基因表达式编程在函数挖掘中的应用研究

基因表达式编程（GEP）是一种基于基因型和表现型的新的自适应演化算法,为克服GEP在保持种群多样性和保护最优解方面的缺陷,对经典GEP进行了改进,提出了一种基于头、身、尾三段结构和自适应变异算子的改进的基因表达式算法（GEP-FM）,并从理论上对算法的复杂度和收敛性进行了分析;同时将GEP—FM算法应用于函数挖掘．多个数值实验结果表明：该方法挖掘的模型优于传统算法及经典GEP算法,具有更高的拟合度和预测精度,     

基因表达式编程在空间插值中的应用

空间内插是地理信息系统数据处理的常用方法之一.常用的空间插值方法存在难于客观地确定插值函数结构和参数的问题.基因表达式编程(GEP)是一种新型的遗传算法,具有极强的函数发现能力和很高的效率,并且在函数发现时不需要任何先验知识.将基因表达式编程技术应用到空间插值方法中,提出了移动拟合GEP算法(MF-GEP),无需预存函...     

内嵌基因表达式编程及其在函数发现中的应用

为了提高表达效率,提出了新的基因解码方案,形成了内嵌基因表达式编程算法EGEP;提出了极大表达树、嵌套表达树和拼接表达树等概念;分析了基因的表达空间和算法的复杂度.实验表明,该算法提高了函数发现的成功率;在小规模种群的函数中其能力明显优于GEP.在单基因情况下,目标为一元函数和二元函数时,EGEP平均成功辈数分别为GE...     

基于基因表达式编程的进化模式定理

基因表达式编程(GEP)从提出迄今尚无完整的理论体系,严重阻碍了GEP的发展.为解决该问题,首先从理论上深入地研究了GEP计算模型:定义了GEP基因模式及相关的概念,采用概率办法详细分析了单基因GEP应用实例在进化过程中各算子的作用,根据分析结果推导出GEP模式定理,通过实验验证了GEP模式定理的正确性.GEP模式定理的提出,为GEP算法改进评估提供了量化的依据.     

基于基因表达式编程的进化计算模式定理

基因表达式编程（GEP）从提出迄今尚无完整的理论体系,严重阻碍了GEP的发展。为解决该问题,本文从理论上深入的研究了GEP计算模型：定义了GEP基因模式及相关的概念,采用概率办法详细分析了单基因GEP应用实例在进化过程中各算子的作用,根据分析结果推导出GEP模式定理,通过详细的实验验证了GEP模式定理的正确性。GEP模式定理的提出,为GEP算法改进评估提供了量化的依据。     

混凝土自锚式悬索桥徐变效应倒退分析

为混凝土自锚式悬索桥考虑徐变效应进行倒退分析提供一种计算方法,针对混凝土自锚式悬索桥考虑徐变效应分析需要,基于混凝土徐变机理提出一种倒退分析计算方法。首先以混凝土自锚式悬索桥已知时刻的结构状态为分析基础,引入混凝土倒退徐变系数,通过倒退徐变系数进行徐变效应分析得到加载龄期时的结构状态,然后以加载龄期结构状态为基础,利用徐变系数进行徐变效应分析,即可得到混凝土自锚式悬索桥任意时刻的结构内力及变形状态,整个分析过程的关键在于加载龄期结构内力状态分析。工程实例验证结果表明：混凝土徐变效应倒退分析过程方便简洁,分析结果准确、有效,适用于包括混凝土自锚式悬索桥在内的混凝土结构徐变效应倒退分析,对混凝土结构设计优化及施工过程控制具有一定的指导作用,为混凝土徐变效应分析提供了一种新的研究方法。     

基因表达式编程中动态适应的远缘繁殖策略

传统基因表达式编程采用静态适应度函数,影响了后期进化速度和整体质量。提出了远缘繁殖策略和动态适应度函数策略,远亲繁殖并及时变换评估个体的标准,增加多样性并有利于选择优质个体;实验表明,将远缘繁殖和动态适应度函数策略结合,有效地改善了传统GEP的性能,进化代数平均下降达10%,平均最高适应度值提高7%~14%,最高适应度提高达7%以上,进化的成功率提高达30%以上。     

基于SVM-GEP岩质边坡可靠性分析

由于岩质边坡通常存在节理、裂隙等不连续面,边坡滑动模式的稳定性系数是一个隐函数,导致了在其相应的可靠度研究中建立显式的极限状态方程是不可能的.为了解决这一问题,本文提出了基于SVM-GEP岩质边坡的可靠性分析方法.该方法中,以节理面性质参数及几何参数为随机变量,采用离限元结合强度折减法计算岩质边坡的稳定性系数,通过SVM对已有数据进行训练,然后对检测数据预测,采用最小二乘法对这些数据进行拟合,得到显示的极限状态函数,并应用GEP方法计算可靠度及相应的验算点,以消除经典方法在可靠度指标求解过程中方程线性化带来的误差.研究表明:应用SVM-GEP方法分析岩质边坡的可靠性是可行的.     

