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和声搜索算法在中速磁浮列车自动运行系统中的应用研究

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和声搜索算法在中速磁浮列车自动运行系统中的应用研究

作者：程佳欣北京交通大学

学位级别：硕士

中速磁浮列车作为一种现代交通工具,因其转弯半径小、爬坡能力强、绿色环保、噪声小、相对能耗低等特点成为现代轨道交通的重点发展方向。磁浮列车的自动运行(ATO)系统根据列车时刻表中设定的数据和列车运行要求完成列车自动运行控制。... 详细信息

中速磁浮列车作为一种现代交通工具,因其转弯半径小、爬坡能力强、绿色环保、噪声小、相对能耗低等特点成为现代轨道交通的重点发展方向。磁浮列车的自动运行(ATO)系统根据列车时刻表中设定的数据和列车运行要求完成列车自动运行控制。时刻表的优化调整对于ATO系统控制列车完成自动运行,提高列车运行效率,保证列车安全行驶和准点到站,提高列车的舒适性和乘客满意度具有重要意义。但是,实际问题中,时刻表优化问题是一个典型的复杂优化问题,很难找到精确求解最优解的数学算法。和声搜索算法是一种模拟乐师调整乐器音调得到最美和声过程进行全局优化的新颖智能优化算法,对于解决复杂优化问题效果良好。该算法具有参数少、求解速度快、鲁棒性强、适用性高等特点。研究和声搜索算法并将其应用到列车自动运行系统的时刻表优化问题中具有重要的理论意义和实用价值。本文首先介绍了和声搜索算法的基本原理和研究现状,在此基础上,提出一种改进的和声搜索算法一自适应新颖全局和声搜索算法,利用经典测试函数对其优化性能进行测试,并将该算法应用到列车自动运行系统时刻表优化问题中,具体内容如下:(1)针对和声搜索算法易出现局部最优问题,提出自适应新颖全局和声搜索算法,为使算法在实际问题中达到最佳的优化效果,选取与实际问题相近的7个经典测试函数对算法的参数设置进行仿真实验分析,确定最佳设置参数。之后,将自适应新颖全局和声搜索算法与和声搜索算法,改进的和声搜索算法,动态自适应新颖全局和声搜索算法,新颖全局和声搜索算法对7个测试函数进行性能优化分析,对比五种算法的优化结果,显示自适应新颖全局和声搜索算法在解决优化问题时具有很好的全局优化性能和很好的鲁棒性。(2)研究运行控制系统的结构设计和ATO系统主要功能,分析磁浮列车ATO系统时刻表优化问题,针对传统时刻表从运营角度考虑,以停站时间,区间运行时间为优化目标建立模型,本文从乘客角度出发,考虑动态客流情况下乘客在车站的等车时间和乘客乘车时间,最后以乘客总体出行时间作为优化目标建立数学模型。(3)根据建立的数学模型,设计算法求解步骤,对于规划设计的磁浮线路,完成自适应新颖全局和声搜索算法对中速磁浮列车在早晚高峰、中午平峰、早晚平峰三个运营时间段内的乘客等车时间,乘车时间和总体出行时间的优化求解,验证自适应新颖全局和声搜索算法对求解磁浮列车ATO系统时刻表优化问题的有效性。

关键词：和声搜索算法中速磁浮列车性能优化数学模型 ATO系统时刻表

和声搜索算法优化支持向量机的柴油机故障诊断研究

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组合机床与自动化加工技术 2015年第9期 66-70页

作者：沈绍辉姚竹亭中北大学机械与动力工程学院太原030051

针对在柴油机故障诊断中支持向量机核函数参数和惩罚因子的不同取值会影响到分类正确率的问题,提出利用和声搜索算法对支持向量机相关参数进行选择优化(HS-SVM)的方法。在该方法中将参数作为和声存于记忆库中,而将支持向量机分类正确率... 详细信息

针对在柴油机故障诊断中支持向量机核函数参数和惩罚因子的不同取值会影响到分类正确率的问题,提出利用和声搜索算法对支持向量机相关参数进行选择优化(HS-SVM)的方法。在该方法中将参数作为和声存于记忆库中,而将支持向量机分类正确率作为目标函数,则整个寻优过程即是寻找使函数值最大的和声所对应的解。通过对UCI中的2个数据集进行分类正确率测试,并与未优化的支持向量机和人工蜂群算法优化的支持向量机(ABC-SVM)测试结果对比,证明了该方法的优越性。最后,将该方法用于柴油机故障诊断,并将分类正确率与未优化SVM和ABC-SVM分类结果进行比较,进一步说明和声搜索算法优化的支持向量机(HS-SVM)既能获得较高的分类结果正确率,又能有效降低运行时间,即说明该方法具有一定的实用性。

