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基于果蝇视觉响应机制与种群进化的优化算法及应用

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基于果蝇视觉响应机制与种群进化的优化算法及应用

作者：刘健贵州大学

学位级别：硕士

果蝇是一种对运动目标的变化极为敏感的昆虫,其视觉系统能实时感知运动目标的运动行为,此独特的视觉响应特性为计算机视觉提供了新的生物理论基础。将果蝇的视觉信息处理机制与群智能优化中的种群进化思想结合,可建立介于计算机视觉与... 详细信息

果蝇是一种对运动目标的变化极为敏感的昆虫,其视觉系统能实时感知运动目标的运动行为,此独特的视觉响应特性为计算机视觉提供了新的生物理论基础。将果蝇的视觉信息处理机制与群智能优化中的种群进化思想结合,可建立介于计算机视觉与进化计算之间的视觉进化神经网络模型与算法,此将成为智能计算中具有潜在价值的研究分支。基于此,借助果蝇的视觉神经生理学理论与物种进化机制,探讨求解含不等式或等式约束的单目标优化问题和有界变量约束的双、高维多目标优化问题的高效优化方法,并展开算法的计算复杂度分析和比较性的数值实验研究。研究成果对促进进化计算与计算机视觉融合发展有一定的推动作用,且能为最优化问题的解决提供新方案。主要工作和取得的成果如下:1、针对含等式、不等式约束的函数优化问题,借助候选解构建状态矩阵,并将状态的目标函数值视为灰度值,得到灰度图;然后,基于果蝇的视觉神经生理学理论,建立改进型果蝇视觉神经网络模型;将此神经网络的输出作为学习率,利用群智能优化算法中种群进化的思想进行状态更新,获得果蝇视觉进化神经网络模型与算法。计算复杂度分析表明,该算法的计算复杂度主要由神经网络的输入规模及优化问题的维度确定。数值实验分析表明,此算法的搜索效果较为稳定,获得的解的质量较好。2、针对有界变量约束的双目标优化问题,首先探讨结构简单、可调参数少的改进型果蝇视觉神经网络,以及借助粒子群优化中粒子位置更新规则设计改进型粒子更新策略;然后,将神经网络的输出作为学习率,依据改进型粒子更新策略更新状态矩阵,并利用非支配分层法和拥挤距离法对外部档案集进行更新。由此,获得基于果蝇视觉进化神经网络的双目标优化算法。比较性的数值实验显示,该算法获得的解的质量高,且搜索效果稳定。3、针对有界变量约束的高维多目标优化问题,通过改进和简化已有果蝇视觉神经网络的结构,建立具有多输出功能的改进型果蝇视觉神经网络;随后,通过改进粒子群优化算法的位置更新策略,得到多策略状态更新规则,并用于状态矩阵的转移;利用基于松弛支配关系的非支配分层法和基于角度选择策略的拥挤距离法对外部档案集进行更新。由此,获得果蝇视觉进化神经网络算法。比较性的数值实验显示,该算法在求解质量和搜索效果的稳定性方面有明显优势。

关键词：视觉神经网络种群进化群智能优化约束优化高维多目标优化

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研究揭示大蒜种群进化史

农家致富 2023年第11期 21-21页

日前,中国农业科学院麻类研究所联合其他单位揭示了大蒜种群进化史。研究人员对230份大蒜资源开展基因分型测序(GBS)和群体结构分析,发现大蒜种质主要存在4个类群,其中中国主栽的四六瓣蒜和多瓣蒜种质分别来自大蒜组群CG1和CG2。通过有... 详细信息

日前,中国农业科学院麻类研究所联合其他单位揭示了大蒜种群进化史。研究人员对230份大蒜资源开展基因分型测序(GBS)和群体结构分析,发现大蒜种质主要存在4个类群,其中中国主栽的四六瓣蒜和多瓣蒜种质分别来自大蒜组群CG1和CG2。通过有效群体动态分析、基因流和驯化选择区间分析推测CG1和CG2分化于数10万年前,之后各自独立进化和驯化。深入分析CG1和CG2的有害突变,发现经长期独立进化和驯化后,组群间有害突变重复率极低。大规模的转录组测序也表明,长期独立进化和驯化导致CG1和CG2组群间的转录组结构实现了重塑,9400个大蒜基因在两组群间存在表达差异。因大蒜为营养体繁殖作物,组群间没有基因交流,导致各组群有害突变单独积累。独立驯化亦导致两大蒜组群间的基因组分化明显,转录组结构实现重塑。

