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细菌觅食算法优化卷积神经网络的滚动轴承故障诊断

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自动化与仪器仪表 2023年第7期 235-239页

作者：崔坤刘美高翔宇孟亚男张斐吉林化工学院吉林132022 广东石油化工学院广东茂名525000 东莞理工学院广东东莞523419

针对传统深度学习故障诊断方法在滚动轴承中诊断效果不理想的问题,提出一种细菌觅食优化算法(BFO)优化卷积神经网络(CNN)学习率使诊断效果提升的模型。在模型逐次迭代过程中,将CNN中的学习率参数带入BFO中,生成一个自适应的学习率,用于... 详细信息

针对传统深度学习故障诊断方法在滚动轴承中诊断效果不理想的问题,提出一种细菌觅食优化算法(BFO)优化卷积神经网络(CNN)学习率使诊断效果提升的模型。在模型逐次迭代过程中,将CNN中的学习率参数带入BFO中,生成一个自适应的学习率,用于更新CNN的权重和偏置,使模型故障诊断效果达到最佳。通过实验证明基于细菌觅食算法优化的卷积神经网络训练的模型在分类精度上优于CNN训练的模型,并与CNN多种学习率对比,可将故障诊断准确率提升至97.25%,并提高了全局的收敛能力。

关键词：细菌觅食算法卷积神经网络自适应学习率故障诊断

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基于细菌觅食算法的多异构无人机任务规划

系统工程与电子技术 2021年第11期43卷 3312-3320页

作者：谷旭平唐大全海军航空大学航空作战勤务学院山东烟台264001

针对多无人机任务规划问题,以细菌觅食算法为基础,融合遗传算法的交叉变异操作,进行任务分配。为了提高算法的收敛能力,动态自适应调节算法的游动步长、繁殖次数和迁徙概率。基于Lyapunov导航向量场和避障向量场构建融合向量场,模拟真... 详细信息

针对多无人机任务规划问题,以细菌觅食算法为基础,融合遗传算法的交叉变异操作,进行任务分配。为了提高算法的收敛能力,动态自适应调节算法的游动步长、繁殖次数和迁徙概率。基于Lyapunov导航向量场和避障向量场构建融合向量场,模拟真实静态和动态障碍物环境,在任务分配阶段完成航迹规划;基于合同网拍卖算法,进行无人机坠毁后的任务重分配。仿真结果显示,改进算法满足任务规划需求,在考虑静态和动态障碍物的环境下,能够高效的完成多异构无人机的任务分配以及重分配且总代价最小。

关键词：无人机任务规划细菌觅食算法合同网拍卖算法

细菌觅食算法改进及其在化工园区事故应急调度中的应用

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细菌觅食算法改进及其在化工园区事故应急调度中的应用

作者：温翠莹广东工业大学

学位级别：硕士

随着化工行业集聚发展的步伐持续加快,化工园区的数目不断增加,规模化、园区化已成为我国工业化进程的必经阶段。化工产业规模化、园区化在提升行业生产效率的同时,也给其发生事故时的应急调度带来了不少挑战。应急资源调度作为应急救... 详细信息

