混沌量子粒子群算法在模型修正中的应用

混沌粒子群算法和量子粒子群算法在一定程度上改进了标准粒子群算法的搜索质量,但两者仍存在收敛速度慢、易陷入局部极小等问题。混沌量子粒子群算法将混沌搜索机制引入量子粒子群算法,提高了搜索效率和计算质量。用粒子群算法、混沌粒子群算法、量子粒子群算法和混沌量子粒子群算法对一平板结构进行模型修正,结果表明,混沌量子粒子群算法具有较高的搜索效率和避免陷入局部最优的能力,修正后的模型比单独采用混沌或者量子粒子群算法具有更高的修正精度。     

混沌量子粒子群优化算法

针对量子粒子群优化算法在处理高维复杂函数时存在的收敛速度慢、易陷入局部极小等问题,提出了混沌量子粒子群优化算法.采用了基于群体适应值方差的早熟判断机制,同时提出了一种基于混沌搜索的新方法,提高了搜索效率.数值实验结果表明,混沌量子粒子群算法效率高、优化性能好,且具有很强的避免陷入局部最优的能力,其性能远远优于一般的粒子群算法和量子粒子群算法.     

混沌粒子群优化的纹理合成算法研究

粒子群算法在搜索后期由于搜索空间有限,容易陷入局部极值,过早地进入早熟状态。针对这种情况,将混沌优化搜索技术用于粒子群算法,利用混沌运动的通历性、随机性等特点,提出了一种混沌粒子群优化的块采样纹理合成算法。实验结果表明,混沌粒子群算法比粒子群算法具有更好的全局寻优能力,克服了粒子群算法的缺点,得到了较高质量的纹理合成图像。     

具有量子行为的粒子群优化算法的改进

为改善基本粒子群的全局、局部搜索能力和收敛速度、计算精度,基于标准PSO算法和量子理论基础之上,提出一种改进的基于量子行为的PSO算法—WbQPSO算法。新算法中,采用全同粒子系更新位置,并引入混沌思想,对每个粒子进行混沌搜索,另外通过在Mbest_i中加入权重系数,试图改善粒子群的全局、局部搜索能力和收敛速度以及计算精度。对经典函数的测试计算表明：改进算法的性能优于经典的PSO算法,基于量子行为的PSO算法。     

改进的粒子群优化算法

为改善基本粒子群的全局、局部搜索能力和收敛速度以及计算精度,基于经典PSO方法和量子理论基础之上,提出了一种改进的基于量子行为的PSO算法--cQPSO算法.新算法中,采用全同粒子系更新粒子位置,并引用混沌思想,对每个粒子进行混沌搜索,试图改善粒子的全局、局部搜索能力和收敛速度以及计算精度.对经典函数的测试计算表明,改进算法的性能优于经典的PSO算法、基于量子行为的PSO算法.     

自适应混沌量子粒子群算法及其在WSN覆盖优化中的应用

针对传统粒子群优化算法容易陷入局部极值和收敛速度慢等不足,通过研究种群多样性与粒子群算法进化的关系,提出一种动态自适应混沌量子粒子群优化（DACQPSO）算法。该算法将种群分布熵引入粒子群的进化控制,以Sigmoid函数模型为基础,给出了量子粒子群算法收缩扩张系数的计算方法;以平均粒距作为混沌搜索的判别条件进行混沌扰动。将DACQPSO算法应用于无线传感器网络（WSN）的覆盖优化中,并作了仿真分析。实验结果表明,DACQPSO算法在覆盖率指标上比标准粒子群、量子粒子群、混沌量子粒子群算法分别提高了3.3501%、2.6502%和1.9000%,有效地提高了WSN的覆盖性能。     

基于混沌变异算子的小生境量子粒子群算法

针对粒子群算法早熟收敛和搜索精度低的问题,提出了基于混沌变异的小生境量子粒子群算法(NCQPSO).该算法结合小生境技术并加入了淘汰机制.使算法具有良好的全局寻优能力.变尺度混沌变异具有精细的局部遍历搜索性能.使算法具有较高的搜索精度,实验结果表明,NCQPSO算法可有效避免标准PSO(Particle Swarm Optimization)算法的早熟收敛,具有寻优能力强、搜索精度高、稳定性好等优点.也优于原始的量子粒子群算法QPSO(Quantum-behaved Particle Swarm Optimization).     

