相位编码量子蚁群算法及在连续优化中的应用*

针对蚁群算法只适用于离散优化问题的局限性和收敛速度慢的问题,提出一种适合连续优化的量子蚁群算法。该方法直接采用量子位的相位对蚂蚁编码。首先根据基于信息素强度和可见度构造的选择概率,选择蚂蚁的前进目标;然后采用量子旋转门更新描述蚂蚁位置的量子比特,完成蚂蚁移动,并采用Pauli-Z门实现蚂蚁的变异增加位置的多样性;最后根据移动后的新位置完成蚁群信息素强度和可见度的更新。由于优化过程统一在空间［0,2π］n进行,而与具体问题无关,对不同尺度空间的优化问题具有良好的适应性。以函数极值优化和控制器参数优化为例,     

一种自适应相位旋转的二进制量子蚁群算法

基于量子进化理论以及蚂蚁群体的寻优策略,结合一种二进制量子蚁群算法,提出了一种自适应相位旋转的二进制量子蚁群算法（Binary Quantum Ant Colony Optimization Algorithm,BQACO）。该算法采用量子比特概率幅表示蚁群信息素,利用伪随机选择策略实现蚂蚁的位置移动,通过自适应相位旋转以及变异操作,实现蚂蚁信息素的动态更新,并有效降低算法早熟收敛概率。通过标准测试函数对其优化性能进行研究,该算法在函数优化的全局寻优能力和快速搜索能力上,均优于二进制量子蚁群算法和连续量子蚁群算法。     

双链量子蚁群系统及应用

针对现有量子蚁群算法构造、更新两条信息素链,但只选择一条链进行寻优操作的问题,提出了一种双链量子蚁群系统。该算法采用余弦和正弦双链蚂蚁寻优构造解空间,针对不同链上蚂蚁的特征构造了不同的路径选择策略;定义了信息素量子比特相位角的范围和量子信息素最大最小区间,给出了基于量子旋转门的量子信息素挥发与增强策略,运用了一种信息素的平滑机制以提高算法的性能;最后结合TSP算例对算法进行验证、比较与分析,仿真结果表明双链量子蚁群系统具有算法稳定、寻优能力强的特点。     

基于量子蚁群算法的粗糙集属性约简方法

针对蚁群算法求取属性约简中存在的迭代次数多、收敛较慢甚至得不到最小约简的问题,提出了基于量子蚁群算法的粗糙集属性约简的方法。每只蚂蚁携带一组表示蚂蚁当前位置信息的量子比特;采用量子旋转门完成蚂蚁的移动;采用量子非门实现蚂蚁所在位置的变异。实验证明,该算法能快速有效地求解属性约简,同时又能找到许多次最小约简。可以很好地解决这一难题,它不仅能得到最小约简属性集,而且可以得到很多的约简属性集。     

基于量子蚁群算法的带约束QoS多播路由

针对带约束服务质量多播路由在带宽、延迟等方面的需求,提出一种基于量子蚁群算法的多播路由优化方法。该方法结合量子计算和蚁群算法的特性,采用量子比特的概率幅表示蚂蚁当前位置信息,设计一种动态调整旋转角策略对蚂蚁信息素进行更新,使蚂蚁能够快速寻找到满足约束的可行路径,并避免陷入局部最优。仿真实验结果表明,该算法在寻优能力和收敛速度上表现较好。     

基于量子蚁群算法的无线传感器网络路由

无线传感器网络路由是无线传感器网络研究领域的一个研究热点;针对能最控制在无线传感器网络路由上的特殊要求,为了促使网络节点能量消耗相对均衡,研究者将蚁群算法应用于无线传感器网络的路由,但是蚁群算法在求解无线传感器路由问题时存在易于陷入局部最优和收敛速度慢等问题,将量子蚁群算法应用于无线传感器网络路由,用量子比特的概率幅表示蚂蚁当前位置信息,用量子旋转门更新蚂蚁携带的量子比特,用量子非门实现蚂蚁所在位置的变异;仿真实验表明该方法具有收敛速度快,解的质量高、稳定性好等优点,为蚁群算法在无线传感器网络中应用提出了一种新的解决方案.     

