[發(fā)明專利]一種具有韋伯-費克納情緒化突變操作的細菌覓食尋優(yōu)方法

在審

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• 申請日: 2021-03-08
• 公開（公告）號: CN113033755A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發(fā)明（設計）人: 董海;齊新娜;董一萱
• 申請（專利權）人: 沈陽大學
• 主分類號: G06N3/00
• 分類號: G06N3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及一種具有韋伯?費克納情緒化突變操作的細菌覓食尋優(yōu)方法。經(jīng)典細菌覓食算法步驟主要包括：趨化、群集、繁殖及消除?擴散，本發(fā)明在經(jīng)典細菌覓食算法基本操作的基礎上引入了韋伯?費克納情緒化突變操作，并利用激素調節(jié)機制對細菌個體的情緒進行調節(jié)，從而改變了細菌個體運行方式，實現(xiàn)了細菌個體運行速度的自適應更新，規(guī)避了經(jīng)典細菌覓食算法存在的易陷入局部最優(yōu)的缺陷，提升了算法收斂性的同時確保了尋優(yōu)解的質量。

技術領域

本發(fā)明屬于智能優(yōu)化算法領域，具體涉及到一種具有韋伯-費克納情緒化突變操作的細菌覓食尋優(yōu)方法。

背景技術

啟發(fā)式算法均為生物智能算法，如：蛙跳算法、鯨魚算法、帝王蝶算法、蟻群算法及粒子群算法等。啟發(fā)式搜索就是對狀態(tài)空間維度內的每個個體進行評估，并模仿生物活動的某些特征，實現(xiàn)在狀態(tài)空間維度內對最佳位置的搜索，這樣可以縮短搜索路徑，提升算法運算效率。

實際社會的生產(chǎn)發(fā)展的需求促進了啟發(fā)式算法的發(fā)展，作為一種啟發(fā)式智能優(yōu)化算法，細菌覓食算法是由Passino于2002年提出的，并于2007年引入國內，但經(jīng)典的細菌覓食算法的某些相關理論仍不成熟，如：細菌個體運行速度無法實現(xiàn)自適應調整導致算法易陷入局部最優(yōu)、優(yōu)化精度低，因此，經(jīng)典的細菌覓食算法需要進一步的提升與改善。

本發(fā)明將具有激素調節(jié)機制的韋伯-費克納情緒化突變操作引入經(jīng)典細菌覓食算法，利用激素控制細菌個體的情緒，通過情緒感知因子判斷細菌個體的情緒狀態(tài)，從而根據(jù)細菌個體的情緒狀態(tài)實現(xiàn)其運行速度的自適應調整，以此實現(xiàn)細菌個體運行速度的更新，提升了算法的收斂性，并確保了尋優(yōu)解的質量。

發(fā)明內容

經(jīng)典細菌覓食算法中細菌個體的步長具有不確定性，這導致細菌個體運行速度無法針對實際環(huán)境實現(xiàn)自適應調節(jié)，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠規(guī)避上述弊端的具有韋伯-費克納情緒化突變操作的細菌覓食尋優(yōu)方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術方案：一種具有韋伯-費克納情緒化突變操作的細菌覓食尋優(yōu)方法，該算法包括下列順序的步驟：

(1)確定待研究對象的尋優(yōu)變量X＝{x₁,x₂,x₃,...,x_s}；

(2)將待研究對象的尋優(yōu)值即適應度轉化為最優(yōu)狀態(tài)為0的適應度函數(shù)：J_fitness(X)，最優(yōu)值為J_min＝0；

(3)具有韋伯-費克納情緒化突變操作的細菌覓食尋優(yōu)方法相關參數(shù)初始化；

(4)利用具有韋伯-費克納情緒化突變操作的細菌覓食尋優(yōu)方法進行尋優(yōu)。

步驟(3)所述具有韋伯-費克納情緒化突變操作的細菌覓食尋優(yōu)方法相關參數(shù)初始化，包括：

(3a)初始化細菌覓食相關參數(shù)

趨化步驟約定循環(huán)次數(shù)N_c、繁殖步驟約定循環(huán)次數(shù)N_re、消除-擴散步驟約定循環(huán)次數(shù)N_ed、消除-擴散概率P_ed、游動步長N_s、細菌總數(shù)N、引誘因子深度度量系數(shù)d_attract、引誘因子寬度度量系數(shù)w_attract、趨避高度度量系數(shù)h_repellent、趨避寬度度量系數(shù)w_repellent；

(3b)初始化其他相關參數(shù)

(3b-1)初始化激素調節(jié)參數(shù)

激素調節(jié)機制符合Hill函數(shù)，參數(shù)包括：慣性因子最大值w_max、慣性因子最小值w_min、慣性因子初始值w₀、閾值T、Hill系數(shù)n；