 布局模式差分进化算法(LPHCIDE)  26-32
  3.1 同构、非同构布局模式  26-27
  3.2 人机结合思想  27-29
    3.2.1 人机结合方法论的提出  28
    3.2.2 人机结合的关键技术  28-29
  3.3 基于布局模式的人机结合差分进化算法  29-31
    3.3.1 人智与算法的结合  29
    3.3.2 人工个体的加入  29
    3.3.3 算法伪代码与流程  29-31
  3.4 本章小结  31-32
4 对立协同差分进化算法(OCCDE)  32-39
  4.1 对立的概念  32
  4.2 基于对立学习的思想(Opposition-based learning)  32-34
  4.3 基于对立策略的协同差分进化算法  34
  4.4 算法伪代码与流程图  34-36
  4.5 标准测试函数  36-38
    4.5.1 OCCDE的协同进化策略  36
    4.5.2 实验环境和参数设置  36-37
    4.5.3 实验结果  37-38
    4.5.4 分析与讨论  38
  4.6 本章小结  38-39
5 本文改进的DE和CCDE算法在约束优化布局问题中的应用  39-56
  5.1 带性能约束Packing问题数学模型  39-40
  5.2 带性能约束的packing测试考题  40-46
    5.2.1 实验环境与参数设置  40-41
    5.2.2 OCCDE算法的对立策略和协同进化策略  41
    5.2.3 LPHCIDE算法的人机交互策略  41-42
    5.2.4 算例与实验结果  42-45
    5.2.5 结果分析与讨论  45-46
  5.3 简化卫星舱布局设计问题  46-55
    5.3.1 简化返回式卫星舱布局优化算例  47-48
    5.3.2 数学模型  48-49
    5.3.3 对立扰动协同差分进化算法(OCCDEG)  49-50
    5.3.4 实验环境与参数设置  50-51
    5.3.5 实验结果  51-54
    5.3.6 分析与讨论  54-55
  5.4 本章小结  55-56
结论  56-58
参考文献  58-64
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  64-65
致谢  65-66

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 一般性问题 > 理论、方法 > 算法理论
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