智能計(jì)算的經(jīng)典算法解析論文
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智能計(jì)算幾種經(jīng)典算法解析 智能計(jì)算幾種經(jīng)典算法解析 智能計(jì)算幾種經(jīng)典算法解析
論文關(guān)鍵詞:智能算法;人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法;遺傳算法;退火算法
論文摘要:隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,智能計(jì)算方法的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛。本文介紹了當(dāng)前存在的一些智能計(jì)算方法,闡述了其工作原理和特點(diǎn),同時(shí)對(duì)智能計(jì)算方法的發(fā)展進(jìn)行了展望。
The Analysis for Several Classic Algorism of Intellegence Computation
YANG Ming-hui
(Wuhan University of Technology, Wuhan 430074, China)
Abstract: As the computer technology develops fast, the field for intelligence algorism become wider and wider.In this paper, I introduce some methods for intelligence, and analyze their Principles and characters, finally make a Forecast of the develop of integellence computation.
Key words:Intelligence Computation; Artificial Neural Network Algorithm;Genetic algorithm;Annealing Algorithm
1 引言
智能算法也稱作為“背影算法”,是人們從現(xiàn)實(shí)的生活中的各種現(xiàn)象總結(jié)出來的算法。它是從自然界得到啟發(fā),模仿它的原理而得到的算法,這樣我們可以利用仿生原理進(jìn)行設(shè)計(jì)我們的解決問題的路徑,這就是智能計(jì)算的思想。這方面的內(nèi)容很多,如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、遺傳算法、模擬退火算法等,下面分別對(duì)其進(jìn)行分析。
2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法
2.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ARTIFICIAL NEURAL NETWORK,簡(jiǎn)稱ANN)
人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是在對(duì)人腦組織結(jié)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)制的認(rèn)識(shí)理解基礎(chǔ)之上模擬其結(jié)構(gòu)和智能行為的一種工程系統(tǒng)。早在本世紀(jì)40年代初期,心理學(xué)家McCulloch、數(shù)學(xué)家Pitts就提出了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的第一個(gè)數(shù)學(xué)模型,從此開創(chuàng)了神經(jīng)科學(xué)理論的'研究時(shí)代。其后,F Rosenblatt、Widrow和J. J .Hopfield等學(xué)者又先后提出了感知模型,使得人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得以蓬勃發(fā)展。
2.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)
人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)存儲(chǔ)容量很大。在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中,知識(shí)與信息的存儲(chǔ)表現(xiàn)為神經(jīng)元之間分布式的物理聯(lián)系。它分散地表示和存儲(chǔ)于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的各神經(jīng)元及其連線上。每個(gè)神經(jīng)元及其連線只表示一部分信息,而不是一個(gè)完整具體概念。只有通過各神經(jīng)元的分布式綜合效果才能表達(dá)出特定的概念和知識(shí)。
由于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中神經(jīng)元個(gè)數(shù)眾多以及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)信息容量的巨大,使得它具有很強(qiáng)的不確定性信息處理能力。即使輸入信息不完全、不準(zhǔn)確或模糊不清,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)仍然能夠聯(lián)想思維存在于記憶中的事物的完整圖像。只要輸入的模式接近于訓(xùn)練樣本,系統(tǒng)就能給出正確的推理結(jié)論。