关键词：中国农业科学院营养体繁殖麻类种群进化转录组测序组群重复率区间分析

利用混沌引导种群进化的多维实数编码遗传算法

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武汉交通科技大学学报 1999年第5期23卷 520-522页

作者：雷德明武汉交通科技大学计算机系武汉430063

提出了一种新的混合遗传算法，它对优化对象进行多维实数编码，利用混沌引导种群进化，仿真结果表明：该算法不仅能在短时间内搜索到高精度的全局最优解，而且具有良好的稳定性．

关键词：混沌多维实数编码遗传算法种群进化

基于改进人工鱼群算法的癌症微阵列数据分类算法研究

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基于改进人工鱼群算法的癌症微阵列数据分类算法研究

作者：李宗正吉首大学

学位级别：硕士

作为一种广泛存在的疾病,癌症一直都在严重影响着人类的健康和生活。自基因芯片技术诞生以来,积累了大量的癌症微阵列数据。发掘出这些数据的有用信息,有利于癌症分子层面的诊断、分型,对癌症的治病机理、药物开发以及治疗方式有着重要... 详细信息

作为一种广泛存在的疾病,癌症一直都在严重影响着人类的健康和生活。自基因芯片技术诞生以来,积累了大量的癌症微阵列数据。发掘出这些数据的有用信息,有利于癌症分子层面的诊断、分型,对癌症的治病机理、药物开发以及治疗方式有着重要意义。在一般的微阵列数据中,包含大量噪声和冗余数据,直接对其处理的成本十分高昂。因此,如何避免微阵列数据中‘维度灾难’成为微阵列数据处理的关键难题。而特征选择(Feature selection,FS)作为数据挖掘中的一种降低数据维度的方法,能够为微阵列数据的处理提供有效的方案。在特征选择中,包装(wrapping)方法能够根据子集的分类精度来获取最优子集,该类方法因其具有较高的灵活度以及精确度受到学者们的广泛关注。其中元启发式算法在该领域的应用已经得到广泛认可,该方法的不断改进对特征选择具有重要意义。鱼群算法作为一种经典的元启发式算法,已被负荷优化、路径优化、图像量化、交通控制等问题中。本文将对鱼群算法进行改进,使其能够在特征选择中得到更好的应用。其主要研究成果如下。(1)针对人工鱼群算法(Artificial fish swarm algorithm,AFSA)不能完美地平衡局部寻优与全局寻优,且缺乏跳出局部最优能力等问题,提出了一种基于基因交换的自适应人工鱼群算法(Adaptive AFSA utilizing Gene Exchange,AAFSAGE)。首先利用自适应的视野和步长提高搜索的速度及精度,然后利用混乱行为和基因交换行为增强跳出局部最优的能力并提高搜索效率。为了证明算法的有效性,在实验中使用了10种经典的测试函数将所提算法与规范鱼群算法(Normative Fish Swarm Algorithm,NFSA)、基于扩展记忆粒子群优化算法的人工鱼群算法(FSA optimized by PSO algorithm with Extended Memory,PSOEMFSA)、综合改进人工鱼群算法(Comprehensive Improvement of Artificial Fish Swarm Algorithm,CIAFSA)进行了比较。实验结果表明,AAFSA-GE较PSOEM-FSA、CIAFSA具有更优秀局部寻优能力和全局寻优能力,较NFSA具有更高的搜索效率以及更好的全局寻优能力。(2)针对特征选择问题,在单目标鱼群算法的基础上,提出了一种改进的二进制鱼群算法,基于种群进化的鱼群算法(Fish swarm algorithm based on population evolution,FSA-PE)。首先,通过种群进化机制对人工鱼群算法进行改进,在尽可能保留子集的优良特征的同时,获得跳出局部最优的能力。然后,利用自适应步长和视觉调整算法在不同环境下的搜索空间和移动范围,提高算法的局部优化和全局优化能力。最后,调整觅食行为的搜索方式,使个体始终向优秀的位置移动,加快了算法的收敛速度与搜索效率。该算法主要通过种群进化机制加强对解空间中存在的弱相关特征的搜索能力,来帮助算法提高搜索精度。(3)针对癌症微阵列数据的分类与基因选择问题,提出了一种基于FSA-PE的特征选择模型。首先,我们使用F-score算法来消除癌症微阵列数据集中大量无用和冗余的特征。然后,通过FSA-PE算法从消除无用和冗余特征的子集中获取子集,最后通过NB(Naive bayes,NB)分类器来评价FSA-PE获取的子集的好坏。在对8个不同的癌症微阵列数据集的实验中,利用迭代图证明了FSA-PE改进以及模型的有效性。在所有数据集中均取得了90%以上的分类精度,与其它的15种分类模型相比,提出的模型在分类精度上具有显著的优越性。

