基于蟻群算法的優(yōu)化問題研究

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1、摘要蟻群算法是一種求解復(fù)雜組合優(yōu)化問題的啟發(fā)式算法，其自提出以來，便在求解組合優(yōu)化問題上顯示出了強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。作為一種全局搜索的方法，蟻群算法具有分布性、正反饋性、魯棒性、以及善于與多種啟發(fā)式算法結(jié)合以改善算法性能等優(yōu)點(diǎn)。雖然傳統(tǒng)的蟻群算法具有很強(qiáng)的全局尋優(yōu)解的能力，但也存在搜索時(shí)間過長(zhǎng)，在執(zhí)行過程中容易出現(xiàn)停滯現(xiàn)象、當(dāng)問題規(guī)模較大時(shí)存在陷入局部最優(yōu)的可能性等缺陷。針對(duì)以上缺陷，本文引入了免疫算法，因?yàn)槊庖咚惴ň哂锌焖傩?，隨機(jī)性，全局收斂性等優(yōu)點(diǎn)，因此，利用免疫算法的優(yōu)點(diǎn)來彌補(bǔ)蟻群算法存在的缺陷。從而對(duì)傳統(tǒng)的蟻群算法進(jìn)行了改進(jìn)。本文首先給出了三種基于免疫機(jī)制的蟻群算法。

2、基于邊濃度抑制的免疫蟻群算法，算法前期采用免疫算法來產(chǎn)生蟻群算法的初始信息分布。算法后期根據(jù)邊濃度抑制機(jī)制調(diào)整路徑上的信息鼉，從而保持了蟻群多樣性；基于接種疫苗的免疫蟻群算法，算法通過提取疫苗，接種疫苗提高了解的質(zhì)量，同時(shí)結(jié)合最大最小蟻群算法進(jìn)行信息素更新。防止算法出現(xiàn)早熟、停滯的現(xiàn)象；引入知識(shí)的免疫蟻群算法，算法前期采用免疫算法生成初始信息分布，算法后期引入知識(shí)為：判斷路徑上是否存在交義，如果存在交叉則消除交叉路線，并將結(jié)果保留。隨后自適應(yīng)地調(diào)整路徑上信息素值。從而提高了解的質(zhì)量。同時(shí)提高了算法的全局搜索能力，以及搜索速度。隨后本文將以上三種改進(jìn)算法應(yīng)用于TSP問題

3、中，通過仿真實(shí)驗(yàn)證明了本文采用的改進(jìn)算法較基本蟻群算法和其它蟻群優(yōu)化算法的收斂速度快，尋優(yōu)效率高。最后，我們將基于邊濃度抑制的免疫蟻群算法應(yīng)用于典型的給水管網(wǎng)的組合優(yōu)化問題，通過該實(shí)例進(jìn)一步證明?；诿庖邫C(jī)制的蟻群算法比其它傳統(tǒng)算法具有更好的解決給水管網(wǎng)優(yōu)化問題的能力。從而驗(yàn)證了本文改進(jìn)算法的有效性。關(guān)鍵詞：蟻群算法；信息素；優(yōu)化；免疫算法；旅行商問題；給水管網(wǎng)系統(tǒng)¨AbstractAntColony0ptimization(ACO)isarecta-heuristicappmachforsolvinghardcombinatorialoptimizationprob

4、lems．a(chǎn)ndsinceitwasintroduced．itissuperiortootherapproachesatsolvingcombinatorialoptimizationproblems．Asaglobalsearchingapproach，antcolonyalgorithmhasmanyadvantages,suchasdistributing,positivefeedback。robustnessandeasilybeingconnectedwithothermeta-heuristicapproachestosolveproblems．Altho

5、ughtraditionalantcolonyalgorithmhasgoodcapabilityofsearchingglobalsolutions,ithasSOmeshortcomings，suchaslongtimesearching,beingstagnantduringsearching,andbeingprematurewhenthereisabigscaleofproblem．Asforthedrawbacksabove．thepaperintroducesimmunealgorithmtoimprovebasicantcolonyalgorithm，

6、becauseimmunealgorithmhasadvantagesofspeediness,randomicity,andglobalastringency,Asaresult,itisgoodtomakeupdrawbacksofbasicantcolonyalgorithmbyusingadvantagesofimmunealgorithm，St)thatthetraditionalantcolonyalgorithmcanbeimpmved．Firstly,thepapergivesthreeimprovedantcolonyalgorithmsbasedo

7、nimmunemechanism．Thefirstoneisantco)onyalgorithmwithimmuneabilityofsideconsistencyrestraining．Atthebeginningofthealgorithm。generateoriginalpheromonedistributionbyimmunealgorithm．Thenattheendofthealgorithm，adjustthepheromoneconsistencyontheroutebyusingsideconsistencyrestrainingm