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基于bloch球面的量子遗传算法的混合储能系统容量配置

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中国电机工程学报 2015年第3期35卷 592-599页

作者：马速良马会萌蒋小平段国栋李娜中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京市海淀区100083 中国电力科学研究院北京市海淀区100192

风电功率波动对电网造成不容忽视的影响。风电并网处加入混合储能系统可有效降低风电对电网的影响。首先,有效地分解风电有功功率,得到混合储能系统需平抑的波动功率;然后,在电池及超级电容器荷电状态、额定功率及充放电时间的允许范围... 详细信息

风电功率波动对电网造成不容忽视的影响。风电并网处加入混合储能系统可有效降低风电对电网的影响。首先,有效地分解风电有功功率,得到混合储能系统需平抑的波动功率;然后,在电池及超级电容器荷电状态、额定功率及充放电时间的允许范围内实现超级电容器优先充放电的协调控制方式;最后,应用映射于bloch球面的量子遗传算法,确定满足混合储能系统技术要求及工程指标的混合储能系统配置方案,使混合储能系统成本最低。算例分析证明了在监测荷电状态等约束条件下,优先超级电容器充放电控制方式的有效性及bloch球面量子遗传算法配置混合储能系统方法的合理性。

关键词：风电有功功率波动混合储能容量配置协调控制策略 bloch球面量子遗传算法

bloch球面改进量子蜂群算法及在图像阈值分割中的应用

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Bloch球面改进量子蜂群算法及在图像阈值分割中的应用

作者：孙宝翔东北石油大学

学位级别：硕士

图像分割是图像处理的一个关键步骤,阈值法是常用的图像分割方法,阈值分割的核心问题是如何快速获取合理的分割阈值。由于现有的人工蜂群算法及其改进算法在图像阈值分割中的应用效果仍有提高的空间,本文运用量子位bloch球面坐标对人工... 详细信息

图像分割是图像处理的一个关键步骤,阈值法是常用的图像分割方法,阈值分割的核心问题是如何快速获取合理的分割阈值。由于现有的人工蜂群算法及其改进算法在图像阈值分割中的应用效果仍有提高的空间,本文运用量子位bloch球面坐标对人工蜂群算法进行了改进,提出一种bloch球面改进量子蜂群(bloch Quantum Artificial Bee Colony,BQABC)算法,并以图像的二维直线交叉熵作为适应度函数,对图像阈值分割问题进行研究,本文做出的工作如下:首先,分析了基本人工蜂群算法的缺陷和不足,运用bloch球面坐标对初始蜜源进行编码,扩展了全局最优解的数量,基于蜂群算法中采蜜蜂的蜜源更新机理,将量子纠缠思想和全局最优引导思想引入到采蜜蜂蜜源更新公式的改进之中,运用余弦函数的形式将全局最优项的信息融入到每一次迭代中的更新公式,提出了BQABC算法;其次,利用随机过程和马尔科夫链的相关理论证明改进算法是依概率1收敛的,从理论上说明改进算法能够找到图像分割的最佳阈值,为实例验证奠定了理论基础;再次,分析了算法参数对函数优化结果的影响,将BQABC算法和人工蜂群(Artificial Bee Colony,ABC)算法对函数库中具有典型特征的测试函数进行函数优化,通过不同类型函数仿真验证BQABC算法具有良好的获取最优值的能力;最后,对BQABC算法的时间复杂度进行分析,以二维直线交叉熵作为适应度函数,将OTSU法、ABC算法和BQABC算法应用到标准图像、网络图像和含噪非标准图像的阈值分割中,对比分析响应曲线和性能指标,从实际数据验证BQABC算法能够准确快速获得分割阈值,具有良好的图像分割效果;同时为了检验去噪效果,求出去噪过程的峰值信噪比,也间接反映出BQABC算法对上述图像的阈值分割效果。

