混合量子差分进化算法及应用

量子进化算法基于量子旋转门更新量子比特状态影响了算法搜索性能．提出一种差分进化（DE）与和声搜索（Hs）相结合更新量子比特状态的混合量子差分进化算法（HQDE）．该方法采用实数量子角形式编码染色体,设计一种由差分进化计算更新量子位状态的量子差分进化算法（QDE）和一种由和声搜索更新量子位状态的量子和声搜索（QHS）,并相互机制融合,采用两种不同进化策略共同作用产生种群新量子个体以克服常规算法中早熟及收敛速度慢等缺陷;在此基础上,算法还引入量子非门算子对当前最劣个体以一定概率选中的量子比特位进行变异操作增强算法跳出局部最优解能力．理论分析证明该算法收敛于全局最优解．0／1背包问题及旅行商问题实例测试结果验证了该方法有效性．     

一种新的相位角编码量子进化算法

针对具有连续解空间的数值函数优化问题,基于量子算法和实数编码进化算法的思想,提出一种新的相位角编码量子进化算法(PAQEA).算法的概率表达特性使得量子染色体能够以一定概率表达优化问题的所有可行解,结合动态量子旋转门实现染色体的进化,实现了算法局部搜索与全局搜索的平衡.理论分析证明了算法的全局收敛性.仿真结果表明,该算法适用于复杂数值函数优化问题,具有收敛速度快、搜索能力强和稳定性高的特点.     

一种新的混合量子进化算法

量子进化算法(QEA)用于多峰函数优化时,容易陷入局部最优.本文提出一种新的混合量子进化算法,通过双编码机制(经典二进制编码和量子概率编码),以及经典交叉和量子概率编码更新策略,实现了经典遗传算法与量子进化算法的有机结合,在发挥经典遗传算法全局优化能力的同时,利用量子概率搜索提高了算法的局部搜索能力.通过一组典型函数优化实验对该算法的性能进行了考察,并与QEA进行了比较.结果表明,本文算法在解的质量和收敛速度上都要优于QEA.     

实数编码量子进化算法

为求解复杂函数优化问题,基于量子计算的相关概念和原理,提出一种实数编码量子进化算法.首先构造了由自变量向量的一个分量和量子比特的一对概率幅为等位基因的三倍体染色体,增加了解的多样性;然后利用量子旋转门和依据量子比特概率幅满足归一化条件设计的互补双变异算子进化染色体,实现局部搜索和全局搜索的平衡.标准函数仿真表明,该算法适合求解复杂函数优化问题,具有收敛速度快、全局搜索能力强和稳定性好的优点.     

一种实数编码量子进化算法及其收敛性

基于量子计算理论和进化理论,提出一种新的量子进化算法--基于实数编码的量子进化算法(RQEA).不同于传统进化算法的单点编码和量子进化算法的量子比特编码,该算法以实数矩形区域表示基因,一条染色体携带多个个体信息,利用量子态叠加和相干机理,通过叠加、变异及自学习来完成进化过程,理论分析证明了算法具有全局收敛性,实验结果表明,该算法在函数优化上具有优异的性能.     

个体扰动的混沌对立学习与差分进化灰狼算法

针对传统灰狼优化算法易于陷入局部最优、寻优精度低的问题,提出基于混沌对立学习和差分进化机制的改进灰狼优化算法CODEGWO.引入混沌对立学习策略生成灰狼初始种群,提升初始解的质量,加速算法收敛;引入差分进化的局部搜索机制,改善灰狼的局部开发与邻近区域的搜索能力;引入个体扰动机制增加种群多样性,改进灰狼的全局搜索能力.8...     

混沌时间序列的自适应变异差分进化ANFIS预测

提出了一种基于自适应变异差分进化（AMDE）算法的ANFIS模型对混沌时间序列进行预测的方法,该方法采用自适应变异差分进化算法和最小二乘法相结合的混合学习算法对ANFIS网络结构参数进行优化设计,利用差分进化算法的全局寻优能力对ANFIS网络前件参数进行优化,而网络的结论参数采用最小二乘法优化,混合学习算法提高了网络参数辨识的收敛速度和系统的全局收敛性,仿真实验结果表明了该方法的有效性。     

一种实数编码的量子差分进化算法

量子进化方法是受量子计算思想的启发而产生的一种新型的高效算法,在计算效率和避免陷入局部极值问题上有着卓越的成效.因此,量子机制与智能优化算法的组合,将进一步扩展智能优化算法的应用领域,提高优化算法解决问题的能力.为此,将量子计算引入到差分进化算法中,提出一种新型的进化算法一量子差分进化算法.该方法将量子比特的概率幅表示应用于染色体的实数编码,用量子变异、量子交叉、量子选择操作实现染色体位置的更新,用量子非门进行量子位两个概率幅互换,能在防止算法早熟的同时使算法更快收敛.并分别以函数极值和TSP问题为例进行了仿真,验证了算法的有效性.     

