趋磁性细菌优化算法的研究及应用

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1、硕士学位论文Ｉｉ＇ｗｍｓ．５：趋磁性细菌优化算法的研究及应用作者姓名张雪雪指导教师姓名、职称刘三阳教授申请学位类别理学硕士西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研宄成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外；也不包，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研宄成果含一为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同事对本研究所做的任

2、何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。一学位论文若有不实之处，本人承担切法律责任。）０丨“」５：Ｈ豐：本人签名日期西安电子科技大学关于论文使用授权的说明，即本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文，；学校可以公布论文的全部或部分内容允许采用影印，结合学位论文研究成果完成的论、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证。文，、发明专利等成果署名单位为西安电子

3、科技大学保密的学位论文在年解密后适用本授权书。＿本人签名：导师签名：＾＂上０丨日期日期：ｋ／／（：，学校代码10701学号1507122409分类号TP18密级公开西安电子科技大学硕士学位论文趋磁性细菌优化算法的研究及应用作者姓名：张雪雪一级学科：数学二级学科：应用数学学位类别：理学硕士指导教师姓名、职称：刘三阳教授学院：数学与统计学院提交日期：2018年6月TheResearchandApplicationoftheMagnetotacticBacteriaOptimizationAlgorithmAthe

4、sissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinAppliedMathematicsByZhangXuexueSupervisor:LiuSanyangTitle:ProfessorJune2018摘要摘要智能优化算法作为数学优化的新方法，对目标函数解析性要求低，在实际复杂优化问题求解上具有原理简单和效率较高等特点，为优化领域研究打开了新思路。基于功率谱的趋磁性细菌优化算法是近年来提出的一种新型进化算法，该

5、算法模拟趋磁性细菌利用自身磁场与地磁场相互作用来调节自身行为的生理机制，具有易于实现，参数少等特点。功率谱计算、细菌旋转、细菌游走和磁矩替换是基于功率谱的趋磁性细菌优化算法的四个算子，其中细菌旋转和细菌游走算子实现细菌磁矩调节功能，未能充分利用种群功率谱信息，磁矩替换算子在一定程度上增加了算法的开发能力。因此，提出具有更好收敛效果的算法是很有必要的。本文介绍了智能算法的研究背景、发展和研究现状，并详细介绍了趋磁性细菌优化算法的优化原理。本文拟提高算法的开发能力，提出了两种改进单目标优化算法和一种多目标优化算法，主要研究工作如下：首先，

6、针对算法在求解单目标优化问题的不足之处，对基于功率谱的趋磁性细菌优化算法改进，提出了结合档案集的功率谱趋磁性细菌优化算法。将原算法中细菌旋转和细菌游走相结合，给出新的磁矩调节公式，并在磁矩替换阶段使用轮盘赌选择方法从档案集中选择对种群的累计贡献值较高个体与当前最优解结合，替换一半较差个体。对测试函数进行仿真实验，与原算法相比，改进算法能有效提高算法收敛精度。然后，设计了改进的基于功率谱的趋磁性细菌优化算法，该算法以趋磁性细菌体内磁性颗粒为基础，改进了细菌磁矩调节算子，并给出了结合混沌映射序列的基于功率谱的磁矩替换算子。数值实验验证了改

7、进的基于功率谱的趋磁性细菌优化算法的有效性，还分析了替换参数对函数收敛结果的影响。最后，分析并研究了经典的多目标进化算法，提出基于功率谱的趋磁性细菌多目标优化算法。该算法采用档案集的方法，对种群中每个个体执行规模为2的锦标赛方法，选择档案集中拥挤距离较大的非支配个体作为其最优个体，利用功率谱和最优个体磁矩采用高斯公式更新磁矩，并基于一种动态调节概率变异策略替换种群中支配个体。在搜索前期，采用较大的替换变异策略能够加快算法的寻优速度；在寻优陷入后期停滞阶段，选择较小的替换概率能够增加种群多样性。对经典多目标测试函数的数值仿真结果表明，基

8、于功率谱的趋磁性细菌多目标优化算法在性能上优于对比算法。关键词：智能优化算法，功率谱，档案集，混沌替换，磁矩调节，多目标优化IABSTRACTABSTRACTAsanewmethodofmathematicaloptim