关键词： bloch球面蜂群算法量子思想二维直线交叉熵阈值分割

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基于bloch球面坐标的量子粒子群算法

计算机应用 2013年第2期33卷 316-318,322页

作者：陈义雄梁昔明黄亚飞中南大学信息科学与工程学院长沙410083 湘潭钢铁集团有限公司培训中心湖南湘潭411104 北京建筑工程学院理学院北京100044

为了提高粒子群优化(PSO)算法的优化效率,结合量子理论提出一种基于bloch球面坐标的量子粒子群优化算法。在bloch球面坐标下,粒子自动更新旋转角大小和粒子位置,不需将旋转角以查询表的形式设定(或设定为区间上的固定值),弥补了bloch球... 详细信息

为了提高粒子群优化(PSO)算法的优化效率,结合量子理论提出一种基于bloch球面坐标的量子粒子群优化算法。在bloch球面坐标下,粒子自动更新旋转角大小和粒子位置,不需将旋转角以查询表的形式设定(或设定为区间上的固定值),弥补了bloch球面坐标下量子进化算法和量子遗传算法的不足,算法更具有普遍性;用量子Hadamard门实现粒子的变异,增强了种群的多样性,促使粒子跳出局部极值点。对典型函数优化问题的仿真结果表明,提出的算法稳定性强,精度高,收敛速度快,具有一定的实用价值。

关键词：粒子群优化 bloch球面量子进化算法量子遗传算法量子Hadamard门

以磁场为控制场的量子比特系统量子态的最优制备

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吉林大学学报（工学版） 2007年第3期37卷 660-666页

作者：陈宗海朱明清张陈斌李明中国科学技术大学自动化系合肥230027

针对以磁场为控制场的电子自旋量子比特系统,结合量子门实现量子态幺正演化的量子态调控机制,提出了一种量子比特系统任意量子态的最优制备策略。建立了该量子比特系统及其控制场的模型,借助李群李代数,由经典最优控制的思想来获得最优... 详细信息

针对以磁场为控制场的电子自旋量子比特系统,结合量子门实现量子态幺正演化的量子态调控机制,提出了一种量子比特系统任意量子态的最优制备策略。建立了该量子比特系统及其控制场的模型,借助李群李代数,由经典最优控制的思想来获得最优控制,从而实现了电子自旋量子系统任意量子态的最优制备。理论分析与仿真实验显示了该策略的优越性。

关键词：自动控制技术量子比特系统量子调控最优制备电子自旋 bloch球面

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基于改进鲸鱼优化算法的WSN覆盖优化

传感技术学报 2020年第3期33卷 415-422页

作者：宋婷婷张达敏王依柔徐航樊英王栎桥贵州大学大数据与信息工程学院贵阳550025

针对无线传感器网络在随机部署移动节点时,存在分布不均匀导致的覆盖率较低的问题,以网络覆盖率最大化为目标建立网络覆盖优化模型,提出一种基于改进鲸鱼优化算法(IWOA)的网络覆盖优化策略;首先,采用量子位bloch球面坐标编码初始化种群... 详细信息

针对无线传感器网络在随机部署移动节点时,存在分布不均匀导致的覆盖率较低的问题,以网络覆盖率最大化为目标建立网络覆盖优化模型,提出一种基于改进鲸鱼优化算法(IWOA)的网络覆盖优化策略;首先,采用量子位bloch球面坐标编码初始化种群,提升种群多样性,扩展搜索空间的遍历能力;其次,提出一种基于步长改进的位置更新方式,平衡算法的全局探索和局部搜索能力;最后采用莱维飞行,对个体进行扰动更新,提高跳出局部最优的能力。仿真结果表明,将改进后的鲸鱼优化算法应用在WSN覆盖优化中,与标准鲸鱼优化算法和其他文献中的算法相比,有效减少了传感器节点冗余,表现出更快的收敛速度和更高的覆盖率,进而改善网络监测质量,延长网络生存时间。

