基于人工智能的典型热工过程动态特性建模与辨识方法研究文献综述

 2022-10-23 10:07:51

文献综述(或调研报告):

1、人工蜂群算法的发展与原理

近年来,进化算法持续发展,出现了诸如遗传算法、粒子群算法、微分进化算法、布谷鸟搜索算法、人工蜂群算法等。

人工蜂群算法(Artificial Bee Colony Algorithm)最早由Karaboge在2005年提出,是一种受自然界中蜂群采蜜所启发而被提出的算法。它的主要特点是不需要了解问题的特殊信息,只需要对问题进行优劣的比较,通过各人工蜂个体的局部寻优行为,最终在群体中使全局最优凸现出来,有着较快的收敛速度。

ABC算法中,有三组蜜蜂群体:引领蜂、跟随蜂和侦察蜂。蜂群的前半部分由引领蜂组成,另一半则代表跟随蜂。也就是说,引领蜜蜂的数量等于跟随蜜蜂的数量。其中,引领蜂负责寻找附近可用的食物来源,并通过跳舞将所需信息传递给跟随蜜蜂。此后,跟随蜜蜂通过其适应性选择更好的食物来源,进一步寻找新的食物位置。同时,当食物来源的位置未通过预定的周期(最大限制)更新时,引领的蜜蜂成为侦察蜂,以前的食物位置被新的食物位置替换。

总的来说,算法分为四个阶段:初始化阶段、引领蜂阶段、跟随蜂阶段和侦查蜂阶段。初始化阶段随机生成的D维实值向量填充,初始总体集合包括SN个解。引领蜂阶段,引领蜂对其对应的蜜源生成一个新的随机的蜜源,然后通过贪婪算法在两个蜜源中进行选择。跟随蜂阶段,跟随蜂通过轮盘赌的方法根据概率选择蜜源,然后对蜜源进行修正,然后再根据贪婪算法进行选择。侦查蜂阶段,如果在某个周期(最大限制)内,蜜蜂的记忆中没有持续更新蜜源位置,则相应的引领蜜蜂将放弃先前的食物源,成为侦查蜂。侦察蜂随机产生一种新的食物来源。

2、国内外蜂群算法的研究进展及改进

随着人工蜂群算法的进一步研究,出现了诸多基于人工蜂群算法的改进算法,如全局最佳人工蜂群算法(GABC),增强人工蜂群算法(EABC),混合人工蜂群算法(HABC),增强人工蜂群算法(ENABC),基于交叉的全局人工蜂群算法(CGABC)等。

在ABC算法中,算法的效率及收敛的关键是如何设计好适应度函数、种群的更新过程和如何避免陷入局部最优,在原始人工蜂群算法中,引领蜂从其邻域中随机选取一个食物源进行迭代更新,这种更新方式得到的新食物源,在算法中不能保证它是一个质量较好的解,可能导致算法局部搜索的能力下降。于是在交叉全局人工蜂群算法中,引入了遗传算法的交叉算子。交叉操作将种群的父代个体基因中优秀的基因遗传给子代,通过配对方式进行基因交换重组,重组结合形成新的个体,在一定程度上充分提高了种群的多样性,提高了算法整体的优化能力。

在传统ABC算法寻优过程中,可能出现算法陷入局部最优的情况。混合人工蜂群算法在人工蜂群算法的循环过程中,构造出一个新的搜索策略。该策略扩大了个体的搜索范围,提高了局部搜索的能力,从而加快了算法的收敛速度。为了进一步提高算法的收敛能力,引入了淘汰规则。当满足淘汰规则时,随机选择一个与最优不同的个体,通过与最优个体进行算数交杂或最优个体的变异来更新自己,以加快适应值向最优值更新。最后,对种群的个体进行差分操作,来维护种群的多样性。

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