随着化工行业集聚发展的步伐持续加快,化工园区的数目不断增加,规模化、园区化已成为我国工业化进程的必经阶段。化工产业规模化、园区化在提升行业生产效率的同时,也给其发生事故时的应急调度带来了不少挑战。应急资源调度作为应急救援过程中最重要的环节,一旦处理不好将付出惨痛的代价。因此,为了降低事故带来的损失,对化工园区事故应急资源调度展开深入研究具有重大意义。由于应急调度问题具有复杂性和动态性,采用传统运筹学方法或启发式算法对其进行求解存在一定的难度。近年来,越来越多的学者选择采用群体智能优化算法对该类问题进行求解。虽然群体智能优化算法未必能在规定时间内求得问题的最优解,但它能得到较好的满意解,且不依赖于初始解。细菌觅食算法作为一种模拟细菌行为而提出的群体智能算法,其代码简单易懂,具有良好的优化潜力。同时细菌群体的智能行为具有较强的复杂性、动态性和混沌性,这与应急调度问题的特征相似。因此,本文采用细菌觅食算法对化工园区事故应急调度问题进行求解。本论文先对细菌觅食算法进行了改进,再以化工园区事故为背景,构建应急资源调度模型,最后利用改进的细菌觅食算法对该模型进行求解。主要内容如下:首先,通过深入剖析细菌觅食算法,针对其收敛速度偏慢、个体缺乏交互等不足,本论文将细菌觅食算法的三层嵌套循环结构替换成趋化-迁徙单层循环结构;在趋化操作中,引入基于相对位置更新的个体交互策略;在迁徙操作中,引入基于相对位置更新的迁徙策略,从而提出基于相对位置的细菌觅食算法。采用11个基准函数对基于相对位置的细菌觅食算法进行性能测试,并将其结果与粒子群算法、细菌觅食算法、遗传算法进行比较。结果表明,改进的细菌觅食算法比其他三种对比算法具有更快的收敛速度和更好的求解精度,从而验证了该算法的有效性。其次,将资源分为需要用运输车运输和不需要用运输车运输两种,针对需要用到运输车进行运输的资源,除了考虑行程时间外,还考虑各出救点装载资源所用到的准备时间,并在此基础上,本文以化工园区火灾事故为背景,以应急救援时间和运输费用为优化目标,考虑出救点储存量约束、应急点需求量约束、失效时间约束及变量的非负整数约束,建立多应急点、多出救点、多资源的应急调度模型。最后,通过设计解的编码方式、约束处理规则、边界控制策略等,使改进的细菌觅食算法能够适用于所建立的离散、多约束应急调度模型。然后用该设计好的算法在多个算例上进行测试,将其结果与粒子群算法、细菌觅食算法、遗传算法进行比较。在所有算例中,基于相对位置的细菌觅食算法均具有更好的收敛精度和更快的收敛速度。证明了所构建模型及改进算法的有效性及实用性。

关键词：细菌觅食算法化工园区事故应急资源调度群体智能算法

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细菌觅食算法在变风量空调系统中应用

细菌觅食算法在变风量空调系统中应用

作者：孟显娇沈阳建筑大学

学位级别：硕士

随着生活质量的不断改善,人们在不断提高生活环境舒适度的要求,如今,空调已经是人们生活中的一个重要组成部分。随着空调系统的大范围应用,空调系统的能源消耗问题变得更加突出,在这种形势下,对空调系统进行节能控制十分关键。在空调系... 详细信息

随着生活质量的不断改善,人们在不断提高生活环境舒适度的要求,如今,空调已经是人们生活中的一个重要组成部分。随着空调系统的大范围应用,空调系统的能源消耗问题变得更加突出,在这种形势下,对空调系统进行节能控制十分关键。在空调系统中,变风量空调系统凭借优越的性能在近年来得到了广泛的关注。空气处理机组是变风量空调系统的关键设备,它的运行控制直接影响变风量空调系统的品质和节能效果。本文研究的主要对象是变风量空调机组,针对空调机组中的控制回路进行优化控制。PID控制器是应用十分广泛的一种控制器,在过程控制以及运动控制中经常见到,该控制器的优点是实现过程简单,鲁棒性好,可靠性比较高。尽管PID控制器的优点很多,但是在控制复杂对象或者是非线性对象的过程中会出现参数整定不良,达不到理想控制效果的现象。合理的选择PID参数可以有效的避免以上情形,为此,对PID控制器的参数进行优化已成为PID控制中十分关键的一个部分。细菌觅食算法是近年来出现的一种新型智能算法,该算法的优点是搜索速度快,能进行并行搜索,容易跳出局部极小值,已经得到学者们认可。但是,基本的细菌觅食算法也存在很多不足,该算法存在全局搜索能力较差,收敛速度较慢等问题,因此在应用过程中需要对算法进一步改进和完善。本文将粒子群算法中的群体感应机制引入到细菌觅食算法中,使细菌个体间能够进行信息共享,提升菌群个体间的合作能力,进而提高菌群的全局寻优速度。本文将细菌觅食PID控制器应用在空调机组送风温度控制回路进行仿真,并与常规PID控制器进行对比,细菌觅食PID在控制过程表现出了良好的性能,并且该控制器能有效的抑制外界对系统本身干扰。本文将粒子群PID、细菌觅食PID、粒子群优化的细菌觅PID控制器分别应用到空调机组送风管道静压控制回路,并进行仿真对比。细菌觅食PID与粒子群PID控制器对比结果表明：细菌觅食PID控制过程超调相对小,性能相对优越。细菌觅食PID与粒子群优化的细菌觅食PID控制器对比结果表明：粒子群优化的细菌觅食PID调节时间短,控制效果良好,说明优化后的算法更加合理。同时,本文将细菌觅食算法以及粒子群优化的细菌觅食算法的适度值收敛曲线进行对比,进一步表明了经过粒子群优化的细菌觅食算法在收敛速度上明显加快。