关键词：和声搜索算法支持向量机参数优化柴油机故障诊断

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和声搜索算法在结构有限元模型修正中的应用

兰州理工大学学报 2013年第5期39卷 106-110页

作者：杜永峰李万润李慧唐少玉兰州理工大学防震减灾研究所甘肃兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050

首次将和声搜索算法(harmony search algorithm,HSA)引入结构健康监测领域,并成功应用于结构有限元模型修正.首先介绍和声搜索算法的基本原理及其主要计算步骤;其次将结构有限元模型修正转化为一优化问题,建立目标函数,利用和声搜索算... 详细信息

首次将和声搜索算法(harmony search algorithm,HSA)引入结构健康监测领域,并成功应用于结构有限元模型修正.首先介绍和声搜索算法的基本原理及其主要计算步骤;其次将结构有限元模型修正转化为一优化问题,建立目标函数,利用和声搜索算法求解该优化问题,得到结构修正后的有限元模型;最后通过对5层剪切型框架模型进行仿真模拟,验证该方法在结构健康监测领域应用的可行性.拓宽和声搜索算法的应用范围,为结构健康监测提供另一种思路.

关键词：和声搜索算法有限元模型修正优化

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改进和声搜索算法在硫化车间调度中的应用

系统仿真学报 2017年第3期29卷 630-638页

作者：吴龙成黄松王艳纪志成江南大学物联网技术应用教育部工程研究中心无锡214122

针对硫化车间生产调度环节分配不合理导致的机台利用率不高和生产效率低的问题,提出了一个改进的离散和声搜索(Improved Harmony Search,IHS)算法来优化硫化车间调度的最大完工时间。该算法包含个体记忆考虑过程、扰动搜索过程和竞争淘... 详细信息

针对硫化车间生产调度环节分配不合理导致的机台利用率不高和生产效率低的问题,提出了一个改进的离散和声搜索(Improved Harmony Search,IHS)算法来优化硫化车间调度的最大完工时间。该算法包含个体记忆考虑过程、扰动搜索过程和竞争淘汰机制。在竞争淘汰机制中,用新解替换和声记忆库中对应的个体或最差解,更新和声记忆库,加速优胜劣汰的进程,使记忆库中每个个体更快速地向最优解方向靠近。通过MATLAB实验仿真,结果表明,IHS算法获得的结果要优于HS和PSO算法,在解决硫化车间调度问题有良好的性能,验证了该算法的有效性和可行性。

关键词：离散优化算法和声搜索算法和声记忆库硫化车间调度

基于改进和声搜索算法的配电台区电能质量优化分析

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电工技术 2023年第12期 37-39页

作者：刘长张立孟海黄洛国网甘肃省电力公司天水供电公司甘肃天水741000

如今电力系统中的电力用户类型较多,给电力系统的电能质量带来了较大的影响,会使系统中的谐波含量较高以及电压不够稳定等,同时在系统中的很多精密设备生产制造企业对电能质量提出了更高的要求,为此有必要对配电台区的电能质量进行合理... 详细信息

如今电力系统中的电力用户类型较多,给电力系统的电能质量带来了较大的影响,会使系统中的谐波含量较高以及电压不够稳定等,同时在系统中的很多精密设备生产制造企业对电能质量提出了更高的要求,为此有必要对配电台区的电能质量进行合理的优化,从而给电力用户提供更优的电能质量.详细介绍了基于改进和声搜索算法的配电台区电能质量优化方法,并展示了该电能质量优化方法的应用效果.

