改进的粒子群优化算法与应用-研究

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1、重庆大学高校教师硕士学位论文1绪论1．1研究的背景1．1．1优化问题及其特点优化技术是一种以数学模型为基础，用于求解各种工程问题优化解的应用技术，它作为一个重要的科学分支一直受到人们的广泛重视，并在诸多工程领域得到迅速推广和应用，如系统控制、人工智能、模式识别、生产调度、计算机工程等等。实现控制过程和决策的最优化，对提高生产效率与效益、节省资源具有重要的作用，同时，优化方法的理论研究对改进算法性能、拓宽算法应用领域、完善算法体系同样具有重要作用．因此，优化理论与算法的研究是—个同时具有理论意义和应用价值的重要课题【11．鉴

2、于实际工程问题的复杂性、约束性、非线性、建模困难等特点，寻求具有智能特征的算法已成为有关学科的一个主要研究目标和引人注目的研究方向。粒子群算法(ParticleSwarmOptimization，简称PSO)作为一种群体智能的进化计算方法，由于其简单、有效的特点以及对复杂问题的快速计算等优势在函数优化、模式识别、预测理论等领域获得成功运用。但在图书采购决策领域，则鲜有应用发现，本文正是基于此，力图将PSO优化算法运用于图书采购优化决策．1．1．2研究的应用背景及意义图书采购为高校图书馆服务工作提供物质基础，图书采购的质量直

3、接影响了馆藏质量，从而在很大程度上决定着高校图书馆的整体服务水平．目前，高校图书馆的采访决策存在两种不同观点【2l，一是学科专家选书制度，这一观点认为学科专家选书制度为世界上最先进的决策模式，是发展的必然方向。如美国、德国等国家高校图书馆的选书决策都要求既有学科专长又有图书馆学位的高级馆员担当；二是教师选书制度．由教师选购专业性强的文献弥补选书人员的知识缺陷，提高文献在教学、科研中的作用．这两种决策方法都有其优点，但在图书馆的具体实践运作过程中也遇到不少困难：首先图书馆选书人员的素质较发达国家要低，具备理想知识结构的人员为

4、数尚少，另外教师大部分精力和专业有限，且对图书馆馆藏结构及经费配置缺乏全面的了解；最重要的是，这两种方式过分依赖决策者个人的学识、智慧和经验进行决策，容易造成人为的资金浪费及文献利用率低下．近年来，图书馆图书采购的主观盲目性造成的资源浪费和资金的综合效益最大化之间的冲突日益明显．鉴于这种情况，许多图书馆成立了选书委员会、学术委员会等组织，且从多渠道收集图书采购信息、读者需求信息，但由于没有一个科学、客观的计算、分析手段，无法得到合理的决策信息，因而将决策支持重庆大学高校教师硕士学位论文1绪论系统引入图书采访工作中，将决策过

5、程中的定量计算与定性分析进行有机的结合，以使有限的图书采购资金综合效益最大化的呼声日益高涨。“高校图书馆有必要建立采访决策支持系统，以帮助采访人员更好地完成文献采访工作，在这种需求的拉动下，结合人工智能技术、计算机技术和图书采访理论等知识建立决策支持系统(DSS)辅助图书馆决策就显得十分必要郴l。采访决策支持系统的研究和实现为图书馆图书采购、经费分配提供了科学的参考和决策依据，使得采购工作更趋合理性和科学性，既能最大限度地满足教学和科研的需要，又能在一定程度上避免盲目购书的现象，在大部分高校还比较依赖主观选书的今天，有较大

6、的经济和社会效益。本研究是重庆工商大学校内项目‘基于多实例的图书采购决策模型》的深化和延续。1．2国内外研究现状由于粒子群算法本身具有的概念简单性和易于实现性，在短期内得到很大发展，迅速引起了国际上相关领域众多学者的广泛关注和研究，并在很多领域得到应用。目前，粒子群优化算法的研究大致可分为以下几个领域：算法的原理研究、算法的改进研究以及算法的应用研究．(1)粒子群优化算法的原理研究即粒子之间是如何相互作用与运动而最终达到全局优化的，与相对鲜明的生物社会特性基础相比，PSO的数学基础显得相对薄弱，缺乏深刻且具有普遍意义的理论

7、分析．因此，对数学基础的研究非常重要，如粒子运动轨迹研究、算法收敛性研究和粒子群分布与演化研究等等。文献【4】利用微分方程和差分方程为工具对单个粒子的运动轨迹进行研究发现：单个粒子其轨迹是各种正弦波的随机的叠加组合．关于粒子群算法的收敛性研究比较多的集中在一些简化条件下的结果，采用的主要工具是动态系统理论。其它还有采用集合论的方法来研究此问题啊．文献【6】采用Folcker-Planck方程和Langevin方程对粒子群算法的运行机理有比较深入的分析研究。(2)粒子群优化算法的改进研究粒子群优化算法的改进研究可以说是PSO

8、算法研究的最重要的分枝，其内容十分庞大，但大多数改进方案都基于与其它优化算法的结合．PSO算法由于其简单和解决问题的有效能力而被应用到很多的领域。但在实际应用当中，也表现出了一些不尽人意的问题。这些问题中最主要的是它容易产生早熟收敛、局部寻优能力较差等．实际上这些缺点也是几乎所有随机算法的弊病．梯度法、