克隆免疫网络算法研究及应用

论文摘要

由生物免疫系统启发的人工免疫系统(Artificial Immune System，AIS)是继神经网络、进化计算和模糊系统之后人工智能领域又一个重要的研究方向，是模仿自然免疫系统功能的一种智能方法。本论文以人工免疫系统为研究背景，比较前人提出的免疫网络模型和免疫算法的优缺点，在传统免疫理论的基础上设计出一种优化算法——克隆免疫网络算法(Clone Immune Network Algorithm，CINA)。算法的核心在于将基于群体免疫算法中的克隆选择原理与独特型免疫网络原理相结合，设计了“抗体选择”、“抗体克隆”、“抗体重组”、“抗体变异”和“抗体抑制”等算子，并且应用马尔可夫链状态转移理论，证明了克隆免疫网络算法的概率弱收敛性。仿真研究表明，算法不仅是有效的，而且是可行的。 克隆免疫网络算法在本质上讲是一种优化算法，所以它可以应用于诸如自动控制、优化设计、故障诊断、模式识别、数据挖掘和机器人技术等广泛领域，本文在这方面也做了一些初步的尝试。 首先，在足球机器人的路径规划方面，已有的足球机器人路径规划方法，存在一些自身难以克服的缺陷。在此基础上，本文将克隆免疫网络算法应用到了路径规划中。建立了路径规划的直角坐标系和搜索区域，对障碍物进行描述，通过产生路径抗体编码与构建亲

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 人工免疫系统研究现状
• 1.2.1 人工免疫系统的理论研究
• 1.2.2 人工免疫系统的应用研究
• 1.3 足球机器人的研究与发展现状
• 1.4 机械臂逆运动学问题
• 1.5 本文研究内容及主线
• 1.5.1 本文主要研究内容
• 1.5.2 本文研究主线
• 参考文献
• 第二章 人工免疫系统生物学基础
• 2.1 免疫系统原理
• 2.1.1 生物免疫系统及其功能
• 2.1.2 免疫学理论的发展
• 2.1.3 免疫系统的主要特点
• 2.2 免疫系统的网络模型
• 2.2.1 Jerne免疫网络模型
• 2.2.2 RLAIS网络模型
• 2.2.3 aiNet网络模型
• 2.2.4 动态免疫网络模型
• 2.2.5 多值免疫网络模型
• 2.2.6 PDP网络
• 2.3 免疫系统的数学模型
• 2.3.1 简单条件下人工免疫系统数学模型
• 2.3.2 复杂条件下人工免疫系统数学模型
• 2.3.3 多变量人工免疫系统数学模型
• 2.3.4 人工免疫系统中参数涨落与随机描述
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 克隆免疫网络算法
• 3.1 基于群体的免疫算法概述
• 3.1.1 免疫遗传算法
• 3.1.2 免疫规划算法
• 3.1.3 克隆选择算法
• 3.1.4 反向选择算法
• 3.1.5 免疫优化算法的特点
• 3.2 基于网络的免疫算法概述
• 3.3 克隆免疫网络算法
• 3.3.1 算法的设计背景
• 3.3.2 算法的具体操作和步骤
• 3.4 算法收敛性
• 3.4.1 算法收敛性定义
• 3.4.2 算法收敛性分析
• 3.5 仿真实验
• 3.5.1 测试函数一
• 3.5.2 测试函数二
• 3.5.3 测试函数三
• 3.6 本章小结
• 参考文献
• 第四章 克隆免疫网络算法在足球机器人路径规划中的应用
• 4.1 引言
• 4.2 足球机器人仿真平台
• 4.2.1 Robocup仿真平台
• 4.2.2 FIRA仿真平台
• 4.2.3 Middle League SimuroSot平台的开发
• 4.2.4 Middle League SimuroSot平台的运动模型
• 4.2.5 机器人小车的运动模型
• 4.2.6 碰撞模型
• 4.2.7 底层基本运动控制
• 4.3 克隆免疫网络算法在足球机器人路径规划中的应用
• 4.3.1 足球机器人路径规划
• 4.3.2 足球机器人路径规划的方法
• 4.3.3 克隆免疫网络算法在足球机器人路径规划中的应用
• 4.3.4 仿真实验与结果
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 基于克隆免疫网络算法的足球机器人协作策略研究
• 5.1 足球机器人的决策方式
• 5.2 足球机器人决策子系统设计
• 5.2.1 推理模型
• 5.2.2 信息预处理
• 5.3 克隆免疫网络算法在协作策略中的应用
• 5.3.1 编码
• 5.3.2 亲和力函数构造
• 5.3.3 实验设计与结论
• 5.4 软件实现
• 5.4.1 软件设计要求
• 5.4.2 动态链接库技术
• 5.4.3 软件设计
• 5.4.4 实验和结论
• 本章小结
• 参考文献
• 第六章 克隆免疫网络算法求解机械臂逆运动学问题
• 6.1 机械臂运动学
• 6.1.1 机械臂位姿描述
• 6.1.2 机械臂运动学方程
• 6.2 SCARA运动学分析
• 6.2.1 机械臂齐次坐标系的建立
• 6.2.2 机械臂正运动学分析
• 6.2.3 机械臂逆运动学分析
• 6.2.4 机械臂运动学方程的简化
• 6.3 基于克隆免疫网络算法的神经网络求解机械臂运动学逆解
• 6.3.1 神经网络求解机械臂运动学逆解
• 6.3.2 基于遗传算法的神经网络求解运动学逆解
• 6.3.3 基于克隆免疫网络算法的神经网络求解运动学逆解
• 6.3.4 结论
• 本章小结
• 参考文献
• 第七章 结论与展望
• 致谢
• 攻读博士学位期间己发表和录用的学术论文
• 科研项目
• 获奖