基因表达式编程ORF过滤算子的设计和实现

基因表达式编程(GEP)的个体代表了问题的候选解。在缺乏先验知识的情况下,个体长度的设定是个"两难"问题,过长或过短都会降低GEP的效率。对此,分析了个体长度对GEP求解效率的影响;设计了开放阅读框(ORF)过滤算子根据最优个体的进化历程动态调节个体的有效编码区域;验证了ORF过滤算子的有效性,实验结果表明,在同样的进化代数内,引入ORF过滤算子,GEP能进化出更高适应度的最优解且减少平均运行时间17.0%。     

基于内嵌基因表达式编程的函数优化

基因表达式编程(GEP)算法在解码时常存在未表达的基因内区,在解决函数优化问题时存在缺陷,使得对简单函数的优化性能不如遗传算法(GA),而对复杂函数优化收敛速度较慢.为了改善基因表达效率和提高优化性能,做了下到工作:提出了新的基因解码方法,形成了内嵌基因表达式编程算法EGEP;设计了适合优化问题的个体编码方案;分析了个体的表达空间.实验表明,EGEP对简单函数优化的性能优于传统遗传算法;EGEP提高了对复杂函数的优化能力,即使在运行辈数降低200倍时,得到的性能仍然优于传统GEP和遗传算法.     

LDecode：具有线性复杂度的GEP适应度评价算法

基因表达式编程(Gene Expression Programming,GEP)在处理复杂长基因时的空间、时间效率较低,为解决这一问题,提出并实现了具有线性复杂度的染色体适应度评价算法.分析了传统GEP算法中借助ET(Expression Tree)树进行染色体适应度评价的局限性;提出并实现了具有线性复杂度的染色体适应度评价算法LDecode算法;针对染色体长度、种群大小、测试数据集大小、进化代数等不同参数,对提出的染色体适应度评价算法进行了评价和分析.试验表明,提出的评价算法运行速度较传统基于ET树的GEP提高了4.5～5.1倍,时间、空间复杂度均为O(n).     

基于小生境基因表达式编程的多模函数优化

为了解决传统基因表达式编程(GEP)无法发现多模函数的所有最优解的问题,将小生境概念引入到基因表达式编程中。分析了传统GEP算法在多模函数优化方面的不足,提出了小生境半径的自适应调整策略AMNR,提出了基于小生境基因表达式编程的多模函数优化算法NGEP-MFO。扩展了传统GEP的应用领域,实验表明,相对于传统GEP,NGEP-MFO能大幅提高发现所有最优解的成功率和判定最优解的准确度。     

多样性制导分段进化的基因表达式编程

为了解决基于传统基因表达式编程（GEP）的函数挖掘及其改进算法仍然存在局部优化的缺陷这一问题,提出了以基因组多样性制导的分阶段进化挖掘算法DGGEP。给出了GEP 进化阶段和基因组多样性评估模式的定义;提出了描述进化阶段的进化因子概念和分阶段进化策略;采用动态遗传算子设计和群体规模控制方法,使进化更快速跳出局部最优。实验表明了新算法的有效性,能减少进化停滞代数65％以上,使群体的平均适应度提高12%以上。     

一种基于分量热力学迁移策略的并行多种群GEP

针对传统并行多种群GEP存在着优良个体的传播和种群多样性之间的冲突问题,提出一种基于分量热力学迁移策略的并行多种群GEP算法(CTDPGEP)。该算法在当前子种群中选择出若干个优良个体和若干个随机个体组成精英子空间,并将精英子空间传送至其他各子种群的迁移区中;其他各子种群异步地将其迁移区中的个体采用分量热力学替换规则接收到自己的种群中。通过这种机制不仅有效地传播了各子种群中的优良个体,而且保持了各个子种群的多样性,定量地平衡优良个体的传播与种群多样性之间的冲突,在加快收敛速度的同时保持种群的多样性,减少陷入局部最优的概率。对比实验结果表明该算法表现出更高的求解精度和更快的收敛速度。     

基因表达式编程在问卷分析中的应用

介绍了基于基因表达式编程(Gene Expression Programming,GEP)的知识发现技术的基本概念及特色.对重庆市596名大学生的睡眠质量和睡眠卫生意识现状的调查数据,用GEP进行了训练及评估.实验结果显示,基于基因表达式编程的评估方法准确率与问卷标准评分得出的结果基本一致,不但简化了计算过程,而且能提供参数间的函数关系.     

基于朴素基因表达式编程的函数自动建模

为了进一步提高GEP的函数自动建模的效率,提出了朴素基因表达式编程模型(Na(i)ve GEP)NGEP;提出了原子基因片断的概念,以保护进化良好的基因片段;引入了基因嫁接操作,实现了NGEP原型.实验表明:NGEP在函数自动建模的收敛速度是标准GEP的2～4倍.     

基于多表达式基因编程的复杂函数挖掘算法

传统的基因表达式编程(Gene Expression Programming) 挖掘复杂函数时,存在进化辈数过大、无法跳出局部最优解等问题,提出了基于多表达式基因编程的遗传进化算法,提高GEP的全局寻优能力, 提出了一种新的多表达式基因编程的遗传进化算法(Multi Expression Gene Programming, MEGP),建立了同一染色体内基因多层次编码、解码模型,理论上分析并比较了MEGP算法的表达空间复杂性,实现了多表达染色体遗传进化算法和染色体适应度评价算法.实验表明, 在解决函数挖掘问题中, MEGP成功率是传统GEP的2～4倍.