利用混沌布谷鸟优化的二维Renyi灰度熵图像阈值选取

为了进一步降低现有的Renyi熵阈值法的计算复杂度,提出了基于混沌布谷鸟算法和二维Renyi灰度熵的阈值选取。首先,引入一维Renyi灰度熵阈值选取公式,建立基于像素灰度和邻域梯度的二维直方图,推导出基于该直方图的二维Renyi灰度熵阈值选取公式,通过快速递推公式来减少阈值准则函数的计算量;最后,采用混沌布谷鸟算法搜索最优阈值来完成图像分割。结果表明,与二维Arimoto熵法、基于粒子群的二维Renyi熵法、基于混沌粒子群的二维Tsallis灰度熵法、基于布谷鸟算法的二维Renyi灰度熵法相比,所提出的方法能够准确实现图像分割,且运算速度有所提升。     

基于混沌微粒群优化算法的阈值图像分割

混沌微粒群优化算法利用了粒子群优化算法收敛速度快和混沌运动所具有的随机性、遍历性和初值敏感性,将混沌状态引入到优化变量中,把混沌的遍历范围映射到优化变量的取值范围.在算法执行过程中对优秀个体混沌扰动,有利于跳出局部极值点,搜索到全局最优解.分别用微粒群优化算法和混沌微粒群优化算法求解函数优化问题,对算法的性能进行检验,检验结果显示:混沌微粒群优化算法搜索全局最优解的成功率和收敛速度都要优于微粒群优化算法.将混沌微粒群优化算法与阈值法相结合,在算法初始化阶段对粒子位置混沌初始化;在算法运行期间对优秀个体进行混沌扰动避免落入局部最优,较好地解决了传统的多阈值图像分割方法中运算量大的问题.实验结果表明,混沌微粒群优化算法用于阈值寻优减少了搜索时间,提高了收敛率.     

权重自适应调整的混沌量子粒子群优化

针对量子粒子群优化算法在处理高维复杂函数收敛速度慢、易陷入局优的问题,利用混沌算子的遍历性提出了基于惯性权重自适应调整的混沌量子粒子群优化算法。该算法在运行过程中根据粒子适应值的优劣情况,相应采取不同的惯性权重策略,以调节粒子的全局搜索和局部搜索能力。对几个典型函数的测试结果表明,该算法在收敛速度和精度上有大幅度的提高,且有很强的避免陷入局优的能力,性能远远优于一般的粒子群算法和量子粒子群算法。     

基于混合量子进化计算的混沌系统参数估计

混沌系统参数估计本质上是一多维参数优化问题.为精确估计混沌系统的未知参数,本文提出一种混合量子进化算法(HQEA)用于求解该优化问题,该方法采用实数量子角形式表示染色体,用量子比特的概率作为个体的当前位置信息;提出由差分进化计算更新量子位置状态的量子差分进化算法(QDE),并将其与实数编码量子进化算法(RQEA)相融合,以便令算法在解空间的全局探索和局部开发能力之间取得平衡.算法还引入量子非门算子,对当前最佳个体中按某个概率选中的量子比特位,进行变换操作,以便增强算法跳出局部最优解的能力.基准函数测试表明混合算法的全局搜索能力及可靠性都有很大改善.通过Lorenz混沌系统进行数值仿真,结果表明了该混合算法的有效性.     

基于拟蒙特卡罗方法的概率假设密度多目标跟踪

为了改善多目标跟踪问题中概率假设密度（PHD）滤波的估计精度,提出基于拟蒙特卡罗的PHD滤波算法.该算法利用低偏差点集在状态空间中分布均匀的特性,使得采样粒子集最大程度地相互远离,充分地描述多目标状态的后验概率密度,从而准确地利用带有相应权值的粒子集来计算多目标数目和各个目标状态的估计值.仿真实验表明了算法的有效性,且估计性能优于粒子PHD滤波算法.     

复杂背景中多车牌粗定位算法研究

提出了基于车牌分形维数特征进行复杂背景中车牌粗定位的方法。讨论了图像剪裁、灰度图转化以及图像增强时灰度转移函数的构造过程;给出了车牌图像分形维数的计算方法及车牌区域的确定。同时指出多车牌图像车牌区域的分形维数基本在2.65~2.80之间,其值高于车牌图像整体的分形维数,但是低于单车牌图像车牌区域的分形维数。该方法计算简单,不依赖车牌的颜色、形状、尺寸,具有极好的鲁棒性。通过对大量随机的实验图像进行计算表明：漏检率和误检率均为0,检出多于一个候选区域的为50%,正确检测率为100%。     

Kernel-based classification using quantum mechanics

This paper introduces a new nonparametric estimation approach inspired from quantum mechanics. Kernel density estimation associates a function to each data sample. In classical kernel estimation theory the probability density function is calculated by summing up all the kernels. The proposed approach assumes that each data sample is associated with a quantum physics particle that has a radial activation field around it. Schrödinger differential equation is used in quantum mechanics to define locations of particles given their observed energy level. In our approach, we consider the known location of each data sample and we model their corresponding probability density function using the analogy with the quantum potential function. The kernel scale is estimated from distributions of K-nearest neighbours statistics. In order to apply the proposed algorithm to pattern classification we use the local Hessian for detecting the modes in the quantum potential hypersurface. Each mode is assimilated with a nonparametric class which is defined by means of a region growing algorithm. We apply the proposed algorithm on artificial data and for the topography segmentation from radar images of terrain.     

