一种自适应多策略差分进化算法及其应用

针对差分进化算法由于固定参数设置而易早熟或陷入局部最优的问题,提出了一种自适应多策略差分进化算法(SMDE)。该方法以基本差分进化为框架,首先引入一个变异策略候选集合,一个缩放因子候选集合和一个交叉参数候选集合,然后在搜索过程中,以过去的搜索信息为基础,自适应地为下一时刻进化群体中的每个个体从候选集合中选择一组合适的变异策略和控制参数,以便在不同的进化时刻设置合适的变异策略和控制参数。对10个常用的标准测试函数进行优化计算,并与其他算法的结果进行了比较,实验结果表明,SMDE具有较好的搜索精度和更快的收敛速度。将SMDE用于化工过程动态系统不确定参数估计问题,实验结果表明该算法能较好地处理实际工程优化问题。     

基于适应策略差分进化算法的化工反应动力学参数估值

为了更准确地通过煤烟气成分推测汞元素氧化程度,建立精确的汞氧化过程动力学模型至关重要。目前已有的汞氧化过程动力学模型中存在一些难以确定的未知参数,为了确定模型中这些参数的最优值,本文提出一种改进的适应策略差分进化算法（ASDE）。该算法引入变异策略、缩放因子（F）和交叉参数（CR）候选集合,同时为集合中每个候选参数赋予一定的选择概率。在进化搜索过程中,以历史成功搜索信息为基础,实时更新每个候选集合中各参数对应的选择概率,并根据选择概率自适应为下一时刻进化群体中每个个体分配变异策略和对应控制参数。将改进算法用于汞氧化过程动力学参数估值问题,实验结果显示,相对其他6种算法,改进算法ASDE求解得到模型更加接近实际,是一种求解化工反应动力学参数估值问题的有效方法。     

改进的差分进化算法及在聚丙烯牌号切换优化中的应用

针对差分进化算法早熟问题,提出一种改进差分进化算法,采用动态缩放因子解决优化过程中的变量约束问题,在进化过程中自动地调整控制参数取值以保证变量约束条件;引入聚集度作为参数评估种群分布的密集程度,增加一种新的变异算子在进化过程中根据聚集度情况对部分个体进行后续变异操作,适时调整种群分布,提高种群多样性,增强全局搜索能力。建立了聚丙烯牌号切换优化模型并将改进的差分进化算法应用于牌号切换优化模型的求解,仿真实验结果表明改进的差分进化算法在全局搜索能力和搜索效率两个方面有较大提高。     

基于Kriging的差分进化算法及其在苯乙烯流程优化中的应用

自适应差分进化算法基于个体生成策略和控制参数自适应,无须人为设置参数,对问题有较好的适应性,但其收敛速度和精度有待提高。将具有较高预测精度的Kriging模型应用于自适应差分进化算法中,建立跟随种群变化的Kriging模型,通过模型极值点与种群最优个体竞争,对种群产生扰动,影响种群进化过程,改善算法的收敛速度和寻优性能。对10个典型测试函数的测试结果表明,该算法较标准和自适应差分进化算法收敛速度加快,收敛精度提高,且具有更好的稳定性。将基于Kriging的差分进化算法应用于苯乙烯装置的流程优化,操作运行费用显著降低。     

基于多策略自适应差分进化算法的污水处理过程多目标优化控制

针对污水处理过程中的能耗过高和出水水质不达标等问题,提出一种基于多策略自适应差分进化算法的污水处理过程多目标优化控制方法。首先,在常规跟踪控制结构的基础上,增加对第3、4单元溶解氧浓度的跟踪控制,扩大了能耗和出水水质的优化调节范围。然后,设计一种多策略自适应差分进化算法（MSADE）,该算法采用多策略融合变异和排序优选方法,选取合适的变异策略和较优的随机个体引导种群变异,并根据进化过程信息自适应地更新交叉率,以提升算法的收敛性和pareto解的多样性。最后,将MSADE算法与PID控制器相结合,并构建以能耗和出水水质为优化目标的多目标优化问题,实现对溶解氧和硝态氮浓度设定值的动态寻优和跟踪控制。基于国际基准仿真平台BSM1进行验证,结果表明所提的多目标优化控制方法能有效降低污水处理过程的能耗并提升出水水质。     

