论文题目: 人工免疫系统模型、算法及其应用研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 控制理论与控制工程
作者: 孙勇智
导师: 诸静,韦巍
关键词: 人工免疫系统,最优化,最优潮流,马尔可夫链,移动机器人,路径规划
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 人类和其他生物的免疫系统是一个由许多执行免疫功能的器官、组织、细胞和分子等组成的复杂系统,其主要功能是识别并清除抗原,实现免疫防卫功能。免疫系统被称为人体的第二个大脑,具有许多在工程领域有启发意义的特点,如模式识别、学习、记忆、适应性、特异性、多样性等。克隆选择学说是免疫学界公认的对免疫系统现象的合理解释。本文根据免疫系统克隆选择的原理,分析了人工免疫响应的模型,并在此基础上提出了一种新的优化算法--人工免疫算法。论文从理论上探讨了其收敛性问题,并且通过仿真实验和应用实例,研究了与其收敛性相关的因素。本文结构按照如下组织:第一章绪论,首先介绍了免疫系统的基本结构、特点和免疫学的发展过程,重点是克隆选择理论和免疫网络理论,然后综述了人工免疫系统的研究和应用现状,在此基础上提出了我们研究的主要内容。第二章人工免疫响应的建模研究,根据克隆选择的基本原理结合免疫网络的思想建立一个具有学习和记忆能力的免疫响应模型,并且分析了模型的特点。第三章中提出了一种人工免疫优化算法,并且研究了编码机制对算法性能的影响。第四章运用马尔可夫链的基本理论对人工免疫算法的收敛性能进行研究,通过研究证明了人工免疫算法的全局收敛性,并且提出了一种计算收敛速度的方法。第五章运用De Jong的标准测试函数,对算法的收敛性进行测试,测试结果表明,算法在不同类型的函数上具有良好的收敛性。另外,还利用正交实验法研究了各参数对局部收敛和全局收敛的影响。第六章运用人工免疫算法对电力系统潮流计算问题进行了研究,并且与精英选择遗传算法及原对偶内点法计算结果进行了对比。在第七章中,根据免疫系统克隆选择,提出了一种混合式移动机器人控制结构,在规划中使用了免疫优化算法。以上仿真和应用实例表明了算法的实际应用效果是令人满意的。本文的贡献主要有:(1) 根据免疫系统的克隆选择的基本原理建立了免疫响应的模型,并提出一种实用性较强的优化算法,与其它类似的优化算法相比,该算法能够在保持全局
论文目录:
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 免疫学的发展简介
1.2.1 经验免疫学时期(11世纪--19世纪)
1.2.2 经典免疫学时期(19世纪中叶--20世纪中叶)
1.2.3 现代免疫学时期(20世纪中叶至今)
1.3 生物免疫系统的基本原理
1.3.1 免疫系统的功能
1.3.2 固有性免疫响应和适应性免疫响应
1.3.3 免疫系统的结构
1.3.4 免疫系统克隆选择理论
1.3.5 独特型免疫网络理论
1.4 人工免疫系统及其工程应用
1.4.1 人工免疫网络及其应用
1.4.2 阴性选择算法
1.4.3 基于免疫的优化算法
1.4.4 人工免疫反馈控制及其它应用
1.5 本文的主要研究内容
参考文献
第二章 人工免疫响应的模型研究
2.1 引言
2.2 首次响应、二次响应和交叉响应
2.3 对免疫系统和免疫响应的简化
2.4 人工免疫响应的模型
2.4.1 抗原的模型
2.4.2 抗体的模型
2.4.3 免疫细胞池的动态更新(免疫补充机制)
2.4.4 人工免疫响应模型的仿真
2.5 结论
参考文献
第三章 人工免疫优化算法研究
3.1 引言
3.2 最优化问题
3.3 进化计算
3.4 人工免疫优化算法
3.4.1 免疫优化机理与特点
3.4.2 人工免疫优化新算法
3.4.3 算法控制参数分析
3.4.4 编码机制对收敛性能的影响
3.5 直观分析与结论
参考文献
第四章 人工免疫算法收敛性能分析
4.1 引言
4.2 问题描述
4.3 人工免疫算法的全局收敛性分析
4.3.1 预备知识--马尔可夫过程
4.3.2 人工免疫算法的全局收敛性分析
4.4 人工免疫算法的收敛速度的初步分析
4.5 NFL定理及其指导意义
4.6 结论
参考文献
第五章 人工免疫算法性能的实验分析
5.1 引言
5.2 人工免疫算法的收敛性测试
5.2.1 收敛性能指标
5.2.2 测试函数
5.2.3 人工免疫算法收敛性能测试
5.2.4 人工免疫算法收敛性能的统计分析
5.3 人工免疫算法的多解搜索能力
5.3.1 测试函数
5.3.2 人工免疫算法的多解搜索能力研究
5.4 参数对人工免疫算法收敛性能的影响实验
5.4.1 影响人工免疫算法收敛性能的参数
5.4.2 正交实验设计
5.4.3 参数对人工免疫算法局部搜索性能影响分析
5.4.4 参数对人工免疫算法全局搜索性能影响分析
5.5 结论
参考文献
第六章 免疫算法应用--最优潮流计算
6.1 引言
6.2 最优潮流的数学模型
6.3 最优潮流的人工免疫算法实现
6.4 算例分析
6.5 结论
参考文献
第七章 受免疫系统启发的混合式移动机器人运动规划和控制
7.1 引言
7.2 受免疫系统启发的移动机器人控制结构
7.3 基于行为的反应式控制
7.4 环境地图的表示与创建
7.5 基于免疫优化算法的全局路径规划
7.6 控制执行部分
7.7 仿真试验及结果
7.8 结论
参考文献
第八章 全文总结与展望
附录
博士期间的科研成果
致谢
发布时间: 2005-07-14
参考文献
- [1].基于人工免疫系统的函数优化及其在复杂系统中的应用研究[D]. 徐雪松.浙江大学2004
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