An adaptive enhancement method for generic multi-modal high‐bit RAW grayscale image displaying on low-bit monitors

Aiming at the poor adaptability and robustness of existing pseudo-color methods, most of which can only deal with an 8-bit grayscale, an adaptive enhancement algorithm of high grayscale images based on priori knowledge was proposed. Firstly, aiming at the problem that the original RGB color space is not easy to adjust dynamically, the power adjustment was integrated into the constructed high-bit chromatogram, and a power adaptive adjustment function based on the brightness priority over the original grayscale image was designed. Secondly, aiming at the problems of over-exposure, under-exposure, and poor gradients in RGB space, an adaptive grayscale correction algorithm was designed according to the priori knowledge distribution of RGB perceived brightness. Finally, to guarantee the color balance of the enhanced image, a color balance correction algorithm based on CMY space was designed. To verify the effectiveness of this method, it was applied to the pseudo-color enhancement of 16-bit pipeline CR images, 14-bit infrared images, 24-bit pipeline DR weld images, 8-bit or 24-bit rail crack images, and 16-bit remote sensing images respectively. The subjective and objective experimental results show that the design method has stronger adaptability, which has obvious advantages compared with the existing advanced high grayscale image enhancement methods. The enhancement effect is more coordinated, the processing result is more in line with human visual perception, and the details and texture information of the original image can be better preserved.     

基于广义量子粒子模型的聚类算法及收敛性研究

提出了一种应用广义量子粒子模型进行自组织聚类的新方法。该模型将数据聚类过程转化为一个量子粒子在状态构形空间上的随机自组织过程,由量子粒子之间相互纠缠形成的状态构形随时间不断演化,最终会收敛到一个平稳的概率分布,最优状态空间构形与平稳概率分布中具有最大概率的状态构形相对应。对此自组织过程的收敛性进行了理论上的证明。与传统的适用于大规模数据的聚类方法相比较,该算法具有更快的收敛速度,仿真实验表明了其优越性。     

Multi-level image thresholding using Otsu and chaotic bat algorithm

Multi-level thresholding is a helpful tool for several image segmentation applications. Evaluating the optimal thresholds can be applied using a widely adopted extensive scheme called Otsu’s thresholding. In the current work, bi-level and multi-level threshold procedures are proposed based on their histogram using Otsu’s between-class variance and a novel chaotic bat algorithm (CBA). Maximization of between-class variance function in Otsu technique is used as the objective function to obtain the optimum thresholds for the considered grayscale images. The proposed procedure is applied on a standard test images set of sizes (512 × 512) and (481 × 321). Further, the proposed approach performance is compared with heuristic procedures, such as particle swarm optimization, bacterial foraging optimization, firefly algorithm and bat algorithm. The evaluation assessment between the proposed and existing algorithms is conceded using evaluation metrics, namely root-mean-square error, peak signal to noise ratio, structural similarity index, objective function, and CPU time/iteration number of the optimization-based search. The results established that the proposed CBA provided better outcome for maximum number cases compared to its alternatives. Therefore, it can be applied in complex image processing such as automatic target recognition.

     

基于混沌的萤火虫改进粒子滤波算法研究

针对常规的粒子滤波算法存在粒子权值退化和采样粒子贫化以及需要大量粒子才能进行比较准确的状态估计的问题,提出了一种基于混沌的萤火虫改进粒子滤波算法.利用混沌系统所具有的遍历性和随机性初始化粒子群,使得初始粒子分布更加均匀,同时向常规粒子滤波算法中引进萤火虫算法的寻优机制,使得粒子能够向高似然区域运动,提高了滤波精度,并对部分权值优秀粒子进行混沌细搜索,对部分权值低的粒子进行再生,提高了种群多样性.实验表明:该方法尤其是在粒子种群数量较小的情况下,较常规粒子滤波精度更高,并有效地改善了权值退化和样本贫化问题.     

融合模糊聚类的蚁群图像增强算法

为提高边缘检测精准度,保证图片分割后效率和效果,本文提出一种基于融合模糊聚类的蚁群图像增强算法。该算法利用分量灰度值、灰度梯度值和领域特征值进行图像特征提取,得到特征灰度图;然后使用模糊聚类算法对区域蚂蚁进行聚类以提高收敛速度;再采用蚁群算法进行图像边缘检测,检测过程中,使用路径选择策略对蚁群进行有序搜索,提高搜索效率,又根据信息素更新策略进行最优路径信息交流,以达到边缘点提取与检索目的;最后将检索所得灰度边缘图与原图进行重合,得到图像增强效果。实验结果表明,该改进算法在检索时间方面相较于传统蚁群算法提高了20.7%;在精度方面提高了14.8%,图片分割效果更好,纹理更清晰。