基于Bloch 球面坐标编码的量子粒子群算法及应用

为提高粒子群算法的优化效率,在分析粒子群优化算法的基础上,提出了一种基于Bloch球面坐标编码的量子粒子群优化算法。该算法每个粒子占据空间三个位置,每个位置代表一个优化解。采用传统粒子群优化方法的搜索机制调整量子位的两个参数,可以实现量子位在Bloch球面上的旋转,从而使每个粒子代表的三个优化解同时得到更新,并快速逼近全局最优解。标准测试函数极值优化和模糊控制其参数优化的实验结果表明,与同类算法相比,该算法在优化能力和优化效率两方面都有改进。     

一种新的自适应量子遗传算法

现有基于 Bloch 球面坐标的量子进化算法存在收敛速度慢和鲁棒性不稳定的问题。为此,提出基于斐波那契特性更新的自适应量子遗传算法。在最优解的搜索过程中,考虑目标函数在搜索点的变化率,建立自适应因子λ,反映搜索点处目标适应度值相对于相邻两代最佳目标函数值一阶差分的变化,调整λ以改善算法收敛的方向和速度。分析量子旋转门转角步长调整策略,建立基于斐波那契数列特性的转角步长函数Δφ和Δθ的更新规则。应用该算法求解多维复杂函数的极值优化问题,时间复杂度理论分析和仿真结果证明,该算法在收敛速度、效率和稳定鲁棒性等方面均有明显改善。     

一种实数编码量子进化算法及其收敛性

基于量子计算理论和进化理论,提出一种新的量子进化算法--基于实数编码的量子进化算法(RQEA).不同于传统进化算法的单点编码和量子进化算法的量子比特编码,该算法以实数矩形区域表示基因,一条染色体携带多个个体信息,利用量子态叠加和相干机理,通过叠加、变异及自学习来完成进化过程,理论分析证明了算法具有全局收敛性,实验结果表明,该算法在函数优化上具有优异的性能.     

一种新的混合量子进化算法

量子进化算法(QEA)用于多峰函数优化时,容易陷入局部最优.本文提出一种新的混合量子进化算法,通过双编码机制(经典二进制编码和量子概率编码),以及经典交叉和量子概率编码更新策略,实现了经典遗传算法与量子进化算法的有机结合,在发挥经典遗传算法全局优化能力的同时,利用量子概率搜索提高了算法的局部搜索能力.通过一组典型函数优化实验对该算法的性能进行了考察,并与QEA进行了比较.结果表明,本文算法在解的质量和收敛速度上都要优于QEA.     

量子进化算法研究现状综述

在介绍基本量子进化算法(QEA)的基础上,重点归纳总结了最近几年量子进化算法在算法机理和性能方面以及在算法的种群改进、编码扩展、算子创新、算法融合等应用方面的研究成果,进而提出了量子进化算法在模式理论、多目标进化、算法研究、应用等方面进一步的研究内容.     

一种基于量子进化算法改进的 k-mean 聚类算法

聚类分析是模式识别中的一个重要问题,是非监督学习的重要方法。K -means 算法是其中最经典的聚类算法之一。但是这种方法面对大规模数据的时候工作量非常巨大,并且保证不了聚类结果的最优性。提出了一种基于量子进化算法的改进的 K -means 聚类算法。该方法结合了两个方法的优点,用量子进化算法进行优化,并且改进了量子进化算法中的交叉算子和更新算子,提高了基于量子进化算法的 K -means 算法局部搜索能力。实验结果表明,改进算法取得了较好的效果。     

实数编码量子进化算法

为求解复杂函数优化问题,基于量子计算的相关概念和原理,提出一种实数编码量子进化算法.首先构造了由自变量向量的一个分量和量子比特的一对概率幅为等位基因的三倍体染色体,增加了解的多样性;然后利用量子旋转门和依据量子比特概率幅满足归一化条件设计的互补双变异算子进化染色体,实现局部搜索和全局搜索的平衡.标准函数仿真表明,该算法适合求解复杂函数优化问题,具有收敛速度快、全局搜索能力强和稳定性好的优点.     

量子谐振子蚁群算法

通过分析目前蚁群算法存在的问题和改进算法的优点,发现量子谐振子系统物理特性能够保证算法最终的收敛性.通过量子谐振子高能态到低能态的转变过程和信息素的增加过程相对应,从而更新信息素,在物理上给算法提供了理论依据.通过量子旋转门改变城市转移规则,通过泡利矩阵变异使蚂蚁有更广阔的空间.综合量子谐振子以上的优点,提出了量子谐振子蚁群算法,并在旅行商问题(TSP)上取得了较好的寻优路径.     

一种新的求解TSP的混合量子进化算法

在分析量子进化基本概念的基础上,提出了一种新的求解TSP的混合量子进化算法（MQEA）。该算法将三段优化局部搜索算法融入量子进化机制,采用一种基于边的编码方法,应用最近邻规则设置初始参数,并设计了排序交叉算子以扩展种群的搜索范围。通过选取国际通用旅行商问题（TSP）实例库(TSPLIB)中的多个实例进行测试,表明新算法具有高的精确度和鲁棒性,即使对于中大规模问题（城市数大于500）,也能以很小的种群和微小的相对误差求得满意解。     

一种基于量子进化算法的概率进化算法

针对量子进化算法(QEA)求解二进制编码问题比较有效,而求解多进制编码问题则比较困难,提出一种概率进化算法(PEA)。该算法汲取了量子复合位、叠加态等思想,采用由观测概率构成的概率复合位进行编码,观测和更新操作直接针对观测概率进行。PEA保持了QEA的性能,运算速度远优于QEA,并可以采用任意进制编码。函数优化和背包问题实验验证了PEA的有效性。     

多比特概率幅编码的量子衍生粒子群优化算法

为了提高粒子群算法的优化能力, 提出一种新的量子衍生粒子群优化算法. 该方法采用多比特量子系统的基态概率幅对粒子编码, 基于自身最优粒子和全局最优粒子确定旋转角度, 采用基于张量积构造的多比特量子旋转门实施粒子的更新. 在每步迭代中, 只需更新粒子的一个量子比特相位, 即可更新该粒子上的所有概率幅. 标准函数极值优化的实验结果表明, 所提出算法的单步迭代时间较长, 但优化能力较同类算法有大幅度提高.

