[發(fā)明專利]一種超材料單元結(jié)構(gòu)的參數(shù)優(yōu)化方法及裝置

有效

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• 申請日: 2011-11-28
• 公開（公告）號: CN103136389A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉若鵬;季春霖;劉斌;陳智偉
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳光啟高等理工研究院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超材料領(lǐng)域，尤其涉及一種超材料單元結(jié)構(gòu)的參數(shù)優(yōu)化方法及裝置。

背景技術(shù)

“超材料″是指一些具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復合結(jié)構(gòu)或復合材料。通過在材料的關(guān)鍵物理尺度上的結(jié)構(gòu)有序設(shè)計，可以突破某些表觀自然規(guī)律的限制，從而獲得超出自然界固有的普通性質(zhì)的超常材料功能。

要獲得理想的“超材料”，“材料”的選擇是至關(guān)重要的。針對超材料結(jié)構(gòu)單元電磁特性的數(shù)學描述是超材料自動化設(shè)計過程中不可或缺的一個重要環(huán)節(jié)。

但是，目前對超材料的研究和設(shè)計尚停留在憑經(jīng)驗手工調(diào)節(jié)和設(shè)計的階段，缺乏標準化微結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化方法，阻礙了超材料的大規(guī)模設(shè)計和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。針對人工電磁材料結(jié)構(gòu)單元電磁特性的標準化微結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化方案是目前亟需解決的難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實施例所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種超材料單元結(jié)構(gòu)的參數(shù)優(yōu)化方法及裝置，可以對超材料結(jié)構(gòu)單元電磁特性進行微結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化，通過自動匹配尋找最符合設(shè)計要求的粒子，整個過程可由計算機控制，克服目前對超材料的研究和設(shè)計全憑經(jīng)驗手工調(diào)節(jié)，效率低下的問題。本發(fā)明實施例提供的超材料單元結(jié)構(gòu)的參數(shù)優(yōu)化方法及裝置利用數(shù)理方法，可以實現(xiàn)超材料的大規(guī)模自動化設(shè)計。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實施例提供了一種超材料單元結(jié)構(gòu)的參數(shù)優(yōu)化方法，包括：

A、在預設(shè)參數(shù)空間內(nèi)選取均勻分布的隨機數(shù)，所述參數(shù)空間內(nèi)的每一個隨機數(shù)作為一個粒子；

B、計算每個粒子的適應(yīng)度值，并根據(jù)計算結(jié)果，記錄全局最好的適應(yīng)度值及其對應(yīng)的粒子狀態(tài)gbest，以及每一個粒子到當前為止的當前最好狀態(tài)pbest；

C、根據(jù)所述gbest和pbest，更新粒子狀態(tài)；

D、對所述粒子的適應(yīng)度值排序后，按預設(shè)比例選取適應(yīng)度值高的粒子并更新其索引值；

E、重復上述步驟B-D，至取得具有最好pbest的粒子作為匹配結(jié)果。

其中，所述步驟A包括：

a1、構(gòu)造從超材料單元結(jié)構(gòu)的所述參數(shù)空間向折射率空間映射的非參數(shù)模型F，即n＝F(s)，其中s代表單元結(jié)構(gòu)的參數(shù)，n代表折射率；

a2、設(shè)定期望的折射率n₀；

a3、在預設(shè)參數(shù)空間內(nèi)選取均勻分布的隨機數(shù)，所述參數(shù)空間內(nèi)的每一個隨機數(shù)作為一個粒子。

其中，所述更新粒子狀態(tài)的公式為：

V(t+1)＝w*V(t)+c1*rand*(S(t)-pbest)+c2*rand*(S(t)-gbest)+n1

S(t+1)＝S(t)+V(t+1)+n2

其中V代表粒子飛行速度，w代表慣性常數(shù)，c1、c2代表學習因子，rand代表[0，1]之間產(chǎn)生均勻分布的隨機數(shù)，S代表粒子狀態(tài)，t為當前時刻，t+1為下一時刻，n1、n2是服從均值為0，方差為指定數(shù)字的高斯噪聲。

其中，所述步驟D包括：

d1、對粒子的適應(yīng)度值進行排序，并按預設(shè)比例選取適應(yīng)度值高的粒子；

d2、記錄被選取的粒子的索引值，在每個粒子的索引值上乘一個[0，1]之間均勻分布的隨機數(shù)；

d3、對d2的計算結(jié)果正向取整，代入原索引值，得到粒子的新的索引值。

其中，步驟D中所述預設(shè)比例為50％。

相應(yīng)地，本發(fā)明實施例還提供了一種超材料單元結(jié)構(gòu)的參數(shù)優(yōu)化裝置，包括：

粒子選取模塊，用于在預設(shè)參數(shù)空間內(nèi)選取均勻分布的隨機數(shù)，所述參數(shù)空間內(nèi)的每一個隨機數(shù)作為一個粒子；

最優(yōu)狀態(tài)記錄模塊，用于計算每個粒子的適應(yīng)度值，并根據(jù)計算結(jié)果，記錄全局最好的適應(yīng)度值及其對應(yīng)的粒子狀態(tài)gbest，以及每一個粒子到當前為止的當前最好狀態(tài)pbest；

粒子狀態(tài)更新模塊，用于根據(jù)所述gbest和pbest，更新粒子狀態(tài)；

索引更新模塊，用于對所述粒子的適應(yīng)度值排序后，按預設(shè)比例選取適應(yīng)度值高的粒子并更新其索引值；

匹配控制模塊，用于控制所述最優(yōu)狀態(tài)記錄模塊、粒子狀態(tài)更新模塊、索引更新模塊依次循環(huán)處理，直至取得具有最好pbest的粒子作為與n₀最匹配的結(jié)果。

其中，所述粒子選取模塊包括：

模型構(gòu)造單元，用于構(gòu)造從超材料單元結(jié)構(gòu)的參數(shù)空間向折射率空間映射的非參數(shù)模型F，即n＝F(s)，其中s代表單元結(jié)構(gòu)的參數(shù)，n代表折射率；

折射率預設(shè)單元，用于設(shè)定期望的折射率n₀；