新颖的阻塞流水车间调度量子差分进化算法

针对阻塞流水车间调度问题(BFSP),提出了一种新颖的量子差分进化(NQDE)算法,用于最小化最大完工时间。该算法将量子进化算法(QEA)与差分进化(DE)相结合,设计一种新颖的量子旋转机制控制种群进化方向,增强种群多样性;采用高效的基于变邻域搜索的量子进化算法(QEA-VNS)协同进化策略增强算法的全局搜索能力,进一步提高解的质量。基于Taillard's benchmark实例仿真,结果表明,所提算法在最优解数量上明显高于目前较好的启发式算法--INEH,改进了110个实例中64个实例的当前最优解;在性能上也优于目前有效的元启发式算法--新型蛙跳算法(NMSFLA)和混合量子差分进化(HQDE),产生最优解的平均百分比偏差(ARPD)均下降约6%。NQDE算法适合大规模阻塞流水车间调度问题。     

集成协方差矩阵自适应进化策略与差分进化的优化算法

不同智能优化算法在求解优化问题时通常表现出显著的性能差异.差分进化(DE)算法具备较好的全局搜索能力,但存在收敛慢、效率低的不足,协方差矩阵自适应进化策略(CMA–ES)局部搜索能力强,具备旋转不变性,但容易陷入局部最优,因此, DE和CMA–ES之间具有潜在的协同互补能力.针对上述问题,提出了一种集成协方差矩阵自适应进化策略与差分进化的优化算法(CMADE).在CMADE框架中, DE算法负责全局搜索, CMA–ES算法进行局部搜索.通过周期性解交换机制实现CMA–ES和DE两个算法间协同交互和反馈控制.在解交换时,从DE种群中选择优秀个体,利用CMA–ES算法在优秀个体周围进行局部搜索.同时在DE和CMA–ES的混合种群中,综合考虑解的多样性和最优性,选取一定比例的解作为DE算法的新种群进行全局搜索,实现全局搜索与局部搜索的动态平衡.将CMADE算法与CMA–ES, DE, SaDE, jDE, EPSDE, ACODE和SHADE算法在CEC2014标准测试集上进行比较实验.结果表明, CMADE整体性能显著优于其它比较算法.     

求解背包问题的混合量子进化算法

针对量子进化计算中反馈信息利用不充分并容易早熟的不足,将量子进化计算与及蚂蚁寻优策略融合,提出了一种新的优化方法—混合量子进化算法(HQEA).以量子染色体表示智能蚂蚁所有可能的搜索路径,初始阶段采用量子进化学习,设计了智能蚂蚁网络及衔接算子,进化学习所得结果表示智能蚂蚁路径选择的概率,并利用蚁群寻优策略继续搜索求精确解.理论证明该算法具有全局收敛性.最后以背包问题对算法进行了测试.     

基于混合类电磁机制算法的混沌系统控制与同步

混沌系统控制与同步可通过优化方法设计控制律引导混沌系统轨道来实现．类电磁机制优化算法（EM）是模拟电磁场带电粒子间吸引一排斥行为机制的一种启发式搜索方法,目前还尚未在混沌系统控制与同步问题中得到应用．本文提出一种混合类电磁机制优化算法（HEM）用于求解该优化问题,该方法采用修改的类电磁机制算法（REM）与差分进化算法（DE）相融合平衡算法对解空间的全局探索和局部开发能力,基准函数测试表明混合算法改善了全局搜索能力及求解可靠性．在此基础上,采用HEM算法引导混沌系统的轨道,搜索施加于系统的小扰动使其轨迹在短时间内跟踪到目标区域;再将混沌系统的同步问题转化为在线轨道导引问题,采用HEM优化算法解决．通过典型离散Henon映射为例,数值仿真结果表明了该方法是解决混沌系统控制与同步的一种有效方法．     

Real-coded chaotic quantum-inspired genetic algorithm for training of fuzzy neural networks

