[發(fā)明專利]光學(xué)薄膜高維多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010719815.0
• 申請日: 2020-07-23
• 公開（公告）號: CN111723528B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 匡尚奇;林景全;宋曉偉
• 申請（專利權(quán)）人: 長春理工大學(xué)
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06F111/06;G06F119/20;G06N3/00;G06N3/12
• 代理公司: 南京利豐知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王鋒

1.一種光學(xué)薄膜高維多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，所述光學(xué)薄膜包括層疊設(shè)置的兩個以上膜層，其特征在于，所述光學(xué)薄膜高維多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法包括：

步驟I、應(yīng)用高維多目標(biāo)遺傳算法求解光學(xué)多層膜的多項(xiàng)性能目標(biāo)的非支配解，分析所述非支配解分布以及所述各性能目標(biāo)之間的關(guān)系，同時對所述非支配解進(jìn)行優(yōu)選，從而確定優(yōu)選的進(jìn)化方向；

步驟II、應(yīng)用方向選擇高維多目標(biāo)遺傳算法對步驟I確定的所述優(yōu)選的進(jìn)化方向進(jìn)行局部精搜，獲得高維多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)的優(yōu)選膜系設(shè)計(jì)；

其中，所述步驟I具體包括：

（1.1）輸入光學(xué)多層膜膜系的初始參數(shù)值，包括表征光學(xué)多層膜膜系的個體所構(gòu)成種群的規(guī)模N、優(yōu)化膜層數(shù)t、變異概率p_m、交叉算子η_c、變異算子η_p、進(jìn)化代數(shù)j=0和膜層幾何厚度的搜索區(qū)間；

（1.2）隨機(jī)生成光學(xué)多層膜膜系的初始父代種群，即：

（1.01）

其中任意個體a_i含有t個參數(shù)，即：

（1.02）

其中d_i為第i個膜層的幾何厚度；

（1.3）結(jié)合光學(xué)多層膜膜系性能需求建立的約束條件，評估父代種群中每一個體的多目標(biāo)適應(yīng)度，目標(biāo)維度k大于或等于3，對于不同光學(xué)元件的性能需求，采用不同的評估函數(shù)，且各目標(biāo)函數(shù)的進(jìn)化方向?yàn)楹瘮?shù)值越小表示個體的適應(yīng)度越高，即：

其中，k≥3；

（1.4）逐一對比父代種群中每一個體的多目標(biāo)適應(yīng)度，得出每一個體的非支配排序，進(jìn)而將父代種群分解為n個非支配解系列，即：

（1.04）

其中越靠前的非支配解系列中個體適應(yīng)度越高，以及，對于同一非支配系列中的解采用擁擠度策略進(jìn)一步排序；

（1.5）采用輪賽選擇策略，應(yīng)用個體的非支配排序和擁擠度排序，對光學(xué)多層膜膜系的種群中的個體進(jìn)行模擬二進(jìn)制交叉操作，以此生成子代種群；

（1.6）對光學(xué)多層膜膜系的子代種群個體進(jìn)行變異操作；

（1.7）將光學(xué)多層膜膜系的父代種群和子代種群進(jìn)行合并；

（1.8）結(jié)合光學(xué)多層膜膜系性能需求建立的約束條件，對光學(xué)多層膜膜系的合并種群個體逐一進(jìn)行多目標(biāo)適應(yīng)度評估；

（1.9）對光學(xué)多層膜膜系的合并種群進(jìn)行非支配排序并分解；

（1.10）返回步驟（1.3），直到進(jìn)化達(dá)到要求的進(jìn)化代數(shù)；

（1.11）在光學(xué)多層膜膜系高維多目標(biāo)設(shè)計(jì)的非支配解前沿中確定優(yōu)選解的進(jìn)化方向；

所述步驟II具體包括：

（2.1）輸入光學(xué)多層膜膜系的初始參數(shù)值，包括種群規(guī)模N′、優(yōu)化膜層數(shù)t、變異概率p_m、交叉算子η_c、變異算子η_p、進(jìn)化代數(shù)j=0、膜層幾何厚度的搜索區(qū)間和優(yōu)選的膜系設(shè)計(jì)的進(jìn)化方向；

（2.2）隨機(jī)生成光學(xué)多層膜膜系的初始父代種群P，即：

（1.16）

其中任意個體b_i含有t個參數(shù)，即：

（1.17）

其中為第i膜層的幾何厚度；

（2.3）結(jié)合膜系性能需求建立的約束條件，評估父代種群中每一個體的多目標(biāo)適應(yīng)度，目標(biāo)維度大于或等于3，其中對于不同的光學(xué)元件采用不同的多目標(biāo)評估函數(shù)，且各目標(biāo)評估函數(shù)的進(jìn)化方向?yàn)楹瘮?shù)值越小表示個體的適應(yīng)度越高，即：

（1.18）

其中，k≥3；

（2.4）逐一對比父代種群中每一個體的多目標(biāo)適應(yīng)度，以此得出每一個體的非支配排序，進(jìn)而將父代種群分解為n個非支配解系列，即：

（1.19）

其中越靠前的非支配解系列中個體適應(yīng)度越高，以及，對于同一非支配系列中的解采用擁擠度策列進(jìn)行進(jìn)一步排序；

（2.5）采用輪賽選擇策略，應(yīng)用個體的非支配排序和擁擠度排序，隨機(jī)優(yōu)選兩個體進(jìn)行模擬二進(jìn)制交叉操作，以此生成子代種群；

（2.6）對光學(xué)多層膜膜系的子代種群個體進(jìn)行變異操作；

（2.7）將多層膜膜系的父代種群和子代種群進(jìn)行合并；

（2.8）結(jié)合光學(xué)多層膜膜系性能需求建立的約束條件，對光學(xué)多層膜膜系的合并種群個體逐一進(jìn)行多目標(biāo)適應(yīng)度評估；

（2.9）對光學(xué)多層膜膜系的合并種群進(jìn)行非支配排序并分解，按照非支配排序和步驟（2.4）中的擁擠度排序策略，優(yōu)選N個個體形成新一代父代種群P_j+1；

（2.10）返回步驟（2.3），直到進(jìn)化達(dá)到要求的進(jìn)化代數(shù)。