量子进化策略

本文将进化策略和量子理论相结合,提出一种新的学习算法-量子进化策略(Quantum Evolutionary Strategies)算法.它是一种基于量子计算的概念和理论(诸如量子比特和量子叠加态)的进化策略算法,在这一算法中,采用量子编码来表征染色体,使用量子变异实现染色体的进化.由于量子变异中融入了当前最优解的信息,同时采用“全干扰交叉”操作克服早熟现象的发生,因此它比传统进化策略具有更快的收敛速度和全局寻优的能力.本文不仅从理论上证明了它的全局收敛性,而且仿真计算也表明了此算法的优越性.     

混沌差分进化粒子群协同优化算法

为有效地改善差分进化粒子群算法的性能,结合反向学习策略和信息交互机制,提出了一种新的混沌差分粒子群协同优化算法.该算法采用反向学习策略产生初始种群,使得初始个体尽可能均匀分布,然后将初始种群随机等分为双种群,对双种群分别采用改进的混沌差分进化算法和混沌粒子群优化算法进行协同寻优,并在双种群中引入信息交互学习机制,在维持种群多样性的同时加快收敛速度.通过对四个复杂高维的标准函数寻优测试,仿真结果表明,该算法能有效避免早熟收敛,收敛速度快,寻优精度较高,具有良好的全局搜索能力,鲁棒性好.     

一种有效的基于并行量子进化算法的图像边缘检测方法

本文基于费用函数最小化方法,提出一种混合并行量子进化算法用于文本图像的边缘检测。量子进化算法是一种基于量予计算的概念和理论(诸如量子比特和量子叠加态)的进化算法,它采用了量子编码来表征染色体,由于量子比特的概率表示,能够表示出解的线性叠加状态。此外,量子进化算法具有收敛快和好的全局搜索特性,因此它比传统的进化算法更适于并行结构的实现。我们将这一算法和局部搜索算法相结合,用于图像的边缘检测问题,得到了令人满意的检测效果,并对噪声有较好的抑制作用。     

量子衍生差分进化算法的设计与实现

为提高差分进化算法的优化性能,从研究差分进化算法的实现机制入手,提出将差分策略与量子比特在Bloch球面的绕轴旋转相融合的新思想。个体采用基于Bloch球面描述的量子比特编码,采用差分策略计算当前个体上量子比特的旋转角度,采用向量积理论构造旋转轴,采用泡利矩阵构造旋转矩阵,以当前最优个体上相应量子比特为目标,在Bloch球面上沿旋转轴向目标比特旋转。采用Hadamard门实现个体变异。函数极小值优化的仿真结果表明,所提方法单步迭代的平均时间约为普通差分进化算法的13倍。当限定步数相同时,优化结果约为普通差分进化算法的0.3倍,当运行时间相同时,优化结果约为普通差分进化算法的0.4倍。从而表明所提算法计算效率降低,但寻优能力明显提高,整体优化性能优于原算法。      

量子克隆进化算法

本文在量子进化算法的基础上结合基于克隆选择学说的克隆算子,提出了改进的进化算法--量子克隆进化策略算法(QCES).它既借鉴了量子进化算法的高效并行性又利用克隆算子来代替其中的变异和选择操作,以增加种群的多样性,避免了早熟,且收敛速度快.本文不仅从理论上证明了该算法的收敛,而且通过仿真实验表明了此算法的优越性.     

量子克隆进化算法

本文在量子进化算法的基础上结合基于克隆选择学说的克隆算子，提出了改进的进化算法——量子克降进化策略算法(QCES)．它既借鉴了量子进化算法的高效并行性又利用克隆算子来代替其中的变异和选择操作，以增加种群的多样性，避免了早熟，且收敛速度快．本文不仅从理论上证明了该算法的收敛，而且通过仿真实验表明了此算法的优越性．     

基于量子蛙跳协同进化的粗糙属性快速约简

 属性约简是粗糙集理论研究的重要内容,现已证明求决策表最小约简是一个典型NP难题.本文提出一种基于量子蛙群协同进化的粗糙属性快速约简算法.该算法构造一种动态多簇的蛙群结构,用量子态比特进行蛙群个体编码,以自适应量子旋转角调整、量子变异和量子纠缠等策略加速蛙群进化收敛,各簇蛙群以双向协同学习机制共享属性约简中相关信息.标准Benchmark优化函数测试结果表明该算法在保证收敛速度同时具有较强的平衡全局优化与局部细致搜索能力.在UCI数据集上进行属性约简比较实验,结果验证了本算法在属性约简精度和效率方面具有明显优势.     