关键词：特征选择鱼群算法自适应步长和视野基因交换种群进化

中国及欧洲各国的苹果蠹蛾种群遗传多样性分析

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植物保护学报 2021年第6期48卷 1226-1234页

作者：尹传林曹梦宇范月圆杨念婉陈茂华李飞万方浩中国计量大学生命科学学院浙江省生物计量及检验检疫技术重点实验室杭州310018 浙江大学昆虫科学研究所杭州310058 中国农业科学院植物保护研究所植物病虫害生物学国家重点实验室北京100193 西北农林科技大学植物保护学院旱区作物逆境生物学国家重点实验室农业农村部西北黄土高原作物有害生物综合治理重点实验室陕西杨凌712100 中国农业科学院深圳农业基因组研究所农业农村部基因组分析实验室广东岭南现代农业科学与技术实验室深圳518120

为研究不同国家和地区苹果蠹蛾Cydia pomonella种群的遗传多样性,对采自我国新疆维吾尔自治区和黑龙江省,以及德国、法国和西班牙等欧洲国家的11个种群共60个苹果蠹蛾个体进行基因组重测序,有效测序样本数为56个,共获得8455843个群体单... 详细信息

为研究不同国家和地区苹果蠹蛾Cydia pomonella种群的遗传多样性,对采自我国新疆维吾尔自治区和黑龙江省,以及德国、法国和西班牙等欧洲国家的11个种群共60个苹果蠹蛾个体进行基因组重测序,有效测序样本数为56个,共获得8455843个群体单碱基突变(single nucleotide polymorphism,SNP)位点。利用SNP数据进行了苹果蠹蛾群体遗传进化树的构建、主成分分析以及遗传结构分析。结果显示,入侵我国黑龙江省的苹果蠹蛾与德国BD种群更为接近,我国新疆维吾尔自治区与黑龙江省苹果蠹蛾种群有一定的分化,前者种群遗传多样性更低。表明我国东北地区和西北地区的苹果蠹蛾种群具有不同的遗传多样性特征,入侵我国的苹果蠹蛾种群可能来源于欧洲。

关键词：苹果蠹蛾种群多样性种群基因组学种群进化

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改进粒子群算法的移动机器人平滑路径规划

小型微型计算机系统 2019年第12期40卷 2550-2555页

作者：陈嘉林魏国亮田昕上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093 上海理工大学理学院上海200093

针对粒子群(PSO)算法在解决移动机器人平滑路径规划问题中出现的早熟现象,本文提出了一种基于种群进化状态的自适应粒子群算法(ES-PSO).本方法在不损害PSO算法快速收敛特性的前提下,通过粒子当前位置来判定种群动态进化状态,从而合理有... 详细信息

针对粒子群(PSO)算法在解决移动机器人平滑路径规划问题中出现的早熟现象,本文提出了一种基于种群进化状态的自适应粒子群算法(ES-PSO).本方法在不损害PSO算法快速收敛特性的前提下,通过粒子当前位置来判定种群动态进化状态,从而合理有效地评估种群进化能力.最后,根据具体应用场景,提出粒子初始化策略和带有惩罚函数的适应值函数优化策略,并应用所提改进粒子群算法和Bezier曲线方法解决移动机器人平滑路径规划问题.实验结果表明,该算法与传统算法相比较能够快速准确地寻找到机器人的平滑最优路径.

关键词：自适应粒子群算法 Bezier曲线种群进化初始化策略罚函数

基于蝗虫视觉神经网络的大规模优化问题求解研究

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基于蝗虫视觉神经网络的大规模优化问题求解研究

作者：肖天宇贵州大学

学位级别：硕士

蝗虫是一种对运动目标变化极其敏感的昆虫,其视觉系统能实时地感知运动目标的运动行为,此独特的视觉响应特性为计算机视觉提供了新的生物理论基础。将蝗虫的视觉信息处理机制与种群进化思想结合,可建立介于计算机视觉与进化计算之间的... 详细信息

