基于animat视觉模型的智能优化模式-研究

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1、第一章绪论最优化方法即是解决最优化问题的方法，最优化问题是在一定的约束条件下，决定某个或某些可控制的因素应有的合理取值，使所选定的目标达到最优的问题。最优化方法是运筹学、系统工程、最优控制等问题的基础和核心技术。优化问题在现实生活中普遍存在，例如，工程设计中怎样选择设计参数，使得设计方案既满足设计要求又能降低成本；资源分配中，怎样分配有限资源，使得分配方案既能满足各方面的基本要求，又能获得较好的经济效益：生产计划安排中，选择怎样的计划方案才能增加效率从而提高产值和利润；原料配比问题中，怎样确定各种成分的比例，才能提高

2、质量、降低成本；城建规划中，怎样安排工厂，机关、学校、商店、医院、住户和其他单位的合理布局，才能方便居民生活，有利于整个城市各行各业的发展；农田规划中，怎样安排各种农作物的合理布局，发挥地区优势，坚持高产稳产并利于环境保护和可持续发展；军事指挥中怎样才能确定最佳作战方案，既有效的消灭敌人保护自己，又有利于战争的全局发展，等等。同时，最优化方法发展很快，在工程技术及管理领域已经形成了--f-j重要的技术科学，在工业，农业、国防、工程、交通、金融、化工、能源、通信、结构力学、生命科学、材料科学、环境科学、控制论等领域都到

3、了广泛的应用。最优化方法的出现，可以追溯到牛顿(Newton)、拉格朗H(Lagrange)和柯西(Cauchy)时代，由于牛顿和莱布尼兹(Leibnitz)对微积分的贡献，才使得最优化思想的微分学的发展成为可能；而伯努利(BemouUi)、欧拉(Euler)和拉格朗日等人则奠定了变分学的基础；柯西最早应用最速下降法求解无约束极小化问题。第二次世界大战期间，出于满足军事上的需要产生了运筹学，战后运筹学开始转向民用工业的应用，并不断取得进展。而后随着今天科技的迅猛发展，特别是计算机技术的飞速发展和应用，使得最优化问题的

4、研究不仅成为一种迫切需要，而且有了求解的有力工具，因此最优化理论和算法得到了迅速发展。1．1课题背景优化技术是一种以数学为基础，用于求解各种工程问题优化解的应用技术。优化算法是一种搜索过程或规则，它基于某种思想和机制，通过一定的途径或规则来得到满足用户问题要求的解。随着人们对优化问题的深入研究和对复杂系统优化求解的迫切需求，建立确定性的数学模型又很难，传统的优化算法已经不能满足人们的需要。如对TSP、设备选址等NP．Hard问题以及大规模系统优化问题的求解，由于计算时间的限制，往往难以得到问题的最优解，用近似算法求解

5、得到的解质量较差，而且最坏情况下的时间复杂性是未知的。因此，从数学的角度讲，现有的近似算法不可能求出大规模组合优化问题的高质量的解。而对于实际工程问题，其具有维数灾难、不确定性、非结构化、多约束性、非线性、多极值、建模困难等特点，传统的优化算法对此复杂系统的全局优化问题无能为力，因而寻求适合于大规模并行且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。20世纪80年代以来，一些新颖的优化算法，如遗传算法(GeneticAlgorithm,GA)【㈤、模拟退火算法(Si咖1atedAnneali

6、ng，SA)tS-t21，㈣(AntColonyalgorithm，ACA)B3-201、人工神经网络(觚ificialNeuralNetworks，ANN)121。24】、粒子群算法(PanicleSwarmOptimization,PSO)f25-321及其混合优化策略等，通过模拟或揭示某些自然现象或生命过程而得到发展，其思想和内容涉及数学、物理学、生物进化、人工智能、神经科学和统计力学等方面，为解决复杂问题提供了新的思路和手段。这些算法在并行性、随机性、自适应性、鲁棒性、非线性复杂闯题的搜索能力等方面表现出了显

7、著的特点和得天独厚的优势。解决了一些实际问题。但是这些优化算法仍然存在一些缺陷，比如常见的停滞、早熟现象，解的精度不高等问题，需要人们不断去探究和改进。由于这些算法构造的直观性与自然机理，通常被称作智能优化算法(intelligentoptimizationalgorithms)，或现代启发式算法(meta-heuristicalgorithms)。2第一毒绪论优化方法的理论研究对改进算法性能、拓宽算法应用领域，完善算法体系都具有重要作用。因此，优化理论与算法的研究是一个非常具有理论意义和应用价值的课题。可以预料，随

8、着科学技术尤其是计算机技术的不断发展，以及数学理论与方法向各门学科和各个应用领域的更广泛、更深入的渗透，在21世纪信息时代，最优化理论和技术必将在社会的诸多方面起着越来越大的作用。1．2优化问题的数学描述根据对所研究问题的分析，了解及实践经验，为了～个特定的目的，建立出的用以描述问题的变化规律、反应其数量关系并有具体算法的一组数学表达式，这是数