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基于向量角和分解的高维多目标粒子群优化算法研究

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基于向量角和分解的高维多目标粒子群优化算法研究

作者：胡鑫华南农业大学

学位级别：硕士

粒子群优化算法作为一种群体智能算法,因其具有参数设置简单、收敛速度快等特点,一开始便广泛应用于单目标优化领域,随后研究学者发现其应用效果显著,便将它扩展至多目标领域。虽然,经实验证明粒子群优化算法能够较好地解决多目标及高... 详细信息

粒子群优化算法作为一种群体智能算法,因其具有参数设置简单、收敛速度快等特点,一开始便广泛应用于单目标优化领域,随后研究学者发现其应用效果显著,便将它扩展至多目标领域。虽然,经实验证明粒子群优化算法能够较好地解决多目标及高维多目标优化问题,但仍存在许多不足,并不能完全满足社会的高需求。通过文献阅读与实验论证发现,常见的粒子群算法在处理多目标问题中,主要面临以下两方面问题:（1）如何选择出领导者来引导种群进化;（2）如何保持种群在进化过程中的分布性。在高维多目标优化问题中,由于问题变得更复杂,处理这些问题也会变得愈发困难。本文在分析和研究现有的粒子群优化算法处理多目标和高维多目标优化问题的不足的基础上,设计出了一种可用于处理高维多目标优化问题的新型粒子群优化算法（Many-objective Particle Swarm Optimization Algorithm Based on Vector Angle and Decomposition,Va PSO）,本论文主要工作和创新点如下:（1）研究了一种新型基于向量角的维护外部存档策略。两个解的向量角度大小能够反映它们的搜索方向,角度越小搜索方向越接近,这表明它们之间具有可替代性,因为它们都朝同一个区域搜索,所以只留下一个即可。确定哪一个被留下的标准则根据它们的收敛性判断,删除收敛性相对较差的那一个。被删除的解也可能是精英解,故给被删除的精英解一次机会使之再次加入外部存档。（2）改进了一种克隆外部存档的方法。本操作通过一种可以同时测量收敛性和分布性的基于变换的密度估计值为标准,分配可作为下一代新外部存档父代解的个数。换句话说,如果外部存档里面的解越优秀,那么它的子代就会越多。否则,它将没有后代。这个策略符合了进化算法的初衷:物竞天择,适者生存。让优秀的解能生成更多的后代。（3）构造了一种新型选择领导者的方式。采用自适应的惩罚边界交叉法选择（70）,根据种群中解的状态动态设计惩罚因子的大小,动态地调整（70）的选择倾向,更偏向于收敛性还是分布性,从而使得种群能够维持良好的收敛性和分布性。选择2)（70）的时候采用基于向量角的方法,当前粒子的2)（70）为与其相应的权值向量之间向量角最小的解,这样选择出来的2)（70）可以保证种群的分布性。（4）提出了一种新型粒子群速度更新公式。新的速度更新公式增强了对2)（70）的约束,让2)（70）变为（70）的辅助,具体为通过2)（70）当前的状态判断出当前粒子应该从2)（70）上学习到多少知识。最后选取了被广泛使用的DTLZ和WFG测试集来测试算法的有效性,通过与其它五个目前所流行的（高维）多目标优化算法在综合指标IGD和HV的比较中,显示出该算法在处理高维多目标问题上有着良好的表现。

关键词：高维多目标优化粒子群算法向量角外部存档

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中红外光谱结合向量夹角直接定量三氯蔗糖

光谱学与光谱分析 2019年第6期39卷 1742-1747页

作者：粟晖潘浩然姚志湘黄晓程刘柳刘春水广西科技大学生物与化学工程学院广西柳州545006 广西科技大学广西糖资源绿色加工重点实验室广西柳州545006 广西蔗糖产业协同创新中心广西南宁530004

多组分复杂体系的红外光谱由于成分多样、谱带严重重叠、背景干扰等导致谱图特征减弱,且体系中的红外光谱往往不是各组分光谱的简单叠加,需要借助于化学计量学技术以实现解析。基于朗伯-比尔定律(Lambert-Beer law)并且随着衰减全反射(A... 详细信息