蝗虫是一种对运动目标变化极其敏感的昆虫,其视觉系统能实时地感知运动目标的运动行为,此独特的视觉响应特性为计算机视觉提供了新的生物理论基础。将蝗虫的视觉信息处理机制与种群进化思想结合,可建立介于计算机视觉与进化计算之间的视觉进化神经网络优化模型与算法,此将成为智能计算中潜在的研究分支。基于此,借助蝗虫的视觉神经生物理论与物种进化机制,探讨求解大规模全局优化问题的高效优化方法,并展开算法的计算复杂度和比较性的数值实验研究。研究成果对于促进进化计算与计算机视觉融合发展有一定的推动作用,同时也能为工程优化问题的解决提供新方案。主要工作和取得的成果如下:1.针对大规模全局优化问题,选取智能优化中具有代表性的算法进行比较分析,进而以粒子群优化算法为基础,提出多策略混合进化粒子群优化算法。该算法通过引入对称学习及精英保留策略提升粒子群的进化能力,以及引入局部高斯变异策略增强粒子群的种群多样性。理论分析表明,此算法的计算复杂度依赖于种群规模以及问题的维度;比较性的数值实验分析表明,该算法具有强的进化能力,搜索效果好,求解精度高,具有一定的应用潜力。2.以蝗虫视觉神经信息处理机制为依托,以优化问题的候选解构成的状态矩阵作为输入,建立蝗虫视觉神经网络模型。进而,以此模型的输出作为学习率,并设计种群进化策略,获得蝗虫视觉进化神经网络优化算法。理论分析表明,该算法的计算复杂度取决于神经网络的输入大小和优化问题的维度。比较性的数值实验表明,此算法对大规模优化问题的求解是可行的且是有效的,具有好的应用价值。3.针对以上蝗虫视觉进化神经网络优化算法求解精度低的问题,将神经网络层分割的思想引入到视神经网络的设计中,获得多种类型的状态学习率。然后,依据当前学习率的大小,以及个体进化思想,多渠道引导状态向最优解所在区域转移,获得改进型蝗虫视觉进化神经网络算法,其计算复杂度由输入大小及优化问题的维度确定。实验分析表明,该算法在搜索效率、搜索效果以及普适性方面具有明显优势,有较好的应用价值。

关键词：大规模全局优化蝗虫视觉神经网络神经网络层划分种群进化粒子群优化

适于配送车辆导航路径规划的遍历模型的改进型粒子群优化算法

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华南理工大学学报（自然科学版） 2011年第8期39卷 109-112,117页

作者：章权温惠英孙博长安大学公路学院陕西西安710064 广东省公路管理局广东广州510075 华南理工大学土木与交通学院广东广州510640

车辆路径规划是物流配送导航系统中的关键环节,是实现物流配送路径引导的前提条件和车辆导航的技术保障.为解决物流配送车辆导航中的路径规划问题,文中建立了物流配送车辆导航路径规划(VND)遍历模型,设计了求解该模型的改进型粒子群算法... 详细信息

车辆路径规划是物流配送导航系统中的关键环节,是实现物流配送路径引导的前提条件和车辆导航的技术保障.为解决物流配送车辆导航中的路径规划问题,文中建立了物流配送车辆导航路径规划(VND)遍历模型,设计了求解该模型的改进型粒子群算法,并对初始种群的产生方法及种群的进化策略进行改进,使原本不能直接用于求解VND模型的基本粒子群优化(PSO)算法,在求解VND问题上取得了很好的效果.通过简单算例验证模型和算法的结果表明,该算法具有快速的运算能力和较好的收敛性.

关键词：配送车辆导航路径规划遍历模型粒子群优化算法种群进化

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黄胸鼠的分布与迁移

医学动物防制 2022年第5期38卷 463-466页

作者：严慧刘世友齐顺祥李琦河北省疾病预防控制中心病毒病防治所河北省传染病病原鉴定分析与流行病学重点实验室石家庄050021 河北医科大学公共卫生学院

黄胸鼠是我国三大家栖鼠之一,其不仅是农田的主要害鼠之一,还是鼠疫、恙虫病等众多传统虫媒病和新发传染病的传播媒介。在我国,黄胸鼠曾经主要分布在长江以南地区,然而近些年借助气候变暖、交通运输业飞速发展等有利扩散条件,它们正在... 详细信息

黄胸鼠是我国三大家栖鼠之一,其不仅是农田的主要害鼠之一,还是鼠疫、恙虫病等众多传统虫媒病和新发传染病的传播媒介。在我国,黄胸鼠曾经主要分布在长江以南地区,然而近些年借助气候变暖、交通运输业飞速发展等有利扩散条件,它们正在不断拓展新的栖息环境,其分布区系表现出了明显的北扩趋势,在北方家栖鼠群落中的地位不断上升。本文对黄胸鼠的分布、种群进化、迁移及其主要影响因素做了系统综述,以期为黄胸鼠的防控及鼠传疾病研究提供依据。

关键词：鼠类家栖鼠黄胸鼠分布种群进化迁移鼠传疾病鼠疫