改进鲸鱼优化算法及其在渣油加氢参数优化的应用

针对智能优化算法在处理非线性优化问题中存在的容易陷入局部最优和收敛精度差等问题,提出了一种基于结合差分进化和精英反向学习的改进鲸鱼算法(DEOBWOA)。该算法引入对立搜索初始化、精英反向学习,并结合差分进化进行变异修正,显著有效地提高WOA算法的收敛精度和收敛速度,提高其跳出局部最优的能力。之后采用8个标准测试函数进行仿真实验,结果表明:DEOBWOA算法与标准WOA、HCLPSO、DE算法相比,全局搜索能力和收敛速度都有较大提升。最后建立了渣油加氢动力学模型,考虑到渣油加氢过程中存在诸多典型的非线性约束问题,以某炼化厂渣油加氢装置为例,应用DEOBWOA对渣油加氢反应动力学模型参数进行优化,结果表明该算法能较好地处理实际工程优化问题。     

改进鲸鱼优化算法及其在渣油加氢参数优化的应用

针对智能优化算法在处理非线性优化问题中存在的容易陷入局部最优和收敛精度差等问题,提出了一种基于结合差分进化和精英反向学习的改进鲸鱼算法（DEOBWOA）。该算法引入对立搜索初始化、精英反向学习,并结合差分进化进行变异修正,显著有效地提高WOA算法的收敛精度和收敛速度,提高其跳出局部最优的能力。之后采用8个标准测试函数进行仿真实验,结果表明：DEOBWOA算法与标准WOA、HCLPSO、DE算法相比,全局搜索能力和收敛速度都有较大提升。最后建立了渣油加氢动力学模型,考虑到渣油加氢过程中存在诸多典型的非线性约束问题,以某炼化厂渣油加氢装置为例,应用DEOBWOA对渣油加氢反应动力学模型参数进行优化,结果表明该算法能较好地处理实际工程优化问题。     

基于改进差分进化算法的复合材料结构优化设计

提出了一种改进的S形变异差分进化算法并对该算法在复合材料结构优化方面的应用进行了研究。首先,分析了控制参数对差分进化算法收敛性和寻优能力的影响机理;其次,针对控制参数对差分进化算法的影响机理,借鉴生物繁殖的"S形曲线"规律,提出变异率的"S形曲线"变化趋势,提出改进的差分进化算法SDE,数值算例证明该算法具有较好的全局寻优能力;最后,针对复合材料结构优化设计问题,建立了基于SDE算法的优化计算系统,利用该优化计算系统对某空间运载器复合材料构件进行了优化设计,优化结果较初始设计质量减小36.5%。     

基于差分进化算法的变角度纤维层合板优化

以变角度纤维的起始角、终止角和层合板的层铺顺序为设计变量,弯曲刚度为设计目标,优化变角度纤维层合板。在优化过程中,对应层铺顺序的设计变量通过实数编码和置换策略转换成整数变量,实现离散空间和连续空间之间的转换。由于离散变量和连续变量的优化进程差异,本文提出一种改进的自适应差分进化算法,对不同类型的优化变量采取不同的自适应变异算子。相关算例计算结果表明:无论是对层合板的局部优化还是全局优化,改进的自适应差分进化算法都比差分进化算法和自适应差分进化算法计算精度高、收敛速率快,同时可以有效避免"早熟"现象。对于变角度纤维层合板弯曲刚度优化问题,本文提出的改进的自适应差分进化算法是一种相对高效的可行方法。     

