[發明專利]基于遺傳算法對材料的磁結構進行搜索的方法及裝置

有效

• 申請號: 201810585875.0
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN109034357B
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 張平;鄭法偉;李淑靜;周梅
• 申請（專利權）人: 北京應用物理與計算數學研究所
• 主分類號: G06N3/00
• 分類號: G06N3/00;G06N3/12
• 代理公司: 北京冠和權律師事務所 11399
• 代理人: 朱健;張國香

1.一種基于遺傳算法對材料的磁結構進行搜索的方法，其特征在于，包括：

獲取待測材料的物理參數，所述物理參數包括初始原胞的三個原基矢、初始原胞內每個原子的坐標和超元胞的三個超基矢；

沿三個所述超基矢的方向對所述初始原胞進行擴展、并確定擴展后的超元胞，根據三個所述原基矢和所述初始原胞內每個原子的坐標確定所述超元胞內每個原子的坐標，并隨機生成所述超元胞內每個原子的磁矩大小和磁矩方向；其中，三個原基矢的三個方向與三個超基矢的三個方向是相同的；

確定遺傳算法的迭代次數N、每代種群個體數量n和最優個體數量m，將超元胞的一個磁有序結構作為一個個體，并將隨機生成的n個個體作為初始的種群；

根據超元胞內每個原子的坐標、磁矩大小和磁矩方向，通過第一性原理進行結構優化和總能計算，來確定種群內每個個體的體系能量，以所述體系能量作為評價函數并對個體進行排序，體系能量越低，評價函數越好；將種群內每個個體的磁有序結構和對應的體系能量存儲至數據庫，并從所述數據庫中篩選出體系中評價函數最好的m個最優個體進入下一代計算；

基于遺傳算法的雜交運算，從m個最優個體中隨機抽取兩個進行雜交生成新的個體，添加部分隨機生成的新個體，直至新生成的下一代個體數量達到n，之后重復上述基于體系能量最低選取m個最優個體的步驟，直至迭代次數達到N；

根據最后得到的m個最優個體對應的體系能量最低的磁有序結構確定所述待測材料的全局最優磁有序結構。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述從m個最優個體中隨機抽取兩個進行雜交并生成新的個體包括：

從m個所述最優個體中隨機抽取一個個體作為父本，并根據超元胞中所有原子的坐標隨機選取父本中k個原子，所述k個原子之間相連的化學鍵數量大于或等于預設閾值，k為隨機正整數，且k不大于所述超元胞的原子個數；

再從最優個體中隨機抽取另一個個體作為母本，將所述父本中的這k個原子的磁矩大小和磁矩方向賦值至母本中的相對應的k個原子，母本中其余原子保持母本原子原來的磁矩大小和磁矩方向，將賦值后的母本作為雜交生成的下一代的個體。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，新生成的下一代個體包括雜交生成的下一代個體和隨機新生成的下一代個體，雜交生成下一代個體的數量為n_G，隨機新生成下一代個體的數量為n_R，且n_G+n_R＝n；

所述從m個最優個體中隨機抽取兩個進行雜交生成新的個體，添加部分隨機生成的新個體，直至新生成的下一代個體數量達到n，包括：

預先確定隨機新生成下一代個體的數量n_R的數值，并根據隨機新生成下一代個體的數量n_R來確定雜交生成下一代個體的數量n_G，其中0≤n_R<n_G≤n；

從m個最優個體中隨機抽取兩個進行雜交并生成雜交個體，判斷所述雜交個體對應的磁有序結構是否存在于所述數據庫中，當所述雜交個體對應的磁有序結構存在于所述數據庫中時，重復從m個最優個體中隨機抽取兩個進行雜交并生成雜交個體的過程，直至所述雜交個體對應的磁有序結構不存在于所述數據庫中，并將所述雜交個體作為下一代個體；

重復上述根據m個最優個體雜交生成下一代個體的過程，直至雜交生成的下一代個體的數量達到n_G；

隨機生成一個新的個體，判斷所述新的個體對應的磁有序結構是否存在于所述數據庫中，當所述新的個體對應的磁有序結構存在于所述數據庫中時，重復隨機生成新的個體的過程，直至所述新的個體對應的磁有序結構不存在于所述數據庫中，并將所述新的個體作為下一代個體；

重復上述隨機新生成一個下一代個體的過程，直至新生成的下一代個體的數量達到n_R。