优化拉丁方试验设计方法及其应用

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1、第３３卷第５期国防科技大学学报Ｖｏｌ．３３Ｎｏ．５２０１１年１０月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＮＡＴＩＯＮＡＬＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＤＥＦＥＮＳＥＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＯｃｔ．２０１１文章编号：１００１－２４８６（２０１１）０５－００７３－０５优化拉丁方试验设计方法及其应用刘晓路，陈英武，荆显荣，陈盈果（国防科技大学信息系统与管理学院，湖南长沙４１００７３）摘要：计算机仿真是复杂系统优化的一种有效手段，但需要耗费大量机时，必须严格限制仿真次数。针对此提出了优化拉丁方试验设计方法，该方法需要较少的仿真次数，且兼顾方案的正交性和均匀性，采用Ｃｈｏｌｅｓｋｙ分解生成初始解，通过模

2、拟退火算法对拉丁方矩阵进行优化，定义动态权重因子实现正交性与均匀性的权衡。最后构建了一个实例，通过试验结果证明采用优化拉丁方试验设计方法可以生成具有较好性质的仿真方案，且仿真次数少。关键词：计算机仿真；优化拉丁方试验设计；正交性；均匀性中图分类号：Ｏ２１２６文献标识码：ＡＯｐｔｉｍｉｚｅｄＬａｔｉｎＨｙｐｅｒｃｕｂｅＳａｍｐｌｉｎｇＭｅｔｈｏｄａｎｄＩｔｓＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＬＩＵＸｉａｏｌｕ，ＣＨＥＮＹｉｎｇｗｕ，ＪＩＮＧＸｉａｎｒｏｎｇ，ＣＨＥＮＹｉｎｇｇｕｏ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍａｎｄＭａｎａｇｅｍｅｎｔ，Ｎａｔｉｏ

3、ｎａｌＵｎｉｖ．ｏｆＤｅｆｅｎｓｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００７３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅｆｏｒｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｃｏｍｐｌｅｘｓｙｓｔｅｍ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｉｔｉｓｔｉｍｅｃｏｎｓｕｍｉｎｇ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｍｕｓｔｂｅｓｔｒｉｃｔｌｙｃｏｎｆｉｎｅｄ．Ｔｏｇｅｎｅｒａｔｅａｇｏｏｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｐｌａｎ，ａｎｏｐｔｉｍｉｚｅｄＬａｔｉｎｈｙｐｅｒｃｕｂｅｓａｍｐｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｉｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ．Ｔ

4、ｈｅｍｅｔｈｏｄｃａｎｎｏｔｏｎｌｙｒｅｄｕｃｅｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ，ｂｕｔａｌｓｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｇｅｎｅｒａｔｅｄｐｌａｎｏｆｇｏｏｄｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｉｔｙａｎｄｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｓｐａｃｉｎｇ．Ｃｈｏｌｅｓｋｙｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｗａｓｂｏｒｒｏｗｅｄｔｏｇｅｎｅｒａｔｅｉｎｉｔｉａｌｓｏｌｕｔｉｏｎ，ａｎｄｓｉｍｕｌａｔｅｄａｎｎｅａｌｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｗａｓｕｓｅｄｔｏｇｅｔｏｐｔｉｍｉｚｅｄａｒｒａｙ．Ａｌｓｏａｄｙｎａｍｉｃｗｅｉｇｈｔｐａｒａｍｅｔｅｒｗａｓｄｅｆｉｎｅｄｔｏｂａｌａｎｃｅｄｉｆｆｅｒｅ

5、ｎｔｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｂｊｅｃｔｉｖｅｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ａｎｅｘａｍｐｌｅｗａｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄＬａｔｉｎｈｙｐｅｒｃｕｂｅｓａｍｐｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｃａｎｇｅｎｅｒａｔｅａｓｏｕｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｐｌａｎｗｉｔｈｌｅｓｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｕｔｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｏｐｔｉｍｉｚｅｄｌａｔｉｎｈｙｐｅｒｃｕｂｅｓａｍｐｌｉｎｇ；ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｉｔｙ；ｕｎｉｆｏｒｍｓｐａｃｉｎｇ通过人为控制的试验来研究事物探索其发展的主要内容是讨论如何合理地安

6、排试验、取得数规律，这是广泛应用于科学研究的一个重要手段。据，然后进行综合的科学分析，从而达到尽快获得由于安全、成本、时间以及资源的限制，很多时候最优方案的目的。本文在对比和分析国内外研究物理试验并不可行，于是就用计算机试验代替物的基础上，针对仿真优化中存在的仿真时间和仿理试验，计算机仿真正越来越多地用到生产制造真精度之间的冲突，提出了优化拉丁方试验设计和产品优化中。随着设计参数和约束的增加，系方法，该方法保证仿真点均匀地散布在整个设计统的仿真模型变得非常复杂，单次仿真需要耗费空间，同时考虑了仿真点间的正交性，使仿真方案大量时间，尤其那些高维非线性的“黑箱”系统，具

7、有较好的典型性和代表性。本文首先构建了拉时间成为制约仿真优化的瓶颈因素，在制定仿真丁方试验设计的评价体系，然后详细阐述了优化方案时必须严格限制仿真次数；但从仿真精度上拉丁方试验设计方法，最后通过实例证明了该方讲，则要求仿真次数尽可能多，因此存在仿真时间法的有效性以及其在正交性和稳定性上的优势。和仿真精度间的冲突。为了解决这种冲突，需要１拉丁方试验设计的评价体系合理安排仿真试验。试验设计正是这样的一种方法，优秀的试验设计能有效降低试验次数，缓解仿拉丁方试验设计（ＬａｔｉｎＨｙｐｅｒｃｕｂｅＳａｍｐｌｉｎｇ，［１］真计算的压力。ＬＨＳ）自１９７９年被提出以来，一直是