量子进化粒子滤波算法及其在说话人跟踪中的应用

以说话人跟踪问题作为应用背景,针对非线性、非高斯随机系统的状态估计问题,本文将量子进化算法和粒子滤波相结合,提出了一种量子进化粒子滤波算法.该算法采用量子编码来表示粒子;通过模拟量子坍塌产生粒子集,同时引入量子变异与量子交叉操作来保持粒子的多样性,从而提高了算法的滤波性能.计算机仿真与说话人跟踪实验结果表明,量子进化粒子滤波算法比通常的粒子滤波算法具有更好的滤波性能.     

基于多算子协同进化的自适应并行量子遗传算法

量子遗传算法具有种群规模小,全局搜索能力强的特点被广泛应用于各类优化问题的求解.为了进一步提高量子遗传算法的收敛速度和搜索稳定性,克服算法的早熟问题,本文改进了基于自适应机制的量子遗传算法.在自适应量子遗传算法的基础上根据种群的适应度定义了个体相似度评价算子、个体适应度评价算子和种群变异调整算子及相应算子的计算方法,利用多算子协同评价当前种群状态并根据进化代数的变化,自适应的改变个体的变异概率,提高了算法全局寻优能力和收敛速度,降低了算法陷入局部寻优的概率.此外,为了提高算法的时间效率,将算法采用并行多宇宙的方式实现.实验结果表明,本文提出的算法在全局搜索性能、收敛速度和时间效率方面有较好的综合表现.     

引入逆学习的量子自适应禁忌搜索算法

为增强量子进化算法的局部优化能力,结合禁忌搜索思想,提出一种具有逆学习机制的量子自适应禁忌搜索算法.算法采用一种量子自适应邻域映射机制,且禁忌表的禁忌长度可随量子态动态调整,这些策略较好的解决了集中性和多样性搜索的矛盾.另外,算法增加了一种能使个体尽快摆脱劣势区域的逆学习量子更新模式.设计的算法能较好的平衡全局和局部搜索,能有效避免量子过快陷入局部极值.通过实验表明提出的算法具有更好的局部搜索能力.     

基于种群混合协同联盟的属性量子博弈均衡约简

为进一步提高进化种群在粗糙集属性演化约简中寻求最优解的协同性能,提出了一种基于种群混合协同联盟的属性量子博弈均衡约简算法.该算法建立一种基于自适应多层进化树的种群协同演化联盟模型,以种群内个体竞争和种群间精英合作的混合协同机制实现各种群协同演化,较好地达到属性协同演化约简中广度寻优和深度探索的有效平衡;然后将信任裕度报酬机制引入到多种群精英量子协同博弈模型,种群精英在每个划分的属性子集中通过量子协同博弈策略均能求得各自最优约简子集,从而稳定取得Nash均衡下全局最优属性约简集.实验结果表明本文算法具有较高的属性演化约简效能和精度,对不完备电子病历系统中脑组织核磁共振成像MRI的高效约简与分割进一步展示其具有较强的实用性和鲁棒性.     

基于量子免疫蛙跳算法的图像增强研究

针对图像增强的特点,提出量子免疫蛙跳算法。该算法按适应度大小排序的青蛙个体进行量子编码,同时蛙跳移动离散化;通过动态调整量子蛙跳旋转门实现量子染色体中所有的量子比特都朝着与最优解对应的量子比特基态动态优化偏转;采用Hadamard门对量子位变异,基于阴性选择算法对蛙跳免疫进行像素匹配,并给出了图像增强过程。实验仿真表明,本文算法对图像增强效果的轮廓和细节更加清晰,层次感强,结构相似性SSIM其值较好,为0.9849。     

基于量子遗传算法的CDMA多用户检测技术

多用户检测技术的最优解在常规条件下是个NP难解问题,利用量子态并行计算特性和量子纠缠特性能有效获得多用户检测的最优解,现提出了一种基于量子计算理论和遗传算法理论相结合的量子遗传算法的多用户检测技术.仿真结果表明,此方法在误码率方面具有良好的性能并且其抗多址干扰能力和抗远近效应能力明显优于经典遗传算法多用户检测器和传统检测器.     

