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优化技术是一种以数学为基础,用于求解各种工程优化问题的应用技术。它作为一个重要的科学分支,一直受到人们的广泛重视,并在各工程领域得到迅速推广和应用,如系统工程、组合优化、函数优化、生产调度等。鉴于实际工程问题的复杂性、约束性、非线性、多值性、建模困难等特点,寻求一种适合于大规模且具有智能特点的新型优化算法已成为优化技术的一个主要研究目标和引人注目的研究方向。
无免费午餐定理(No Free Lunch Theorems)证明了一个特定的优化问题一定存在最适用的优化算法的必然性。因此,探索新型的优化算法将始终是一项有科学意义和实用价值的工作。改进的竞选算法是一种新型的启发式优化算法,其搜索机制模拟人类社会竞选活动中对更高支持率的追求动机。
本文介绍了改进的竞选算法的原理、计算机软件研究工具和求解各种优化问题的应用形式和方法。其主要的研究内容如下:
(1)阐述了改进的竞选算法的基本思想,实现过程和特点,分析了改进的竞选算法的收敛性、算法复杂度和性能评价指标,从理论上证明改进的竞选算法在全局范围内是收敛的,通过对改进的竞选算法的关键参数和操作的分析,说明了改进的竞选算法的运算特点和全局最优解的搜索能力。
(2)介绍了竞选算法MATLAB工具箱的设计和开发过程,并详细阐述了竞选算法MATLAB工具箱的各主要组成部分及其功能和作用,通过实例说明了其编程规范和使用方法。
(3)利用竞选算法MATLAB工具箱分析工具,测试了改进的竞选算法在求解基准函数、多峰、方程与方程组、有约束、极大极小、多目标优化问题等类型的函数优化问题时的性能。通过在同一计算机软件环境中,运行遗传算法、粒子群算法和改进的竞选算法,利用转换工具执行相同测试函数程序的方法,检验改进的竞选算法的优化性能并与另两种算法进行对比。结果表明,改进的竞选算法不仅可以准确找到全局最优解,而且时间耗费比另两种算法要少。验证了改进的竞选算法高收敛速度、设置灵活的特点。
(4)在竞选算法MATLAB工具箱优化程序的基础上,扩展了竞选算法MATLAB工具箱的应用范围,把其应用于更复杂的工程优化问题,以检验改进的竞选算法的优化能力。本文将改进的竞选算法的优化方法引入空心传动轴和四连杆机构的机械优化设计问题。结果表明,改进的竞选算法可以准确快速地找到机械优化设计问题的优化设计方案。
(5)将改进的竞选算法的优化技术和位置向量编码技术结合,形成了改进的竞选算法求解组合优化问题的方法。利用竞选算法MATLAB工具箱算法核心所生成的DLL动态链接库,把改进的竞选算法的优化程序运用到实验仪器企业的生产管理系统中,在生产管理员下达任务之后,调用改进的竞选算法的优化程序优化任务排程,从而实现生产管理的优化,达到了ERP系统不能实现的效果。
(6)最后,对整个论文的工作进行了总结,并指出可以进一步改进算法性能的方法和扩展改进的竞选算法应用领域的方向。