In this paper, a novel approach to adjusting the weightings of fuzzy neural networks using a Real-coded Chaotic Quantum-inspired genetic Algorithm (RCQGA) is proposed. Fuzzy neural networks are traditionally trained by using gradient-based methods, which may fall into local minimum during the learning process. To overcome the problems encountered by the conventional learning methods, RCQGA algorithms are adopted because of their capabilities of directed random search for global optimization. It is well known, however, that the searching speed of the conventional quantum genetic algorithms (QGA) is not satisfactory. In this paper, a real-coded chaotic quantum-inspired genetic algorithm (RCQGA) is proposed based on the chaotic and coherent characters of Q-bits. In this algorithm, real chromosomes are inversely mapped to Q-bits in the solution space. Q-bits probability-guided real cross and chaos mutation are applied to the evolution and searching of real chromosomes. Chromosomes consisting of the weightings of the fuzzy neural network are coded as an adjustable vector with real number components that are searched by the RCQGA. Simulation results have shown that faster convergence of the evolution process in searching for an optimal fuzzy neural network can be achieved. Examples of nonlinear functions approximated by using the fuzzy neural network via the RCQGA are demonstrated to illustrate the effectiveness of the proposed method.     

基于改进粒子群算法的图像灰度增强研究

针对灰度图像增强的特点,采用具有混沌量子特性的粒子群优化算法。首 先粒子以全局最优解更新自身的速度和位置;接着量子效应的概率密度函数使束缚状态的粒 子以一定概率出现在整个可行搜索空间的任何位置;然后混沌状态使粒子从无序到有序转 变,相关因子避免了搜索的盲目性;最后灰度图像采用非线性映射曲线变换,其函数转化为 改进粒子群算法的参数。实验仿真显示算法对图像灰度增强效果优,定量评价指标好,时效 性佳。     

A hybrid quantum chaotic swarm evolutionary algorithm for DNA encoding

DNA encoding is crucial to successful DNA computation, which has been extensively researched in recent years. It is difficult to solve by the traditional optimization methods for DNA encoding as it has to meet simultaneously several constraints, such as physical, chemical and logical constraints. In this paper, a novel quantum chaotic swarm evolutionary algorithm (QCSEA) is presented, and is first used to solve the DNA sequence optimization problem. By merging the particle swarm optimization and the chaotic search, the hybrid algorithm cannot only avoid the disadvantage of easily getting to the local optional solution in the later evolution period, but also keeps the rapid convergence performance. The simulation results demonstrate that the proposed quantum chaotic swarm evolutionary algorithm is valid and outperforms the genetic algorithm and conventional evolutionary algorithm for DNA encoding.     

基于自适应机制的多宇宙并行量子衍生进化算法

进化参量的选取对量子衍生进化算法(QEA)的优化性能有极大的影响,传统QEA在选择进化参量时并未考虑种群中个体间的差异,种群中所有个体采用相同的进化参量完成更新,导致算法在解决组合优化问题中存在收敛速度慢、容易陷入局部最优解等问题。针对这一问题,采用自适应机制调整QEA的旋转角步长和量子变异概率,算法中任意一代的任一个体的进化参量均由该个体自身适应度确定,从而保证尽可能多的进化个体能够朝着最优解方向不断靠近。此外,由于自适应量子进化算法需要评估个体的适应度,导致运算时间较长,针对这一问题则采用多宇宙机制将算法分布于多个宇宙中并行实现,从而提高算法的执行效率。通过搜索多峰函数最优解和求解背包问题测试算法性能,结果表明,与传统QEA相比,所提出算法在收敛速度、搜索全局最优解及执行速度方面具有较好的表现。     

量子进化算法原理及改进策略研究

针对传统进化算法存在收敛速度慢和未成熟收敛的问题,将进化算法与量子理论相结合,提出一种量子进化算法。使用量子比特编码染色体,构造一种新的用于普通染色体的全干扰交叉操作。实验证明,该算法能带来丰富的种群,使其以大概率向优良模式进化,从而加快算法的收敛速度,同时还能避免种群陷于一个局部最优,有效防止早熟。     

求解旅行商问题的改进型量子蚁群算法

针对传统量子蚁群算法在求解TSP时容易陷入局部最优以及收敛速度较慢,提出了一种求解旅行商问题的改进型量子蚁群算法（IQACA）。该算法设计了一种新信息素挥发因子的自适应动态更新策略,对信息素进行动态更新;并采用一种新的量子旋转门对量子概率幅值的收敛趋势进行改变。通过三个基本函数极值优化仿真与传统量子蚁群算法进行对比,证明算法性能较优。基于TSPLIB的仿真实验与其他几种算法进行比较,结果表明,算法具有较快的收敛速度,提高了解的全局性,有效避免了算法陷入局部最优。