关键词：无线传感器网络鲸鱼优化算法 bloch球面覆盖优化莱维飞行

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基于量子蚁群算法的机械手臂避障路径规划

组合机床与自动化加工技术 2023年第1期 50-55,60页

作者：李大伟赵明辽宁科技大学电子与信息工程学院鞍山114051

提出在障碍空间下利用量子蚁群算法求取6R机械手臂逆解的一种通用解法。首先根据机械手臂各关节变量的DH参数建立以关节变量为自变量的目标优化函数F,并且引入层次包围盒OBB的碰撞因子以及可操作空间的约束,再建立基于bloch球面的三维... 详细信息

提出在障碍空间下利用量子蚁群算法求取6R机械手臂逆解的一种通用解法。首先根据机械手臂各关节变量的DH参数建立以关节变量为自变量的目标优化函数F,并且引入层次包围盒OBB的碰撞因子以及可操作空间的约束,再建立基于bloch球面的三维量子旋转搜索空间,利用量子蚁群算法搜索出F函数取到最大值时所对应的关节变量,即机械手臂的逆解,因此将机械手臂的逆解问题转化为基于关节变量的多元函数求极值问题。鉴于基本蚁群算法在优化之初可能存在搜索缓慢、蚂蚁数量限制优化解的范围、以及算法可能陷入局部极值等问题,采用量子蚁群算法利用量子计算的并行性、三链编码机制以及量子旋转门、非门对蚁群算法进行改进。改进后的量子蚁群算法与基本蚁群算法,通过MATLAB Robotic Toolbox工具箱对6R机械手臂进行运动学仿真与CCS DSP联合开发实验,结果表明量子蚁群算法在优化F函数中能够快速收敛,降低了对蚂蚁种群数量的依赖,并且扩大了空间解的范围,从而证明方法可行。

关键词：机械手臂避障路径规划量子蚁群 bloch球面

蜂群算法与低秩稀疏分解融合的图像去噪方法研究

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蜂群算法与低秩稀疏分解融合的图像去噪方法研究

作者：刘洋东北石油大学

学位级别：硕士

图像去噪是图像预处理中一个至关重要的步骤并且也是图像处理的基础问题,低秩稀疏分解是现阶段应用比较广泛的图像去噪法,但是低秩稀疏分解的缺陷是如何自适应获取奇异值阈值。由于传统的人工蜂群算法及其改进算法应用到图像去噪中时主... 详细信息

图像去噪是图像预处理中一个至关重要的步骤并且也是图像处理的基础问题,低秩稀疏分解是现阶段应用比较广泛的图像去噪法,但是低秩稀疏分解的缺陷是如何自适应获取奇异值阈值。由于传统的人工蜂群算法及其改进算法应用到图像去噪中时主要与小波算法融合,并且改进后的融合算法在去噪效果方面仍有待提高。本文中采用bloch球面编码的方式改进基于量子编码方式的人工蜂群算法,提出一种改进的基于bloch球面量子蜂群(Improved bloch Quantum Artificial Bee Colony,IBQABC)算法,同时选取适应度函数—低秩稀疏分解的数学模型对图像去噪的问题进行深入研究,本文具体的工作内容如下:首先,阐述低秩矩阵稀疏分解的基础理论知识和常用的低秩稀疏分解算法,其中低秩稀疏分解算法包括迭代阈值法、加速近端梯度法以及拉格朗日乘子法。最后分析低秩稀疏分解的数学模型对图像去噪的影响;其次,分析基本人工蜂群算法的缺点以及不足之处。将初始蜜源分散到bloch球面上在三维空间中编码,使目标函数全局最好解的个数得到扩充。基于bloch球面劣弧寻优路径的原理,将bloch球看作一个透明的球体,改变原来的寻优路径,将三角函数的关系式融合到最初的蜜源更新公式之中,从而改进蜜源的更新策略,提出IBQABC算法。最后分析人工蜂群算法每个参数对函数优化结果的影响,把传统蜂群算法以及改进后蜂群算法的参数设置采用同一标准,并且通过选取具有代表性的函数进行仿真实验。比较ABC算法、BQABC算法以及IBQABC算法在寻优、收敛速度等方面的能力,检验IBQABC算法良好的优化性能,即良好的获取最优值的能力;再次,分析低秩稀疏分解现阶段的优化算法。阐述低秩稀疏分解的优化算法不精确的增广拉格朗日乘子法存在的两个缺陷,其一根据经验人为事先设定奇异值阈值,其二针对大数据量的矩阵处理时处理速度急速下降的问题。为此引入图像的聚类分解,并且基于IBQABC算法的自适应寻优的特点,把低秩稀疏分解与IBQABC算法融合,为解决低秩稀疏分解存在的缺陷提供改进方向;最后,对融合算法的去噪性能进行实验分析,利用中值滤波法、IALM算法、BM3D算法以及本文蜂群与低秩稀疏分解的融合算法对标准图像库中的图像和扫描工程图纸的图像进行图像去噪,通过比较这四种算法对图像进行去噪后得到视觉效果图及实验数据,验证IBQABC算法在图像去噪中的有效性和实用性;ABC算法、BQABC算法分别与低秩稀疏分解融合对标准图像进行去噪处理,对去噪后的峰值信噪比、去噪运行时间、收敛速度等与IBQABC算法与低秩稀疏分解融合的去噪数据做对比,反映出IBQABC算法于低秩稀疏分解融合在去噪效果、收敛性能等都占有一定的优势。