求解0-1背包问题的量子蚁群算法

0-1背包问题是组合优化中经典的NP难题,在蚁群算法的基础上结合量子计算提出一种求解0-1背包问题的量子蚁群算法。算法采用量子比特表示信息素,用量子旋转门来更新信息素。大量数据实例的比较测试表明,算法可有效提高蚂蚁算法的性能,减少搜索时间,具有更好的全局寻优能力。     

求解旅行商问题的混合量子蚁群算法

针对蚁群算法求解旅行商问题时易陷入局部最优和收敛速度慢的问题,提出一种新的求解旅行商问题的混合量子蚁群算法。该算法采用量子比特的概率幅对各路径上的信息素进行编码,采用量子旋转门及蚂蚁走过的路径对信息素进行更新,设计一种新的变换邻域准则。基于TSPLIB的仿真实验结果表明了该算法具有较快的收敛速度和求解精度。     

多车场动态路径问题的自适应量子蚁群算法

针对物流配送过程中存在的多配送中心动态需求车辆调度问题即多车场动态车辆调度问题(MDDVRP),提出了一种自适应量子蚁群算法(SAQACA),用于最小化路径.根据量子的相位编码方式,提出了对蚁群的信息素矩阵进行直接编码,进而实现由量子旋转门更新完成蚂蚁移动;根据搜索点的量子相位特点及目标函数的变化率,提出了一种自适应量子旋转门更新方式,进而提高了算法的全局搜索深度;引入基于两元素搜索策略的局部搜索方法提高了算法的局部优化能力,从而对可行解进行改进.仿真实验与算法比较验证了所提算法的有效性和优越性.     

基于信息素强度的蚁群算法

现有的蚁群算法在选择路径的时候都是同时考虑信息素和路径长度两个因素,导致算法未能很好地模拟真实蚂蚁。为了更好地模拟现实蚂蚁的行为,提出一种新的蚁群算法。该算法在选择路径的时候只考虑信息素强度, 而在信息素强度初始化和信息素强度更新的时候考虑了路径长度这一因素,同时也给出一种动态的信息素更新方式。经实验验证这一算法可以取得较好的搜索效果,并且它的运算速度要比现有的蚁群算法快5倍以上。     

求解TSP的新量子蚁群算法

鉴于蚁群算法(ACA)在求解TSP时表现出的优越性,以及量子进化算法(QEA)在求解组合优化问题时表现出的高效性,将ACA与QEA的算法思想进行融合,提出一种新的求解TSP的量子蚁群算法。该算法对各路径上的信息素进行量子比特编码,设计了一种新的信息素表示方式,即量子信息素;采用量子旋转门及最优路径对信息素进行更新,加快算法收敛速度;为了避免搜索陷入局部最优,设计了一种量子交叉策略,以改善种群信息结构。仿真实验结果表明了该算法具有较快的收敛速度和全局寻优能力,性能明显优于ACS。     

基于量子蚁群算法的建筑消防疏散路径规划

摘要：针对现在大空间建筑消防应急疏散问题,在火灾发生时,为撤离人群提供一条从危险区域到安全地带的最短安全路线。对疏散路径优化进行了研究,提出一种融合量子进化算法的改进蚁群算法用于消防疏散路径规划,用量子比特表示信息素,量子旋转门反馈控制信息素更新,即能体现量子并行计算的高效性,又能拥有蚁群算法较好的寻优能力。通过三个基准函数优化仿真与传统量子进化算法进行对比,证明算法较优的性能。再通过路径优化的仿真实验与经典蚁群算法进行比较,结果表明,算法能够有效避免陷入局部最优和拥有更快的收敛速度,在疏散路径规划中更为有效。     

物流配送路径优化问题求解的量子蚁群算法

物流配送路径优化是一类实用价值很高的NP完全难题,针对传统启发式优化算法搜索速度慢、易陷入局部最优解的缺点,提出了一种量子蚁群算法的物流配送路径优化方法（QACA）。在物流配送路径优化问题分析的基础上建立相应的数学模型,通过量子蚁群算法对其进行求解,对各路径上的信息素进行量子比特编码,采用量子旋转门及最优路径对信息素进行更新,对QACA的性能进行仿真测试。仿真结果表明,QACA具有较强的全局搜索能力和收敛速度,可以有效解决物流配送路径问题。     