多组分复杂体系的红外光谱由于成分多样、谱带严重重叠、背景干扰等导致谱图特征减弱,且体系中的红外光谱往往不是各组分光谱的简单叠加,需要借助于化学计量学技术以实现解析。基于朗伯-比尔定律(Lambert-Beer law)并且随着衰减全反射(ATR)技术取样普及,结合偏最小二乘回归法(PLS)、人工神经网络(artificial neural network,ANN)等化学计量法将数据进行累积、特征提取以及校正建模等工作解决红外光谱中严重重叠和非线性等问题,再采用二次测量定量分析已初步具有应用成效,而有效增强信息量表达,降低背景、噪声干扰,减少复杂的计算过程,进而保证定量分析结果的可靠性,则成为研究的主要方向。通过讨论光通道和背景对光谱强度变化的影响,结合向量角度转换提出一种新的近似线性定量方法。经初步理论计算,发现多组分混合物与该混合物中待测组分的相对含量二者间的向量夹角值存在一定的关系,而该关系并不受批次制样的影响,进一步通过高斯曲线模拟混合信号,充分说明选择合适的波长范围,二者在一定范围内存在线性相关性,相关性不受测量条件变化的影响。采用KBr压片法,向待测样品中逐步加入待测组分得到混合样本,分别得到待测组分光谱与混合样本光谱信号,先将其进行一阶求导,消除加性误差后,再将其转化为空间向量角度,消除批次制样中光程差异,再以百分比定义待测物样品的含量,所得到混合样的夹角值与其中所含参照品含量成简单线性关系,即以计算结果夹角值与含量作标准曲线,实现定量分析。本测量方法用于三氯蔗糖(Sucralose,TGS)与三氯蔗糖-6-乙酸酯(4,1,6-trichloro sucrose-6-acetate,TGS-6-A)二者进行一定比例混合(双组分体系),以及TGS-6-A的脱酰产物(多组分体系)中的TGS的含量定量分析,在两种体系中定量均得到令人满意的结果,所建立标准曲线的相关系数r均达到0.995 0以上,相对误差均低于8.0%,所建立的分析方法对利用中红外透射光谱分析研究多组分样品具有重要的参考价值。

关键词：中红外光谱向量角三氯蔗糖直接定量

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以向量夹角为判据的拉曼光谱基线校正

分析仪器 2014年第4期 87-90页

作者：高育新孙阔廊坊市环境保护局廊坊065000

以采样动态流质样品阿司匹林反应液的拉曼光谱作为研究对象,向量夹角作为判据选择SavitzkyGo1ay平滑窗口宽度,对拉曼光谱进行分区间线性拟合基线校正。校正后的拉曼光谱与原始光谱的相关系数为0.9377,结果优于多项式拟合基线校正和db9... 详细信息

以采样动态流质样品阿司匹林反应液的拉曼光谱作为研究对象,向量夹角作为判据选择SavitzkyGo1ay平滑窗口宽度,对拉曼光谱进行分区间线性拟合基线校正。校正后的拉曼光谱与原始光谱的相关系数为0.9377,结果优于多项式拟合基线校正和db9小波滤波。

关键词：基线校正拉曼光谱向量角

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重要度在公路网布局优化中的应用

铁道运输与经济 2007年第7期29卷 10-12页

作者：李娟西南交通大学交通运输学院四川成都610031

由灰色关联性分析计算节点和路线的重要度,客观地保持了社会经济指标和交通需求之间的关联性。通过选取区域交通集散点作为节点,计算节点和路线的重要度,由此构造关于区域的完全图式初始道路网络图。在构造的初始网络图中,对路线的重要... 详细信息

由灰色关联性分析计算节点和路线的重要度,客观地保持了社会经济指标和交通需求之间的关联性。通过选取区域交通集散点作为节点,计算节点和路线的重要度,由此构造关于区域的完全图式初始道路网络图。在构造的初始网络图中,对路线的重要度和向量角进行比较,删除走向近似且重要度较低的道路,从而实现对节点赋权网络的布局优化。通过举例说明该方法符合实际情况,有较好的应用价值。

关键词：公路网布局优化路线重要度向量角