人工蜂群算法的改进及应用研究

【摘要】人工蜂群算法是一种新型的元启发式搜索算法,它的实现原理是模拟蜂群在采蜜过程中所表现出的群智能行为来实现对实际问题的求解。由于该算法简单易懂、容易实现、鲁棒性强、参数少等特点,自2005年被土耳其学者Karaboga提出以来,已经被成功应用到约束数值优化问题、多目标优化问题、训练人工神经网络、蛋白质的检测和预测、动态路径选择、可靠性冗余分配等领域,都取得了较好的研究成果。不过它作为一种新型的算法,其算法模型还不是很成熟,在求解一些复杂的实际问题上还处于起步阶段。所以,改进人工蜂群算法的理论模型,使其有更好的解决问题的能力及更广的应用范围有着重要的研究意义及实际价值。通过仔细研究会发现人工蜂群算法存在不足的地方主要是收敛精度不高、收敛速度慢、易陷入局部最优解等,这使得它在解决有些问题时得到的结果让人还不是很满意。所以很多学者致力于对该算法进行改进,让它能更好的去解决实际问题、拓宽其应用范围。本文在借鉴差分进化算法中突变算子的基础上,针对上述人工蜂群算法的不足之处,提出了几种改进算法,并将其中一种表现优异的改进应用到了非线性方程组的求解中去。主要工作如下：首先,本文详细介绍了人工蜂群算法的来由、生物模型和基本思想,并详细分析了算法的基本步骤、时间复杂度和特点。然后针对算法的收敛速度慢的缺点,我们在改进算法的搜索方式中引入了当前最优解的信息,这样能够有效引导搜索向全局最优快速收敛。在后面的仿真实验中可以发现在解决单峰问题时,改进算法的收敛速度明显快于标准人工蜂群算法。其次,针对算法容易陷入局部最优的问题,我们在改进算法的搜索方式中引入一个或两个扰动向量,这样来保持种群的多样性,防止算法陷入局部最优。在仿真实验中可以看出在解决多峰问题时,改进的人工蜂群算法比其他智能算法的收敛精度更高,也即是跳出了局部最优的表现形式。最后,本文对人工蜂群算法中对于解的适应度计算作了调整,简化了原先算法中复杂难懂的计算方式,选择直接用函数的值来作为解的适应度,既简单又一目了然。本文将上面改进算法中性能比较好的一种继续深入探索,将其应用到非线性方程组的求解中,最后的实验在一组基本测试函数和一组非线性方程组上进行,与其他的群智能算法作了纵向的比较,也和其他的ABC的改进算法作了横向的比较,结果表明改进的人工蜂群算法比这些其他的算法更适合于解非线性方程组问题。
【作者】杨丹；
【导师】汪继文；
【作者基本信息】安徽大学，计算机应用技术，2014，硕士
【关键词】人工蜂群算法；差分进化算法；非线性方程组；突变算子；扰动向量；

【参考文献】
[1]胡光华.白蛋白对大鼠肾脏功能及整合素连接激酶、整合素β1和α-辅肌动蛋白-4的影响[D].山东大学,药理学,2013,硕士.
[2]张慧玲.二去水卫矛醇体外抗肿瘤作用及诱导肝癌细胞SMMC-7721凋亡的研究[D].广西医科大学,药理学,2013,硕士.
[3]原嘉唯.《侨报》对中国国家形象的建构[D].辽宁大学,新闻学,2012,硕士.
[4]佀慧娜.铜纳米流体的分散与液体石蜡的乳化研究[D].兰州理工大学,化学工程,2014,硕士.
[5]何进.干旱条件下大豆非水力根源信号、渗透调节同产量形成的耦合关系[D].兰州大学,生态学,2013,硕士.
[6]王晓晔,王正欧.K-最近邻分类技术的改进算法[J].电子与信息学报,2005,03:487-491.
[7]王蕴超.21世纪东亚地区格局变化中的中国国际责任分析[D].东北师范大学,国际政治,2012,硕士.
[8]张汉坡.无头轧制专用焊机电源的研究[D].河北工业大学,控制理论与控制工程,2004,硕士.
[9]周静.政府关系、法律环境与会计稳健性[D].西南交通大学,会计学,2014,硕士.
[10]张莉莉.京九铁路沿线（山东段）地面沉降防控研究[D].中国地质大学（北京）,地质工程,2013,硕士.
[11]牛慧茹.北京地区铁路货运站货运设施设备配置及布局研究[D].北京交通大学,2014.
[12]敖建华.下颌升支矢状劈开截骨术后的临床回顾性研究[D].第四军医大学,口腔临床医学,2004,硕士.
[13]阿拉坦巴根.甘肃省城市高中发展现状调查研究[D].西北师范大学,2005.
[14]魏巍.一类不确定时滞切换系统的稳定性[D].渤海大学,运筹学与控制论,2014,硕士.
[15]谭锦绣.提高自我同情水平对缓解高三学生考试焦虑的干预研究[D].西南大学,发展与教育心理学,2014,硕士.
