含有导数的智能优化算法求解水文水质参数优化问题

作     者：张梦倩 

作者单位：长安大学 

学位级别：硕士

导师姓名：常安定

授予年度：2018年

学科分类：12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 07[理学] 081104[工学-模式识别与智能系统] 08[工学] 070105[理学-运筹学与控制论] 0835[工学-软件工程] 0811[工学-控制科学与工程] 0701[理学-数学] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：导数 智能优化算法 收敛能力 水文地质参数 河流水质参数 

摘      要：智能优化算法是一种通过模拟或揭示某些自然现象或过程的优化算法。因为其操作简单,对目标函数要求较低的特点目前已经广泛应用于复杂问题的求解。但智能优化算法全局收敛能力较强,局部收敛能力较差,目前的重点都在对其进行改进,提高它的局部收敛能力。通常的改进方法是将两种智能优化算法结合或将传统优化算法与智能优化算法相结合,而传统优化算法包含两类,一类包含导数,而另一类不需要求导。而含导数的传统优化算法收敛速度明显快于不含导数的传统优化算法。本文考虑到传统优化算法中的梯度下降法操作简单、局部收敛能力较强的特点,在智能优化算法的运算过程中加入梯度,构成含有导数的智能优化算法,并将其应用到水文地质参数和河流水质参数求解过程中。主要研究工作如下:本文首先介绍文中用到的几种算法的基本理论和具体运算步骤以及程序流程图,分析每种算法的优缺点,提出含有导数的粒子群算法和含有导数的遗传算法,并分别用几个测试函数对混合算法进行验证,说明含有导数的智能优化算法的可行性。其次主要以水文地质参数和河流水质参数求解过程为例,利用含有导数的智能优化算法以及标准智能优化算法进行求解。通过对比分析计算结果,验证了含有导数的智能优化算法对于求解水文水质参数问题的可行性;并将计算结果反演得到的计算数据与实际数据进行比较,两者拟合程度更好,验证了含有导数的智能优化算法计算结果的可靠性。其次通过比较含有导数的智能优化算法与不含导数的智能优化算法的计算过程,发现含有导数的智能优化算法收敛时所需要的进化次数明显少于不含导数的智能优化算法,充分表明含有导数的智能优化算法的收敛速度更快。最后给原始数据加一个轻微扰动,再次利用含有导数的智能优化算法与不含导数的智能优化算法进行求解,发现含有导数的的智能优化算法在求解时依然能够快速得到最优解,且运算过程相对稳定,进一步验证含有导数的智能优化算法不仅收敛能力更强而且更为稳定。