基于相位编码的量子蚁群算法

针对蚁群算法只适用于离散优化问题的局限性和收敛速度慢的问题, 提出一种适合连续优化的量子蚁群算法. 该方法直接采用量子位的相位对蚂蚁编码. 首先基于信息素强度和可见度构造的选择概率, 选择蚂蚁的前进目标; 然后采用量子旋转门更新描述蚂蚁位置的量子比特, 完成蚂蚁移动; 采用Pauli-Z 门实现蚂蚁的变异增加位置的多样性; 最后根据移动后的新位置完成蚁群信息素强度和可见度的更新. 由于优化过程统一在空间[0,2π]ⁿ 进行, 而与具体问题无关, 因此, 对不同尺度空间的优化问题具有良好的适应性. 以函数极值优化和聚类优化为例, 仿真结果表明该方法的搜索能力和优化效率明显优于普通蚁群算法和标准遗传算法.     

带时间窗车辆路径问题的量子蚁群算法

带时间窗的车辆路径问题(VRPTW)是VRP的一种重要扩展类型, 是组合优化中的一个NP难题, 针对蚁群算法在求解VRPTW问题时易陷入局部最优和收敛速度慢的问题, 本文结合量子计算提出一种求解VRPTW的量子蚁群算法(QACA). 通过定义人工蚂蚁的转移概率, 增加量子比特启发式因子, 以及用量子旋转门实现信息素更新, 从而提高算法的全局搜索能力, 有效避免了算法陷入局部最优. 经一系列VRPTW的仿真实验表明, 量子蚁群算法较蚁群算法在求解VRPTW问题上具有更好的性能, 通过与其他算法的比较, 进一步说明量子蚁群算法是可行有效的.     

模糊机会约束规划的混沌量子蚁群算法及收敛性

模糊机会约束规划因其非线性、非凸性及模糊性,对经典的优化理论提出了极大的挑战.设计了一种基于模糊模拟的混沌量子蚁群算法,为解决复杂的模糊机会约束规划问题提供了有力的工具.算法中每只蚂蚁携带一组表示蚂蚁当前位置信息的量子比特,采用随机干扰离散量子交叉,进行高斯量子变异,为量子旋转门更新设计基于梯度的转角计算方法.在每次迭代的当前全局最优解附近使用混沌量子搜索,搜索范围随迭代次数而逐渐减小,因而在初期能防止陷入局部最优,后期能提高搜索精度.证明了该蚁群算法的收敛隆.数值案例研究验证了该算法的有效性、稳定性及准确性.     

基于信息素异步更新的蚁群算法

针对基本蚁群算法中蚂蚁速度无限且信息素同步更新的假定前提,提出一种基于信息素异步更新的改进蚁群算法。该算法以蚂蚁的速度有限为前提,采用异步更新规则来调整各个蚂蚁的信息素浓度,从而间接改变蚂蚁间合作方式。该算法更忠实于实际蚁群的寻路过程,算法具有更好的全局搜索能力。基于旅行商问题的实验验证了算法的有效性、鲁棒性及解的多样性。     

一种改进的粗粒度并行蚁群算法

蚁群算法是一种模拟进化算法,具有很强的全局搜索能力。提出了一种基于粗粒度模型的并行蚁群算法,该算法采用了一个新的信息素更新策略———Ant-proportion,这种新的更新策略是综合考虑全局和局部信息,依据蚂蚁在搜索过程中所得到的路径的优劣程度和路径中各路段对其贡献的大小来分配信息素增量;另一方面,该算法采用的粗粒度模型充分利用了蚁群算法内在的并行性,使得算法具有更快的收敛速度和更好的优化质量。最后,选用了CHN144问题对该算法进行了检验,算法求得的最优路径优于已知的最优结果。     

信息素修改策略求解固定货架动态拣选问题的研究

提出并讨论了蚂蚁算法中通过信息素修改策略求解固定货架货位点插入／删除变动问题的两种方案。一种方案是不考虑其插入／删除货位点的位置，在货位点变动后进行信息素全局更新，另一种方案是信息素的局部更新，充分考虑了其插入／删除货位点的位置。实验仿真结果对比评价了不同参数的设定对于两种策略求解过程和结果的影响。     

一种求解子集问题的基于图的蚂蚁系统

提出了一种求解子集问题的基于图的蚂蚁系统。针对子集问题,定义了构造图和等效路径,提出了基于等效路径增强的信息素更新策略,将问题的无序信息转化为对蚂蚁的有序影响,增加蚂蚁搜索路径的信息量。引入路径变异机制,通过路径的改良调节信息素分布,防止算法陷入停滞状态。将信息素更新分为三种情况:本次迭代最优更新、变异更新和本次迭代不更新,兼顾算法的收敛速度和搜索能力。对算法进行了描述并分析了算法复杂度。以多维背包问题为例,对该蚂蚁系统的性能进行了测试,验证了系统的有效性和优越性。     

Steiner最小树问题的量子蚁群算法

Steiner最小树问题是组合优化中一个经典的NP难题,本文在蚁群算法的基础上结合量子计算提出一种求解欧氏Steiner最小树问题的量子蚁群算法.将量子比特、量子逻辑门以及Grover量子算法引入到蚁群算法中去,有效提高了算法的全局搜索能力,搜索速度也有显著的提高.一系列数据实例计算与比较表明,量子蚁群算法较蚁群算法在Steiner最小树问题的求解上具有更好的性能.     

函数优化的量子蝙蝠算法

基于量子进化算法和蝙蝠算法,提出一种新型优化算法——量子蝙蝠算法。该算法采用量子位对蝙蝠的位置进行编码,用量子旋转门实现对蝙蝠最优位置的搜索,用量子非门实现蝙蝠的变异以避免早熟收敛。通过对典型复杂函数的实验和与其他算法的比较,结果表明,该算法能够有效避免局部最优,全局寻优能力强。     

混合混沌量子进化算法

针对量子进化算法计算量大、收敛速度慢以及容易出现早熟等问题, 提出混合混沌量子进化算法. 该算法采用混沌 初始化方法产生初始种群, 使种群具有较好的多样性;采用简单量子旋转门更新当前种群中的非最优个体, 降低算法的计算量; 提出混合混沌搜索策略以提高算法的收敛速度和全局搜索能力. 大量的测试表明, 与量子进化算法、实数编码量子进化算法和 混合量子遗传算法相比, 所提出的算法具有较快的收敛速度和较好的寻优能力. 大量的测试也表明, 若将混沌引入量子进化算法, 则混合混沌搜索策略的综合性能明显优于载波混沌策略, 在大多数情况下优于混沌变异策略. 本文提出的算法是惟一的每次测试 都收敛的算法, 且实现简单, 便于工程应用. 将其用于求解城市道路的交通信号配时优化问题, 实际效果令人满意.