[發明專利]基于混沌蟻獅優化算法的目標分群方法

在審

• 申請號: 201811200843.0
• 申請日: 2018-09-28
• 公開（公告）號: CN109766988A
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發明（設計）人: 黃震宇;白娟;張振興;楊任農;王棟
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍空軍工程大學
• 主分類號: G06N3/00
• 分類號: G06N3/00;G06N7/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.基于混沌蟻獅優化的目標分群方法，具體包括如下步驟：

步驟1.讀取數據

1.1)令初始時刻k＝1，讀取k時刻第t個目標的類型航向位置和速度t的取值為1，2，…，N_k，N_k為k時刻目標總目；

1.2)為便于描述編隊分組問題，k時刻第t個目標傳感器數據使用一維向量表示，其中表示k時刻第t個目標屬性，表示k時刻第t個目標類型，表示k時刻第t個目標航向，表示k時刻第t個目標位置，表示k時刻第t個目標速度，k時刻所有目標傳感器數據集合為

步驟2.數據清洗

2.1)選取孤立森林算法檢測傳感器數據中的異常值；

2.2)將GPS獲得的WGS-84大地坐標系轉化為我國國家坐標系；

2.3)為了保持數據范圍的統一性，對傳感器數據進行歸一化處理

其中，x^*為歸一化后的傳感器數據，x為原始傳感器數據，x_max為所有目標中該屬性傳感器數據的最大值，x_min為所有目標中該屬性傳感器數據的最小值；

步驟3.使用混沌蟻獅優化算法對目標編隊進行分組

3.1)設置參數：編隊數目為n，n為自然數且n∈[2，0.5N_k]，蟻獅優化算法的最大迭代次數Iter_max、螞蟻和蟻獅的數目分別為Num_ant和Num_antlion、適應度函數維數為6、螞蟻和蟻獅變量范圍[-1，1]以及混沌策略的最大迭代次數m；

3.2)在搜索區范圍內，使用Tent混沌序列初始化Num_ant和Num_antlion個n×6維螞蟻和蟻獅個體X_i，i∈[1，Num_ant+Num_antlion]，即編隊中心的位置，具體包括以下步驟：

3.2.1)隨機產生Num_ant和Num_antlion個(0，1)之間n×6維矩陣Z_i^D(t)，Z_i^D(t)為混沌序列，其中D表示變量維數，其中D表示變量維數，并在可行域中產生Tent混沌序列；

3.2.2)使用式(3)將Z_i^D(t)映射到對應變量的取值范圍內；

式中，表示第i個編隊中第j個屬性的數值，表示映射后的數值，x_min表示所有目標中該屬性傳感器數據的最小值，x_max表示所有目標中該屬性傳感器數據的最大值；

3.3)計算不同個體X_i的適應度值f(X_i)，具體包括以下步驟：

3.3.1)初始化t＝1，u＝1，距離記錄庫

3.3.2)計算第i個螞蟻個體第t行向量與k時刻第u個目標之間的距離，其中對應第t個編隊中心；

3.3.3)根據步驟3.3.2計算k時刻個體X_i編組內目標的平均距離H；

3.3.4)根據步驟3.3.2計算k時刻個體X_i編組間目標的平均距離K；

3.3.5)計算k時刻個體X_i的適應度值；

f(X_i)＝H/K (9)

3.4)使用自適應Tent混沌搜索為適應度值較差的個體產生更優解，具體包括以下步驟：

3.4.1)計算種群中所有個體的適應度值并進行排序，較差個體比例p₀，選取排序靠后的p₀×Num個個體作為較差個體，迭代次數為n；

3.4.2)根據步驟3.2.1)產生混沌序列Z_i^D(t)；

3.4.3)根據步驟3.3)計算混沌序列Z_i^D(t)的適應度值f(X_i)，并與先前的值進行比較，保留更優的解；

3.4.4)判斷是否達到迭代次數n_max，如果達到，執行步驟3.5)，如果沒有達到，返回步驟3.4.2)；

3.5)計算個體X_i的適應度值f(X_i)并進行排序，并根據適應度值f(X_i)選出精英蟻獅，具體包括以下步驟：

3.5.1)根據步驟3.3)計算個體X_i的適應度值f(X_i)，并進行排序；

3.5.2)選取適應度值f(X_i)最大的蟻獅為精英蟻獅個體EAntlion；

3.6)獲取所有螞蟻的位置，并選擇蟻獅個體，具體包括以下步驟：

3.6.1)通過錦標賽選擇策略選擇蟻獅個體；

3.6.2)利用式(10)和式(11)更新螞蟻的隨機游走向量c^o和d^o；

其中，c^o表示隨機游走向量第o次迭代的最小值；d^o表示隨機游走向量第o次迭代的最大值；o表示當前迭代次數，T_max表示最大迭代次數，w為常值，能夠調整螞蟻移向蟻獅的速度，數學表達式為式(12)；

3.6.3)使用式(13)實現螞蟻的隨機游走并使用式(14)進行正則化

其中，X(t)表示螞蟻隨機游走，表示第g次迭代螞蟻的位置，cumsum表示計算數組累計，q表示螞蟻的數量，t_q表示第q只螞蟻產生的隨機數值，g表示當前的迭代次數，a_i和b_i分別表示第i維變量隨機游走的最小值和最大值，和d_i^g分別表示第i維變量第g次迭代的最小值和最大值，r(t)表示隨機函數：

其中，tt表示0到1之間的隨機數；

3.6.4)使用式(16)更新螞蟻的位置；

其中表示第tk次迭代第i個螞蟻的位置，表示第tk次迭代在通過輪盤賭方式選擇的蟻獅周圍隨機游走，表示第tk次迭代在精英蟻獅周圍隨機游走；

3.6.5)判斷是否所有螞蟻都執行一次，如果達到，則執行下一步驟；如果沒有，返回步驟3.6.1)；

3.7)計算所有螞蟻的適應度值f(X_i)；

3.8)游走后的螞蟻與精英蟻獅進行比較，如果螞蟻的適應度值f(X_i)大于蟻獅的適應度值f(X_i)，使用螞蟻的位置替換蟻獅的位置；

如果

其中表示第tk次迭代第i個蟻獅的位置；

3.9)如果蟻獅的適應度值f(X_i)大于精英蟻獅的適應度值f(X_i)，更新精英蟻獅的位置；

3.9)判斷是否達到迭代次數n_max，如果達到，則輸出精英蟻獅位置，執行步驟4，如果沒有，返回到步驟3.4)；

步驟4.編隊分組結果輸出

4.1)輸出全部編隊分組結果；

4.2)檢查下一個時刻的傳感器觀測數據是否到達，如果到達，令k＝k+1，返回步驟1進行迭代，否則，結束本流程。