基于量子布谷鸟搜索的认知无线网络频谱分配

为了有效解决认知无线网络频谱分配的离散优化问题,将量子计算引入布谷鸟搜索算法,提出了一种新的组合优化算法——量子布谷鸟搜索算法。该算法使用量子鸟窝表征问题的多维解,通过Lévy flights随机游动方式和量子突变策略快速搜索到全局最优位置。通过使用基准函数验证了算法的高效性,并提出了一种基于量子布谷鸟搜索的认知无线网络频谱分配方法。然后与经典频谱分配算法在不同的网络效益函数下进行仿真性能比较。结果表明,所提出的频谱分配方法能够较快找到全局最优解,并且在不同网络效益函数下均优于已有的经典频谱分配算法。     

基于量子云模型反馈的协同精英属性均衡优势集成约简

为进一步增强进化算法在最小属性约简过程中全局求解性能,提出了一种基于量子云模型反馈的协同精英属性均衡优势集成约简算法,该算法首先设计一种基于云模型反馈的量子自适应旋转角调整策略,使量子蛙群精英在云模型定性知识和罚因子反馈指导下自适应控制属性搜索空间范围;然后构建一种有限理性区域下协同精英均衡优势属性分解框架,在动态精英演化区域内使参与属性约简的量子蛙群精英在平均权重裕度下协同化达到Nash均衡优势区域;最后量子蛙群精英采用集成化操作机制在各自均衡优势区域内协同提取属性约简子集,从而稳定取得全局最优约简特征集。实验结果表明本文算法求解全局最优属性约简集效率、精度和稳定性等具有明显优势,应用到孕龄新生儿脑MRIs电子病历分割进一步表明该算法具有较强的应用性能。     

Research on user-aware QoS based Web services composition

To improve user experience of composite Web services, a user-aware quality of service (QoS) based Web services composition model is proposed. Under such model, a Web services selection method based on quantum genetic algorithm is proposed. This algorithm uses quantum bit encoding, dynamic step-length quantum gate angle adjustment, neighborhood service search and dynamic punishment strategy to expand search scope and speed up convergence. Simulation experiment shows that this algorithm is more efficient than other existing algorithms in Web services selection.     

量子禁忌搜索算法的研究

针对量子智能算法对高维函数的优化时存在容易陷入局部最优的问题,提出了量子禁忌搜索算法.在量子比特相位增量空间方面,提出了一种按指数级别下降并可动态循环调整的策略;在候选解相位邻域空间方面,提出了一种与禁忌表中最优解有关的可动态调整的划分方法,并增加了候选解局部优化处理方法.为了验证算法的有效性,在高维函数极值问题和多维背包问题进行了仿真,结果表明本文算法收敛速度快,求解精度高.     

改进的量子遗传算法及其在WMSN覆盖优化中的应用

对量子遗传算法进行了研究。量子遗传算法只使用一个最优染色体来指导种群的进化,极易陷入局部最优,本文对此进行了改进,提出使用多个精英染色体来指导整个种群的进化。讨论了精英染色体的产生、维护与作用,并在此基础之上提出了一种基于精英组的量子遗传算法(elite groupbased quantum genetic algorithm,EQGA)。最后,将EQGA应用到无线多媒体传感器网络的覆盖优化问题中。对比测试表明,EQGA求出的解比遗传算法和量子遗传算法求出的解都要好。     

Optimal cooperative strategy based on quantum bat for cognitive radio of energy harvesting

In order to reduce energy consumption and improve spectral efficiency of the cognitive relay wireless communication system in 5G network,an optimal cooperative transmission strategy of information and energy was designed for cognitive relay radio with wireless energy harvesting.For the proposed optimal cooperative strategy,the maximal throughput formula and outage probability of secondary user were deduced.In order to resolve the derived maximum throughput equation,a quantum bat algorithm which was based on the optimization mechanism of quantum computing and bat algorithm was designed to solve the deduced equation,and the optimal cooperative transmission scheme for information and energy could be obtained.Simulation results show that the proposed optimal cooperative strategy not only can meet the information transfer demand of primary user,but also can realize the energy self-supply of the secondary user system and improve the communication quality of the secondary user.The proposed optimal cooperative strategy has a better performance than the cooperative strategy of existing cognitive relay radio for different simulation scenarios.     

一种解决组合优化问题的量子遗传算法QGA

本文在量子变异的基础上,提出了一种解决组合优化问题的量子遗传算法QGA,它融合了遗传量子算法GQA和经典遗传算法的优点,只用一个个体就可在很短的时间内搜索到最优解,并针对一个典型的组合优化问题——0/1背包问题进行了对比实验,实验结果表明本文所提出的量子遗传算法QGA优于传统遗传算法和遗传量子算法GQA.