关键词： bloch球面蜂群算法量子计算低秩稀疏分解图像去噪

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一种新的量子行为衍生布谷鸟搜索算法

黑龙江八一农垦大学学报 2021年第4期33卷 86-92页

作者：曲宝李荟东北石油大学大庆163318

为提高布谷鸟搜索算法的优化能力,从研究布谷鸟算法的实现机制入手,提出一种量子行为衍生布谷鸟算法。算法中的鸟窝位置采用bloch球面描述的量子比特编码,个体更新采用bloch球面上的绕轴旋转方式,引入莱维飞行随机走动控制绕轴旋转角度... 详细信息

为提高布谷鸟搜索算法的优化能力,从研究布谷鸟算法的实现机制入手,提出一种量子行为衍生布谷鸟算法。算法中的鸟窝位置采用bloch球面描述的量子比特编码,个体更新采用bloch球面上的绕轴旋转方式,引入莱维飞行随机走动控制绕轴旋转角度大小,搜索范围限定到bloch上半球,最后根据种群退化程度建立自适应发现概率。函数极值优化的仿真结果表明,该算法的单步迭代时间为普通布谷鸟算法的9倍左右,但寻优能力有明显提高,相对于其他量子进化算法也有一定程度的提升。

关键词：布谷鸟搜索莱维飞行量子计算量子比特 bloch球面

量子自组织网络模型及在油田水淹层识别中的应用

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微型电脑应用 2020年第12期36卷 9-11,15页

作者：李建平杨夺范友贵东北石油大学计算机与信息技术学院黑龙江大庆163318 中国石油吉林油田公司吉林松原138000

为解决油田测井解释中的水淹层识别问题,研究了一种量子自组织网络模型以及应用在油田水淹层的识别效果。首先样本数据由量子比特进行描述,将描述后的量子比特映射到bloch球面上,竞争层权值则表示为bloch球面上的任意分布的量子比特,然... 详细信息

为解决油田测井解释中的水淹层识别问题,研究了一种量子自组织网络模型以及应用在油田水淹层的识别效果。首先样本数据由量子比特进行描述,将描述后的量子比特映射到bloch球面上,竞争层权值则表示为bloch球面上的任意分布的量子比特,然后根据球面坐标求得样本与权值之间的最短距离,距离最短的节点为获胜节点。针对油田水淹层水淹程度的识别问题,研究了一种量子自组织网络算法。最后以实际数据为例,进行了水淹层识别处理并与普通过程神经网络对比。结果表明,本文提出的量子自组织网络算法在水淹层识别的问题上具有较高精度。

关键词： bloch球面自组织网络水淹层识别