[16]汪友刚.基于ANSYS的电动三轮车车架动静态性能分析[D].中原工学院,机械设计及理论,2012,硕士.
[17]高晓彦.室内人居环境设计中低碳化策略研究[D].东北师范大学,建筑设计及其理论,2012,硕士.
[18]孔令雨.唐山曹妃甸二十二冶工程技术有限公司财务战略研究[D].燕山大学,工商管理,2014,硕士.
[19]李雪铮.《快乐汉语》（俄语版）在吉尔吉斯斯坦的使用情况调查研究[D].新疆师范大学,汉语国际教育,2013,硕士.
[20]项青东智.敦煌文书《兄弟教诲经》研究[D].青海师范大学,中国少数民族语言文学,2012,硕士.
[21]龙玉梅.论学校与学生的法律关系[D].上海师范大学,教育学原理,2004,硕士.
[22]李玉莲.论方以智的哲学和史学思想[D].宁波大学,专门史,2013,硕士.
[23]桂廷.基于GVF模型的低质量指纹图像方向场提取[D].西安电子科技大学,电路与系统,2012,硕士.
[24]李井干.大豆疫霉Rho GTPase蛋白PsRacl的功能分析[D].南京农业大学,植物病理学,2012,硕士.
[25]崔雪婷.基于不同风险度量和交易约束的投资组合选择问题研究[D].复旦大学,运筹学与控制论,2013,博士.
[26]姜加龙.插电式同轴并联混合动力系统匹配仿真研究[D].燕山大学,车辆工程,2014,硕士.
[27]郭经媛.听障学生就业指导研究[D].山东师范大学,教育（专业学位）,2013,硕士.
[28]徐怀英.新城疫病毒山东流行株分子演化及抗原性变异分析[D].中国农业大学,预防兽医学,2014,博士.
[29]高秀娟.职业生涯早期文职护士职业成熟度他评量表的研制[D].山西医科大学,护理学,2013,硕士.
[30]刘超,唐涛,李开成.基于失效逻辑建模的轨道交通信号系统安全评估方法[J].系统仿真学报,2014,06:1208-1216.
[31]白钰.邻苯二酚螯合法制备单分散Fe_3O_4纳米晶体[D].东北师范大学,高分子化学与物理,2012,硕士.
[32]公茂果,焦李成,马文萍,张向荣.基于流形距离的人工免疫无监督分类与识别算法[J].自动化学报,2008,03:367-375.
[33]尹学鸿.初中数学有效课堂教学法研究—“题组教学法”[D].内蒙古师范大学,学科教学（专业学位）,2012,硕士.
[34]李国君.关于图的零度和无符号拉普拉斯谱半径的研究[D].北京交通大学,2014.
[35]唐淑玲.“微时代”背景下大学生思想政治教育载体应用研究[D].重庆工商大学,思想政治教育,2014,硕士.
[36]陈霖.基于云模型的B2C电子商务信任评价研究[D].北京化工大学,管理科学与工程,2013,硕士.
[37]刘春怡.小学音乐课堂教学的人文化管理研究[D].内蒙古师范大学,教育管理（专业学位）,2012,硕士.
[38]曲欣欣.辽宁省人口信息管理系统的设计与实现[D].吉林大学,软件工程,2012,硕士.
[39]张晓翠.用水稻不同株型因子模拟群体生长结构[D].扬州大学,农产品安全与环境,2011,硕士.
[40]张谧,熊高明,陈志刚,樊大勇,谢宗强.数字高程模型在群落内物种共存研究中的应用——以神农架米心水青冈-曼青冈群落的地形模型建立为例[J].植物生态学报,2005,02:197-201.
[41]葛亚琴.我国智能手机市场细分和竞争策略研究[D].南京农业大学,工商管理,2012,硕士.
[42]曾超.菲律宾蛤仔三品系间的杂交[D].大连海洋大学,海洋生物学,2014,硕士.
[43]刘旭楠.基因治疗中利益冲突的伦理学辨析[D].华侨大学,哲学,2014,硕士.
[44]曾庆国.几种典型新粒子可能物理迹象的研究[D].辽宁师范大学,理论物理,2014,博士.
[45]杨景成,黄建辉,潘庆民,韩兴国.西双版纳不同热带生态系统土壤有机质的光谱学特性(英文)[J].植物生态学报,2004,05:623-629.
[46]方征.数字图像水印算法研究[D].南京航空航天大学,测试计量技术及仪器,2004,硕士.
[47]叶聪杰.海上风电机组传动系统的早期故障诊断研究[D].上海电力学院,电力系统及其自动化,2014,硕士.
[48]冯锐.基于区域差异的县域高标准基本农田建设时序研究[D].中国地质大学（北京）,土地资源管理,2013,硕士.
[49]张晓维.基于余氯衰减规律的供水管网日常水质维护研究[D].哈尔滨工业大学,市政工程,2013,硕士.
[50]解凯.断路器机械特性测试仪及其数据管理检修指导系统开发[D].华北电力大学（河北）,电气工程,2004,硕士.