     

量子行为引力搜索算法

为提高引力搜索算法的优化能力, 通过在原始算法中融合量子计算, 提出一种量子行为引力搜索算法. 该算法采用类似量子行为粒子群优化的寻优机制, 在每步迭代中, 计算个体适应度, 根据适应度计算个体质量, 取前K 个质量最大的个体作为候选集. 采用轮盘赌方法在候选集中选择一个作为Delta 势阱的中心, 调整其他个体向该中心移动完成一步优化, 在优化过程中使K 值单调下降, 以期达到探索和开发的平衡. 标准函数极值优化的实验表明, 所提出的算法比原算法在优化能力和优化效率两方面都有明显提高.

     

一种新的相位角编码量子进化算法

针对具有连续解空间的数值函数优化问题,基于量子算法和实数编码进化算法的思想,提出一种新的相位角编码量子进化算法(PAQEA).算法的概率表达特性使得量子染色体能够以一定概率表达优化问题的所有可行解,结合动态量子旋转门实现染色体的进化,实现了算法局部搜索与全局搜索的平衡.理论分析证明了算法的全局收敛性.仿真结果表明,该算法适用于复杂数值函数优化问题,具有收敛速度快、搜索能力强和稳定性高的特点.     

一种双链结构的多目标进化算法DCMOEA

提出一种双链结构的多目标进化算法(DCMOEA).该算法采用双链结构表示个体,执行过程中无需设置外部归档集合,并采用ε支配策略保持解群的多样性.DCMOEA与MOEA/D、NSGA-II、SPEA2和PAES一同在4个2-目标ZDT函数和4个3-目标DTLZ问题上进行实验,并从算法所获解集的收敛性、分布均匀性和宽广性3个方面进行比较,仿真实验结果表明了DCMOEA的综合性能最好,是一种颇具竞争力的多目标进化算法.     

基于种群个体可行性的约束优化进化算法

提出一种新的求解约束优化问题的进化算法.该算法在处理约束时不引入惩罚因子,使约束处理问题简单化.基于种群中个体的可行性,分别采用3种不同的交叉方式和混合变异机制用于指导算法快速搜索过程.为了求解位于边界附近的全局最优解,引入一种不可行解保存和替换机制,允许一定比例的最好不可行解进入下一代种群.标准测试问题的实验结果表明了该算法的可行性和有效性.     

一种基于多样性度量的多目标化进化算法

针对如何通过附加的方法对多目标化问题进行理论分析,提出并证明了选择附加函数的3个前提条件.提出一种多目标化进化算法,根据种群中个体的多样性度量进行多目标化,并采用改进的非劣分类遗传算法对构造所得的多目标优化问题进行多目标优化.在静态和动态两种环境下进行算法性能验证,结果表明,在种群多样性保持、处理欺骗问题、动态环境下的适应能力等方面,所提算法明显优于其他同类算法.     

一种基于能耗均衡的分区节点部署算法

鉴于能耗问题是无线传感器网络研究的重要问题, 首先建立一种非均匀部署网络拓扑模型, 该模型中越靠近sink 的区域节点部署越密集, 节点通信距离越小; 然后针对节点初始随机部署情况, 提出一种基于节点能耗均衡的分区域节点重部署算法, 该算法利用分区域的节点移动, 减少节点移动距离, 降低移动能耗, 提高算法收敛速度; 最后通过仿真表明, 所提出的算法可以用较少数量的节点覆盖监测区域, 保证网络中各节点能量均衡消耗, 提高网络生存周期.

     

基于超图正则化的概念分解及在数据表示中的应用

针对传统图模型的流形学习无法准确表达数据间多元几何结构信息的问题, 提出一种基于超图正则化的概念分解(HRCF) 算法. 该算法用一组具有相似属性的数据子集构建超边, 建立数据间高阶关系的超图模型. 通过在概念分解算法中增加超图正则项, 保持数据间多元几何流形结构, 提高了算法的鉴别性. 在Yale 库、USPS 库和TDT2 库上的实验表明, HRCF 算法明显提高了聚类的准确率和归一化互信息, 验证了算法的有效性.

     

交互式进化计算研究进展

针对交互式进化计算的研究进展进行综述.首先对其求解模式及特点进行描述;然后对其理论、应用与改进研究进行系统分析,并深入讨论了交互式进化计算中的不确定性;最后指出了今后需要进一步研究的问题.     

多元质量特性的满意参数设计

针对多元质量特性的参数设计问题,借鉴满意控制理论,引入指标相容性思想,提出了基于多元质量特性的满意参数设计方法.首先用双响应曲面法建立均值-方差模型并确定指标要满足的约束范围;然后对指标约束进行分解并设计约束放宽策略;最后通过指标相容性分析来求解参数的满意解集.实例分析表明,满意参数设计方法能为质量设计的改进提供较大的满意解集,在满意解集中选取的满意解比最优解更可靠.