基于自适应窗口的多信息立体匹配算法

针对焊接图像焊缝的立体定位问题,提出一种基于自适应窗口的多信息立体匹配算法。首先,改进了基于canny算子的边缘特征点提取算法。其次,利用初始焊接点给出匹配点的搜索范围,根据外极线约束确定候选匹配点集合。然后根据边缘差分强度和梯度方向相似性约束准则缩小候选匹配点集合。最后利用候选匹配点邻域信息构建自适应支持窗口并进行动态增长,根据窗口代价函数确定唯一正确的匹配点。仿真实验表明:采用笔者提出的算法,立体匹配的准确度较高、时效性较好。     

差分演化算法中变异策略的改进与算法的优化

自然界生物体进化现象可以形式化成一些优化算法,如差分演化算法、粒子群算法等。其中,差分演化算法在数值函数优化方面的性能要优于其它的优化算法。通过对差分演化算法的变异策略改进,使优化后的差分演化算法在函数优化方面性能得到进一步提高。通过十个基准函数的仿真测试可以验证这一结果。     

差分进化算法研究进展

针对一种新兴的进化算法--差分进化算法,介绍该算法的基本原理、算法流程、算法参数及其对算法性能的影响,总结控制变量选择的经验规则,归纳了改进差分进化算法和算法在相关领域的应用概况,已研究的理论和应用成果均证明该进化算法的有效性和先进性,具有广阔的发展前景.最后对差分进化算法进一步的研究工作进行了探讨和展望.     

基于免疫系统的自适应差分进化算法及在水银氧化动力学参数估计中的应用

A new version of differential evolution (DE) algorithm, in which immune concepts and methods are applied to determine the parameter setting, named immune self-adaptive differential evolution (ISDE), is proposed to improve the performance of the DE algorithm. During the actual operation, ISDE seeks the optimal parameters arising from the evolutionary process, which enable ISDE to alter the algorithm for different optimization problems and improve the performance of ISDE by the control parameters’ self-adaptation. The performance of the proposed method is studied with the use of nine benchmark problems and compared with original DE algorithm and other well-known self-adaptive DE algorithms. The experiments conducted show that the ISDE clearly outperforms the other DE algorithms in all benchmark functions. Furthermore, ISDE is applied to develop the kinetic model for homogeneous mercury (Hg) oxidation in flue gas, and satisfactory results are obtained.     

微分进化算法研究及其在热工过程参数辨识中的应用

被控对象的数学模型,对控制系统的设计和分析有着极为重要的意义.采用微分进化算法对被控对象参数进行辨识.这种算法与其它进化算法的不同之处在于它的变异算子是由种群中任意选取的多对向量的差值得到的,并且主要用于实参数优化问题.微分进化算法虽然有简单、搜索效率高的特点,但是仍存在局部最优的问题.因此,在对微分进化算法搜索机理进...     

DME synthesis and cyclohexane dehydrogenation reaction in an optimized thermally coupled reactor

This paper presents a study on optimization of DME synthesis and cyclohexane dehydrogenation in a thermally coupled reactor. A steady-state heterogeneous model has been performed in order to evaluate the optimal operating conditions and enhancement of DME and benzene production. In this work, the catalytic methanol dehydration to DME is coupled with the catalytic dehydrogenation of cyclohexane to benzene in a heat exchanger reactor formed of two fixed beds separated by a wall, where heat is transferred across the surface of tube. The optimization results are compared with corresponding predictions for a conventional (industrial) methanol dehydration adiabatic reactor operated at the same feed conditions. The differential evolution (DE), an exceptionally simple evolution strategy, is applied to optimize thermally recuperative coupled reactor considering DME and benzene mole fractions as the main objectives. The simulation results have been shown that there are optimum values of initial molar flow rate and inlet temperature of exothermic and endothermic sides to maximize the objective function. The results suggest that optimal coupling of these reactions could be feasible and beneficial and improves the thermal efficiency of process. Experimental proof-of-concept is needed to establish the validity and safe operation of the novel reactor.