关键词：配电台区电能质量优化和声搜索算法

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和声搜索算法的搜索机制研究及其应用

和声搜索算法的搜索机制研究及其应用

作者：刘朝华北京邮电大学

学位级别：硕士

在科学研究和工业设计中,很多现实问题常常被转化为优化问题。对于具有高维度、多参数等性质的问题,传统的优化方法求解是很困难的,因此,学者们相继提出具有自适应控制能力的元启发式群智能进化算法。和声搜索算法(Harmony Search,HS)... 详细信息

在科学研究和工业设计中,很多现实问题常常被转化为优化问题。对于具有高维度、多参数等性质的问题,传统的优化方法求解是很困难的,因此,学者们相继提出具有自适应控制能力的元启发式群智能进化算法。和声搜索算法(Harmony Search,HS)是一种新开发的元启发式算法。该算法是一种无导数的实时参数优化算法,它从音乐即兴创作的过程中得到灵感,寻找一种完美的和声状态。和声搜索算法对数学要求较少,可以很容易地解决各种工程优化问题。但该算法在优化过程中容易陷入局部最优、收敛性差以及参数调整不灵敏等缺点。为了提高和声搜索算法的收敛性,避免早熟收敛和参数调整问题,改进的和声搜索算法不断被提出。本文阐述了和声搜索算法的研究背景,详细介绍了和声搜索算法的基本原理,同时在参数自适应、粒子群算法和差分进化算法的启发下,提出了两种不同的和声搜索算法改进策略,即半自适应和声搜索算法和融合差分变异的变规模和声搜索算法。并且在CEC 2014基准函数上与其它先进的改进和声搜索算法进行对比,结果表明,本文提出的改进和声搜索算法产生的结果更优,性能更好。文中第三章首先提出了一种半自适应和声搜索算法(SSaHS),该算法采用了带宽的自适应调整和粒子群精英学习优化策略。SSaHS算法采用和声记忆库中的最大值和最小值之间的差作为自适应调整的带宽。这样该算法它可以动态调整特定问题的带宽,增强局部开发能力,提高优化结果的准确性。为了验证所提出算法和学习策略的有效性,文中选用一套基准测试函数进行仿真实验。比较结果表明,半自适应和声搜索算法与基本的和声搜索算法和改进的和声搜索算法(IHS,GHS,NGHS)相比,它可以找到更好的解,有更高的性能。此外,根据差分进化策略以及莱曼均值,引入了差分算子以及算法参数自适应调整的概念,本文在第四章又提出了一种融合差分变异的变规模和声搜索算法(aHSDE)。利用差分变异的策略来对步长进行微调,这样可以给aHSDE算法提供一种有效的带宽调整方法,增强了和声搜索算法的性能。为了协调和声记忆库的多样性和收敛性,aHSDE算法对和声记忆的大小进行了线性调整。同时,利用周期学习和莱曼均值策略对微调概率PAR和变异率F进行自适应调整。aHSDE算法与基本的HS算法和先进的HS变种算法对CEC 2014基准函数上进行对比,表明aHSDE算法具有更强的竞争力和更好的收敛性。

关键词：和声搜索算法参数自适应差分进化 CEC 2014

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和声搜索算法的改进研究

和声搜索算法的改进研究

作者：陈莹珍北方民族大学

学位级别：硕士

和声搜索算法是源于音乐创作的启发式优化算法．目前，已经在很多方面得到了广泛的应用．但是由于该算法不是万能的，所以在针对不同问题时，也需要做出一些改进．本文对和声搜索算法进行了一系列的研究．首先介绍了和声搜索算法的... 详细信息

