改进量子进化算法及其在物流配送路径优化问题中的应用

量子进化算法的性能直接受量子旋转门旋转角计算方法的影响.文中提出一种改进量子进化算法,核心是设计了基于量子比特概率幅比值自适应计算量子旋转门旋转角的新方法,算法具有收敛速度快和全局搜索能力强的特点.通过0/1背包问题分析了新方法中相关参数对算法性能的影响,并应用算法求解物流配送路径优化问题,仿真表明改进量子进化算法性能优于量子进化算法和传统进化算法.     

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.     

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.     

一种新型的多目标优化混合量子进化算法

针对复杂多目标优化问题,提出一种混合量子进化算法,并利用它求解多目标函数优化问题。该算法根据多目标优化的特点,创建外部集合保存历代搜索到的非支配解,利用其中的精英个体设计了一种旋转角自适应调整的量子门更新策略,并对量子比特表示的概率幅设置最大和最小阈值,以防止量子群体早熟收敛。借鉴量子门引入了专门针对量子个体的旋转交叉算子,同时小概率地对量子比特进行取反变异操作。对所提算法的计算复杂度进行了理论分析。与另一种已有的多目标量子进化算法的比较结果表明,所提算法具有更好的收敛性能、分布特性及求解效率。     

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.     

基于云模型的实数编码量子进化算法

针对量子进化算法易陷入局部最优和求解精度不高的缺点,利用云模型具有随机性和稳定倾向性的特点,提出了一种基于云模型的实数编码量子进化算法。该算法利用单维云变异进行全局快速搜索,利用多维云进化增强算法局部搜索能力,探索全局最优解。依据算法的进化过程动态调整搜索范围并复位染色体,可以加提高敛速度,并防止陷入局部最优。仿真结果表明,该算法搜索精度和效率得到提高,适合求解复杂函数优化问题。     

改进实数编码量子进化算法及其在参数估计中的应用

借鉴量子计算的相关概念和原理,提出一种改进实数编码量子进化算法(IRCQEA).算法的核心是依据染色体的具体形式和目标函数的梯度信息设计互补变异进化染色体,以实现局部搜索和全局搜索的平衡;根据算法的进化过程动态缩小搜索空间,以加快收敛速度.对标准数值优化问题的求解结果表明,该算法具有寻优能力强、搜索精度高和稳定性好等优点.以非线性系统参数估计问题为例进行的仿真实验表明,所提出的算法能够有效提高估计参数的精度.     

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．     

多进制概率角复合位编码量子进化算法

针对量子进化算法求解二进制编码问题比较有效,而求解多进制编码问题则比较困难的情况,本文提出了一种多进制概率角复合位编码量子进化算法.该算法将量子进化算法中量子位的概率幅表示法转化为复合位的概率角表示法,采用随机观测方法得到观测个体,采用概率角增减对个体进行更新.该算法适用于采用任意进制编码的问题.实验表明,与量子进化算法和传统遗传算法相比,多进制概率角复合位编码量子进化算法在适用范围、搜索能力和运算速度上具有较明显优势.     

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。     

Double chains quantum genetic algorithm with application to neuro-fuzzy controller design

This paper proposes a double chains quantum genetic algorithm (DCQGA), and shows its application in designing neuro-fuzzy controller. In this algorithm, the chromosomes are composed of qubits whose probability amplitudes comprise gene chains. The quantum chromosomes are evolved by quantum rotation gates, and mutated by quantum non-gates. For the direction of rotation angle of quantum rotation gates, a simple determining method is proposed. The magnitude of rotation angle is computed by integrating the gradient of the fitness function. Furthermore, a normalized neuro-fuzzy controller (NNFC) is constructed and designed automatically by the proposed algorithm. Application of the DCQGA-designed NNFC to real-time control of an inverted pendulum system is discussed. Experimental results demonstrate that the designed NNFC has very satisfactory performance.     

基于量子进化规划核聚类算法的图像分割

基于量子计算的并行性、进化计算简单、通用性好等优点,采用量子编码构造进化算法的染色体种群,再将二者引入到核聚类中来,提出了一种基于量子进化规划的核聚类算法.该算法充分利用了量子态的叠加性以及量子比特的概率表示,能够表示出许多可能的线性叠加状态,具有更好的种群多样性,因此将其用于解决核聚类算法中目标函数的优化问题,可以有效克服传统进化算法收敛速度慢以及早熟等问题.对Brodatz纹理图像及SAR图像进行分割,仿真实验结果表明该算法可以较好地改善图像分割效果.     