关键词：变风量空调机组送风温度送风管道静压细菌觅食算法粒子群算法 PID

基于改进细菌觅食算法的自动化立体仓库集成优化

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电子学报 2021年第5期49卷 1001-1012页

作者：董海齐新娜沈阳大学应用技术学院辽宁沈阳110000 沈阳大学机械工程学院辽宁沈阳110000

针对自动化立体仓库存在的出入库任务多、堆垛机利用率失衡、产品质量差别大及任务执行过程对质量产生影响的问题,提出一种基于权重策略及非均匀消除-扩散概率分布的情绪化细菌觅食算法.构建以运行时间最小化、堆垛机利用率均衡化、货... 详细信息

针对自动化立体仓库存在的出入库任务多、堆垛机利用率失衡、产品质量差别大及任务执行过程对质量产生影响的问题,提出一种基于权重策略及非均匀消除-扩散概率分布的情绪化细菌觅食算法.构建以运行时间最小化、堆垛机利用率均衡化、货架稳定性、对产品质量影响程度为目标的集成优化模型;针对细菌觅食算法存在的趋化步长不确定及消除-扩散概率恒定等不足,在趋化过程中引入高斯分布搜索机制更新个体位置,避免算法陷入局部最优;引入情绪化突变,并在突变过程引入权重策略更新个体速度,并赋予细菌个体情绪感知因子实现个体速度自适应更新;针对原始算法消除-扩散概率的恒定性,提出非均匀概率分布代替传统的常数分布,以确保种群多样性.仿真及算法对比结果表明,本文提出的算法具有较好的性能.

关键词：自动化立体仓库细菌觅食算法情绪化突变高斯分布搜索机制权重策略非均匀概率分布

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基于改进细菌觅食算法的堆垛机调度

控制工程 2022年第11期29卷 2054-2065页

作者：董海齐新娜吴瑶沈阳大学应用技术学院辽宁沈阳110044 沈阳大学机械工程学院辽宁沈阳110044

针对自动化立体仓库堆垛机作业调度问题,构建以运行时间及碳排放量最小化为优化目标的数学模型,并提出一种具有万有引力效应的情绪化细菌觅食算法。针对细菌觅食算法存在的趋化步长的不确定性,在趋化过程中引入高斯分布搜索机制更新个... 详细信息

针对自动化立体仓库堆垛机作业调度问题,构建以运行时间及碳排放量最小化为优化目标的数学模型,并提出一种具有万有引力效应的情绪化细菌觅食算法。针对细菌觅食算法存在的趋化步长的不确定性,在趋化过程中引入高斯分布搜索机制更新个体位置,避免算法陷入局部最优;在群集步骤中引入万有引力效应,促进个体间信息的交互能力,提升算法的收敛性;引入情绪化突变权重机制,利用权重策略更新个体速度,并赋予细菌个体情绪感知因子以实现速度的自适应调整,避免算法过早收敛。仿真及算法对比结果表明,所提算法在解决堆垛机调度问题上可以提升算法搜索性能及自适应运行速度,同时减少碳排放,提高设备利用率。

关键词：堆垛机细菌觅食算法高斯分布搜索机制万有引力效应情绪化突变

细菌觅食算法的优化及其在车间调度中的应用研究

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细菌觅食算法的优化及其在车间调度中的应用研究

作者：蒋昕兰州理工大学

学位级别：硕士

车间调度问题是一系列比较复杂的NP-hard司题,随着其问题规模的不断扩大,问题的复杂度也不断提高,传统的常规优化方法已经很难甚至无法有效地求解出问题的最优解。本文重点研究BFO算法的优化策略和理论分析,以及改进BFO算法在车间调度... 详细信息