自适应蚁群算法的移动机器人路径规划

针对传统蚁群算法在路径规划中存在收敛速度和寻优能力不平衡，算法易陷入局部最优等问题，提出一种自适应改进蚁群算法。为了提高算法收敛速度，在栅格环境下，根据最优路径的特点以及实际环境地图的基本参数，对初始信息素进行差异化分配；为了提高蚂蚁搜索效率，在状态转移概率中引入转角启发信息并对路径启发信息进行改进；重新制定信息素更新策略，设定迭代阈值，调整信息素挥发系数和信息素浓度，使算法在迭代后期依然具有较强的搜索最优解能力；采用分段三阶贝塞尔曲线对最优路径进行平滑处理以满足机器人实际运动要求。通过实验仿真与其他算法进行对比分析，验证了改进算法的可行性、有效性和优越性。     

Multi-satellite control resource scheduling based on ant colony optimization

The multi-satellite control resource scheduling problem (MSCRSP) is a kind of large-scale combinatorial optimization problem. As the solution space of the problem is sparse, the optimization process is very complicated. Ant colony optimization as one of heuristic method is wildly used by other researchers to solve many practical problems. An algorithm of multi-satellite control resource scheduling problem based on ant colony optimization (MSCRSP–ACO) is presented in this paper. The main idea of MSCRSP–ACO is that pheromone trail update by two stages to avoid algorithm trapping into local optima. The main procedures of this algorithm contain three processes. Firstly, the data get by satellite control center should be preprocessed according to visible arcs. Secondly, aiming to minimize the working burden as optimization objective, the optimization model of MSCRSP, called complex independent set model (CISM), is developed based on visible arcs and working periods. Ant colony algorithm can be used directly to solve CISM. Lastly, a novel ant colony algorithm, called MSCRSP–ACO, is applied to CISM. From the definition of pheromone and heuristic information to the updating strategy of pheromone is described detailed. The effect of parameters on the algorithm performance is also studied by experimental method. The experiment results demonstrate that the global exploration ability and solution quality of the MSCRSP–ACO is superior to existed algorithms such as genetic algorithm, iterative repair algorithm and max–min ant system.     

改进蚁群算法在机器人路径规划中的应用

针对传统蚁群算法在移动机器人路径规划问题中存在的易陷入局部最优与收敛速度慢等问题,提出一种改进的蚁群算法。根据起点到终点距离和地图参数构建全局优选区域,提高该区域内初始信息素浓度,避免算法初期盲目搜素;利用局部分块优化策略分别对各个子区域进行寻优并更新区域内最优路径信息素,增强局部搜索能力,加快收敛速度;对全局路径进行寻优,更新全局最优路径信息素。在信息素更新公式中引入信息素增强因子,加强最优路径信息素含量,应用反向学习优化信息素,改进状态选择概率,提高算法寻优能力。实验结果表明,改进后的算法明显提高了收敛速度,同时寻优能力更强。     

蚁群法研究进展及应用于化学化工

蚁群法是新型的群智能优化法,具有鲁棒性、分布并行机制和易融入启发式信息等特点。尤其通过释放信息素,蚂蚁间相互交流协作,实现正反馈机制,加速全局搜优,提高效率。蚁群法最初只用于离散问题。本文评述蚁群法的起源、改进和发展;重点介绍并分析了连续型蚁群法的几种处理方案和各自特点;全面总结蚁群法已应用在化学化工领域,以及对动态、带约束和多目标问题的处理方式和机制,效果良好,优于其他算法的情况。最后展望蚁群法今后的发展前景和研究方向。     

基于改进蚁群算法的三维路径规划

针对移动机器人在海水环境中的三维路径规划问题容易陷入局部最优和收敛慢等瑕疵，根据三维环境全局信息来改进蚁群算法以提高实时性和收敛速度。改进蚁群算法的启发函数，采用局部信息和全局信息结合动态地改进信息素更新方式，以及根据三维空间中路径的平坦程度和光滑度二阶微分分别增加了一阶微分和二阶微分来再次修改信息素更新规则。仿真对比实验结果显示改进后的蚁群算法克服了收敛速度慢、容易陷入局部最优的缺点。