一种改进的混合量子遗传算法

提出了一种改进的混合量子遗传算法(IHQGA),该算法首先在量子个体上实施量子交叉,这一操作有利于保留相对较好的基因段;其次,采用量子比特相位法更新量子门和自适应调整搜索网格的策略;最后,引入拟Newton算法进行局部搜索操作,使得种群的多样性强,解得的收敛精度高,收敛速度快;通过复杂函数测试标明此算法的优化质量和效率都强于传统遗传算法和量子遗传算法;另外,从理论上也证明了该算法以概率l收敛于全局最优解.     

VENUS: A Geometrical Representation for Quantum State Visualization

Visualizations have played a crucial role in helping quantum computing users explore quantum states in various quantum computing applications. Among them, Bloch Sphere is the widely-used visualization for showing quantum states, which leverages angles to represent quantum amplitudes. However, it cannot support the visualization of quantum entanglement and superposition, the two essential properties of quantum computing. To address this issue, we propose VENUS, a novel visualization for quantum state representation. By explicitly correlating 2D geometric shapes based on the math foundation of quantum computing characteristics, VENUS effectively represents quantum amplitudes of both the single qubit and two qubits for quantum entanglement. Also, we use multiple coordinated semicircles to naturally encode probability distribution, making the quantum superposition intuitive to analyze. We conducted two well-designed case studies and an in-depth expert interview to evaluate the usefulness and effectiveness of VENUS. The result shows that VENUS can effectively facilitate the exploration of quantum states for the single qubit and two qubits.     

量子查找算法的发展与前瞻

量子查找算法是一种利用波的特性进行查找的新方法，它以量子位作为描述问题 的基本信息单位，为 NP-完全问题的解决提供了一种有效的途径。量子查找算法的主要特 点 是查找的高度并行性、非结构化查找和巨大的信息存储容量。该文介绍了量子查找的基 本思 想；综述了量子查找的典型实例及其广泛应用；分析了量子查找算法的特点及其与传 统算法 的关系；指出了量子计算目前存在的问题；最后对量子计算的发展前景进行展望。     

A quantum probability splitter and its application to qubit preparation

This paper presents a quantum probability splitter, i.e. a quantum circuit that modifies the probability amplitudes of a qubit so that the probability on the selected basis state is halved. It also presents a potential application of this circuit related to qubit preparation: it shows how a qubit is prepared to a superposition of any valid pair of basis states probabilities, by repeated application of the quantum probability splitter.     

Lattice Quantum Algorithm for the Schrödinger Wave Equation in 2+1 Dimensions with a Demonstration by Modeling Soliton Instabilities

A lattice-based quantum algorithm is presented to model the non-linear Schr?dinger-like equations in 2 + 1 dimensions. In this lattice-based model, using only 2 qubits per node, a sequence of unitary collide (qubit–qubit interaction) and stream (qubit translation) operators locally evolve a discrete field of probability amplitudes that in the long-wavelength limit accurately approximates a non-relativistic scalar wave function. The collision operator locally entangles pairs of qubits followed by a streaming operator that spreads the entanglement throughout the two dimensional lattice. The quantum algorithmic scheme employs a non-linear potential that is proportional to the moduli square of the wave function. The model is tested on the transverse modulation instability of a one dimensional soliton wave train, both in its linear and non-linear stages. In the integrable cases where analytical solutions are available, the numerical predictions are in excellent agreement with the theory.     

多比特概率幅编码的量子衍生粒子群优化算法

为了提高粒子群算法的优化能力, 提出一种新的量子衍生粒子群优化算法. 该方法采用多比特量子系统的基态概率幅对粒子编码, 基于自身最优粒子和全局最优粒子确定旋转角度, 采用基于张量积构造的多比特量子旋转门实施粒子的更新. 在每步迭代中, 只需更新粒子的一个量子比特相位, 即可更新该粒子上的所有概率幅. 标准函数极值优化的实验结果表明, 所提出算法的单步迭代时间较长, 但优化能力较同类算法有大幅度提高.

     

基于双链量子遗传算法的过程神经元网络训练

基于函数正交基展开的过程神经元网络训练,由于参数较多BP算法不易收敛。针对这一问题,本文提出了一种基于双链量子遗传算法的解决方案。首先按权值参数的个数确定染色体上的基因数,完成种群编码,然后通过染色体评估获得当前最优染色体,以该染色体为目标,用量子旋转门完成种群中个体的更新,用量子非门实现个体变异增加种群多样性。在该方法中,每条染色体携带两条基因链,因此可扩展对解空间的遍历性,加速优化进程。以两组二维三角函数的模式分类问题为例,仿真结果表明该方法不仅收敛速度快,而且寻优能力强。