現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計概論(ppt41頁)9(編輯修改稿)
2025-01-20 07:57 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 面的探討，可以看到遺傳算法與傳統(tǒng)優(yōu)化方法在本質(zhì)上有著不同之處，主要有以下幾點： （ 1）遺傳算法搜索種群中的點是并行的，而不是單點。 （ 2）遺傳算法并不需要輔助信息或輔助知識，只需要影響搜索方向的目標(biāo)函數(shù)和相應(yīng)的適應(yīng)度。 （ 3）遺傳算法使用概率變換規(guī)則，而不是確定的變換規(guī)則。 （ 4）遺傳算法工作使用編碼參數(shù)集，而不是自身的參數(shù)集（除了在實值個體中使用）。 ?遺傳算法的基本思想 遺傳算法是依據(jù)生物進(jìn)化中的 “ 適者生存 ” 規(guī)律的基本思想設(shè)計的，它把問題的求解過程模擬為群體的適者生存過程，通過群體的一代代的不斷進(jìn)化（包括競爭、繁殖和變異等）出現(xiàn)新群體，相當(dāng)于找出問題的新解，最終收斂到 “ 最適應(yīng)環(huán)境 ” 的個體（解），從而求得問題的最優(yōu)解或滿意解。 ? 遺傳算法在求解優(yōu)化問題時，都是將實際問題的求解空間按一定的編碼方式表現(xiàn)出來，即對解空間中的各個解進(jìn)行編碼。所謂解的編碼就是把各個解用一定數(shù)目的字符串（如“ 0”和“ 1”）表示。字符串中的每一位數(shù)稱為遺傳基因，每一個字符串（即一個解的編碼）稱為一個染色體或個體。個體的集合稱為群體。遺傳算法的尋優(yōu)過程就是通過染色體的結(jié)合，即通過雙親的基因遺傳、變異和交配等，使解的編碼發(fā)生變化，從而根據(jù)“適者生存”的規(guī)律，最終找出最優(yōu)解。表1列出了生物遺傳的基本概念在遺傳算法中的體現(xiàn)。 生物遺傳的基本概念 個體和群體 染色體和 基因 適者生存 種群 交配和變異 遺傳算法中的應(yīng)用 解和解空間 解的編碼和編碼字符串中的元素 具有最好適應(yīng)度值的解將有最大可能生存 根據(jù)適應(yīng)度函數(shù)選定的一組解 一種遺傳算子，產(chǎn)生新解的方法 表 1 生物遺傳與求解優(yōu)化問題的對應(yīng)關(guān)系 遺傳算法一般由編碼與解碼、適應(yīng)度函數(shù)、遺傳算子和 控制參數(shù)等四個部分組成。 1） 由設(shè)計空間向遺傳算法編碼空間的映射稱為編碼；由編碼空間向設(shè)計空間的映射稱為解碼。用遺傳算法求解優(yōu)化問題時，必須先建立設(shè)計變量與染色體之間的對應(yīng)關(guān)系，即確定編碼和解碼的規(guī)則。這樣在遺傳算法中，其優(yōu)化問題求解的一切過程都通過設(shè)計解的編碼與解碼來進(jìn)行。 2） 適應(yīng)度函數(shù)是用以描述個體適應(yīng)環(huán)境的程度，也是生物進(jìn)化中決定哪些染色體可以產(chǎn)生優(yōu)良后代（適者生存）的依據(jù)。一般是，個體的適應(yīng)度函數(shù)值越大，則個體性能越好，生存可能性越大；反之，若個體的適應(yīng)度函數(shù)值越小，則個體的性能越差，越有可能被淘汰。 3） 遺傳算子包括復(fù)制（或選擇）算子、交配算子和變異算子。復(fù)制算子是根據(jù)個體的優(yōu)劣程度決定在下一代是被淘汰還是被復(fù)制（即個體繼續(xù)存在，子代保持父代的基因）。交配是指兩個相互配對的染色體按某種方式相互交換其部分基因而生產(chǎn)兩個新的個體。變異是將個體編碼字符中的某些基因用其他等位基因來替換，從而生成一個新的染色體。這三個算子一般都按一定的種群復(fù)制（或選擇）概率、交配概率和變異概率隨機(jī)地進(jìn)行，造成遺傳中的子代和父代的差異。 4） 算法的控制參數(shù)包括種群的規(guī)模 M、交配率 Pc和變異率 Pm。 ?遺傳算法的計算步驟 ? 用遺傳算法求解工程優(yōu)化設(shè)計問題的基本步驟如下： ? 1） 確定尋優(yōu)參數(shù)，進(jìn)行編碼。編碼時先要設(shè)置編碼長度； ? 2） 隨機(jī)產(chǎn)生一組初始解（即個體）組成初始種群。初始種群中個體的數(shù)目稱作初始種群的規(guī)模； ? 3） 計算種群中各個個體的目標(biāo)函數(shù)值及其相應(yīng)的適應(yīng)度函數(shù)值； ? 4） 形成匹配集。根據(jù)種群中各個染色體的適應(yīng)度函數(shù)值，采取一定的選擇方法，從種群中選出適應(yīng)值較大的個染色體（其中有些染色體是重復(fù)的），稱這個染色體的集合即為匹配集。這一過程即為選擇操作
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