车间调度问题是一系列比较复杂的NP-hard司题,随着其问题规模的不断扩大,问题的复杂度也不断提高,传统的常规优化方法已经很难甚至无法有效地求解出问题的最优解。本文重点研究BFO算法的优化策略和理论分析,以及改进BFO算法在车间调度类问题中的应用。文章详细地阐述了BFO算法的生物学基础和算法的搜索机制,分析了现有的趋向因子的局限性并指出其所存在的缺点,提出了一种改进的BFO算法。基于随机过程理论,从数学角度证明改进的BFO算法种群进化过程具有马尔科夫性且是全局收敛的。使用国际标准的连续问题函数进行对比实验,检验改进算法在连续问题求解时的性能。然后将改进BFO算法用于求解作业车间调度问题,测试改进算法在求解离散问题中的能力。通过引入LOV规则完成连续空间的位置信息和离散加工工件序列之间的映射转化,使用标准的Job.Shop测试问题对改进算法进行测试。最后将混沌搜索因子作为邻域搜索算子引入改进的BFO算法中,提出了一种基于混沌领域搜索的BFO算法,进一步增强了BFO算法的局部搜索能力。再通过引入SPV规则,完成连续解空间到离散解空间的流水车间工件顺序的映射转换。将改进的算法应用到求解置换流水车间调度问题中,并将其与其它一些智能算法进行实验对比,说明了BFO算法在求解车间调度类的问题时是有效的,并且具有进一步开发的潜力。

关键词：细菌觅食算法差分进化算子作业车间调度置换流水车间调度混沌领域因子

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细菌觅食算法在图像压缩中的应用

深圳大学学报（理工版） 2008年第2期25卷 153-157页

作者：储颖邵子博糜华吴青华深圳大学信息工程学院深圳518060 伦敦大学学院电子工程系伦敦WCIE 7JE英国利物浦大学电气电子工程系利物浦L69 3GJ英国

基于传统反向传播(back propagation,BP)网络,提出一种结合细菌觅食算法(bacterial fora-ging algorithm,BFA)的改进型BP网络(BFA-BP),并将其用于图像压缩.为克服传统BP网络容易陷入局部极小值的缺点,算法引入BFA特有的复制和驱散操作,... 详细信息

基于传统反向传播(back propagation,BP)网络,提出一种结合细菌觅食算法(bacterial fora-ging algorithm,BFA)的改进型BP网络(BFA-BP),并将其用于图像压缩.为克服传统BP网络容易陷入局部极小值的缺点,算法引入BFA特有的复制和驱散操作,以提高网络收敛速度,加强全局寻优能力.对标准测试图像进行仿真实验表明,该算法能有效提高重建图像质量.

关键词：人工神经网络反向传播细菌觅食算法生物启发式计算图像压缩

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具有引力机制的细菌觅食算法

系统仿真学报 2020年第9期32卷 1724-1735页

作者：何奕涛李珺郝丽艳兰州交通大学电子与信息工程学院甘肃兰州730070

针对细菌觅食算法中群体感应能力较弱和算法的收敛速度较慢的问题,提出一种具有引力机制的细菌觅食算法。该算法通过引入引力搜索算法中的引力机制来为每个细菌提供寻优的方向;采用细菌觅食算法原有的游动操作来实现局部寻优策略,并在... 详细信息

针对细菌觅食算法中群体感应能力较弱和算法的收敛速度较慢的问题,提出一种具有引力机制的细菌觅食算法。该算法通过引入引力搜索算法中的引力机制来为每个细菌提供寻优的方向;采用细菌觅食算法原有的游动操作来实现局部寻优策略,并在游动之后增加局部维度更新,使得细菌在趋化操作中搜索范围更广;在细菌觅食算法的迁徙操作中引入双高斯函数来重新初始化细菌的位置,从而更好得避免算法陷入局部极值,提高算法的寻优能力。通过实验证明改进后的细菌觅食算法比基本细菌觅食算法拥有更好的寻优能力。

关键词：细菌觅食算法引力搜索算法局部维度更新高斯函数函数优化