正是因?yàn)槿斯ど窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和其信息存儲(chǔ)的分布式特點(diǎn),使得它相對(duì)于其它的判斷識(shí)別系統(tǒng),如:專家系統(tǒng)等,具有另一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn):健壯性。生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不會(huì)因?yàn)閭�(gè)別神經(jīng)元的損失而失去對(duì)原有模式的記憶。最有力的證明是,當(dāng)一個(gè)人的大腦因意外事故受輕微損傷之后,并不會(huì)失去原有事物的全部記憶。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也有類似的情況。因某些原因,無論是網(wǎng)絡(luò)的硬件實(shí)現(xiàn)還是軟件實(shí)現(xiàn)中的某個(gè)或某些神經(jīng)元失效,整個(gè)網(wǎng)絡(luò)仍然能繼續(xù)工作。
人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種非線性的處理單元。只有當(dāng)神經(jīng)元對(duì)所有的輸入信號(hào)的綜合處理結(jié)果超過某一門限值后才輸出一個(gè)信號(hào)。因此神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種具有高度非線性的超大規(guī)模連續(xù)時(shí)間動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。它突破了傳統(tǒng)的以線性處理為基礎(chǔ)的數(shù)字電子計(jì)算機(jī)的局限,標(biāo)志著人們智能信息處理能力的一大飛躍。
3 遺傳算法
3.1 特點(diǎn) 遺傳算法還具有以下幾方面的特點(diǎn):
(1)遺傳算法從問題解的串集開始嫂索,而不是從單個(gè)解開始。這是遺傳算法與傳統(tǒng)優(yōu)化算法的極大區(qū)別。傳統(tǒng)優(yōu)化算法是從單個(gè)初始值迭代求最優(yōu)解的;容易誤入局部最優(yōu)解。遺傳算法從串集開始搜索,覆蓋面大,利于全局擇優(yōu)。
(2)許多傳統(tǒng)搜索算法都是單點(diǎn)搜索算法,容易陷入局部的最優(yōu)解。遺傳算法同時(shí)處理群體中的多個(gè)個(gè)體,即對(duì)搜索空間中的多個(gè)進(jìn)行評(píng)估,減少了陷入局部最優(yōu)解的風(fēng)險(xiǎn),同時(shí)算法本身易于實(shí)現(xiàn)并行化。
(3)遺傳算法基本上不用搜索空間的知識(shí)或其它輔助信息,而僅用適應(yīng)度函數(shù)值來評(píng)估個(gè)體,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行遺傳操作。適應(yīng)度函數(shù)不僅不受連續(xù)可微的約束,而且其定義域可以任意設(shè)定。這一特點(diǎn)使得遺傳算法的應(yīng)用范圍大大擴(kuò)展。
3.2 運(yùn)用領(lǐng)域
4 退火算法
模擬退火算法來源于固體退火原理,將固體加溫至充分高,再讓其徐徐冷卻,加溫時(shí),固體內(nèi)部粒子隨溫升變?yōu)闊o序狀,內(nèi)能增大,而徐徐冷卻時(shí)粒子漸趨有序,在每個(gè)溫度都達(dá)到平衡態(tài),最后在常溫時(shí)達(dá)到基態(tài),內(nèi)能減為最小。根據(jù)Metropolis準(zhǔn)則,粒子在溫度T時(shí)趨于平衡的概率為e-ΔE/(kT),其中ΔE為溫度T時(shí)的內(nèi)能,ΔE為其改變量,k為Boltzmann常數(shù)。用固體退火模擬組合優(yōu)化問題,將內(nèi)能E模擬為目標(biāo)函數(shù)值f ,溫度T演化成控制參數(shù)t,即得到解組合優(yōu)化問題的模擬退火算法:由初始解i和控制參數(shù)初值t開始,對(duì)當(dāng)前解重復(fù)“產(chǎn)生新解→計(jì)算目標(biāo)函數(shù)差→接受或舍棄”的迭代,并逐步衰減t值,算法終止時(shí)的當(dāng)前解即為所得近似最優(yōu)解,這是基于蒙特卡羅迭代求解法的一種啟發(fā)式隨機(jī)搜索過程。退火過程由冷卻進(jìn)度表(Cooling Schedule)控制,包括控制參數(shù)的初值t及其衰減因子Δt,每個(gè)t值時(shí)的迭代次數(shù)L和停止條件S。
5 展望
目前的智能計(jì)算研究水平暫時(shí)還很難使“智能機(jī)器”真正具備人類的常識(shí),但智能計(jì)算將在21世紀(jì)蓬勃發(fā)展。不僅僅只是功能模仿要持有信息機(jī)理一致的觀點(diǎn)。即人工腦與生物腦將不只是功能模仿,而是具有相同的特性。這兩者的結(jié)合將開辟一個(gè)全新的領(lǐng)域,開辟很多新的研究方向。智能計(jì)算將探索智能的新概念,新理論,新方法和新技術(shù),而這一切將在以后的發(fā)展中取得重大成就。
參考文獻(xiàn):
[1]Common structural rules for double hull oil tankers, second draft for comment[S]. American Bureau of Shipping,Det Nor
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