和声搜索算法是源于音乐创作的启发式优化算法．目前，已经在很多方面得到了广泛的应用．但是由于该算法不是万能的，所以在针对不同问题时，也需要做出一些改进．本文对和声搜索算法进行了一系列的研究．首先介绍了和声搜索算法的起源、原理、发展等基本情况，然后用和声搜索算法解决单目标优化问题，多目标优化问题，最后用和声搜索算法解决带约束的多目标优化问题．本文的主要研究内容可归纳如下：（1）详细的介绍和声搜索算法的起源、原理、发展及其应用．为后续的研究打下基础．（2）针对现有改进的和声搜索算法（IHS）的不足，提出一种混沌自适应和声搜索算法（CAHS）．在该算法中，没有采用通常的随机初始化种群，而是根据混沌策略产生初始种群，然后根据算法自身的性质，提出新的自适应的和声保留概率、音调调节概率和音调调节步长公式，根据这些公式产生新解，为了充分利用和声记忆库的信息，在每次迭代中都产生多个新解．如果发现算法停滞，则对部分解采用混沌变异，然后再进行搜索．实验结果表明，CAHS算法比之前提出的IHS和AHSPSO算法有更强的寻优能力和跳出局部最优解的能力．（3）为了求解无约束的多目标优化问题，提出了一种基于Pareto支配的多目标优化问题的自适应和声搜索算法（MOSAHS）．该算法利用外部种群来保存非支配解，为了加快算法的速度和保持非支配解的多样性，必须对外部种群中的解进行删除，于是提出了一种基于拥挤度的删除策略，根据这个策略来度量个体的分布情况，删除较差的个体．根据对5个标准测试函数的测试．实验结果表明，与其它的多目标优化算法相比，本文提出的算法在逼近性和均匀性两方面都有很好的表现，是一种有效的多目标和声搜索算法．（4）提出了一种求解约束多目标问题的和声搜索算法．受粒子群算法的启发，本文在和声搜索算法中找到一个引导个体，以加快算法的收敛速度，并且采用了双种群进化的搜索方法，来增大找到最优解的机会，还提出了一种新的度量方法来度量种群拥挤度．数值试验分为两组，第一组通过四个测试函数进行测试与NSGA-II比较，结果表明，本文提出的算法优于NSGA-II，第二组通过六个测试函数进行测试与没有引导个体的和声搜索算法比较，结果表明，本文算法采用的引导策略改善了算法的收敛性、分散度和多样性．总之，本论文对和声搜索算法及其应用进行了较为全面深入的分析研究，并对所做工作进行了总结，并提出了进一步研究的方向．

关键词：和声搜索算法混沌搜索拥挤度双种群单目标优化多目标优化

基于和声搜索算法的无线传感器网络多重连通覆盖

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传感技术学报 2020年第2期33卷 272-278页

作者：李明胡江平重庆工商大学计算机科学与信息工程学院检测控制集成系统工程实验室重庆400067 电子科技大学自动化工程学院成都611731

连通与覆盖是传感器网络的重要问题,对传感器网络的服务质量有重要影响。对给定候选位置中选择最少数量的位置放置传感器节点来保证监测目标的多重覆盖和传感器节点之间的多重连通问题进行研究,提出一种基于改进和声搜索算法的节点部署... 详细信息

连通与覆盖是传感器网络的重要问题,对传感器网络的服务质量有重要影响。对给定候选位置中选择最少数量的位置放置传感器节点来保证监测目标的多重覆盖和传感器节点之间的多重连通问题进行研究,提出一种基于改进和声搜索算法的节点部署策略。算法以放置节点的数量、监测目标的多重覆盖和节点的多重连通为优化目标,在和声搜索算法中一方面加入学习自动机增强算法参数的自适应性,另一方面通过对算法求解过程中优秀解的再利用,增强了算法的优化效率。为了对比算法性能,提出了一种基于贪婪算法的节点部署策略。仿真结果显示,提出的改进和声搜索算法优于提出的贪婪算法和原始和声搜索算法,证明了算法的有效性。

关键词：无线传感器网络覆盖连通和声搜索算法参数自适应学习自动机

基于混沌自适应分组和声搜索算法的输电网规划

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电力系统保护与控制 2014年第19期42卷 32-36页

作者：聂宏展赵丹段柯均王瑞东北电力大学电气工程学院吉林吉林132012

针对目前大规模输电网规划求解中难以快速地求得全局最优解的问题,给出了基于线路的建设费用、网络损耗费用、输电线路走廊的建设费用、各支路总的过负荷惩罚费用和N-1约束的过负荷惩罚费用为目标函数的输电网规划模型。分析了和声搜索... 详细信息

针对目前大规模输电网规划求解中难以快速地求得全局最优解的问题,给出了基于线路的建设费用、网络损耗费用、输电线路走廊的建设费用、各支路总的过负荷惩罚费用和N-1约束的过负荷惩罚费用为目标函数的输电网规划模型。分析了和声搜索算法随着输电网规模的扩大、优化问题维数的增加,算法求解精度和收敛速率明显降低且易陷入局部寻优的现象及其原因的基础上,设计了一种混沌自适应分组和声搜索算法。该算法通过维数分组、变异和混沌扰动来提升算法的搜索能力,使其能够快速地求解大规模的输电网规划问题。通过对IEEE18节点和巴西南部46节点系统的计算,证明了算法及模型应用于输电网规划的可行性,为实际工程应用打下了基础。

关键词：电力系统输电网规划和声搜索算法分组策略混沌策略