智能計算幾種經(jīng)典算法解析 智能計算幾種經(jīng)典算法解析 智能計算幾種經(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:隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展,智能計算方法的應(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算方法,闡述了其工作原理和特點,同時對智能計算方法的發(fā)展進行了展望。

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行設(shè)計我們的解決問題的路徑,這就是智能計算的思想。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,下面分別對其進行分析。

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,簡稱ANN)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是在對人腦組織結(jié)構(gòu)和運行機制的認識理解基礎(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)的第一個數(shù)學(xué)模型,從此開創(chuàng)了神經(jīng)科學(xué)理論的研究時代。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

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的知識存儲容量很大。在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中,知識與信息的存儲表現(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于整個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的各神經(jīng)元及其連線上。每個神經(jīng)元及其連線只表示一部分信息,而不是一個完整具體概念。只有通過各神經(jīng)元的分布式綜合效果才能表達出特定的概念和知識。

由于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中神經(jīng)元個數(shù)眾多以及整個網(wǎng)絡(luò)存儲信息容量的巨大,使得它具有很強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。

正是因為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特點和其信息存儲的分布式特點,使得它相對于其它的判斷識別系統(tǒng),如:專家系統(tǒng)等,具有另一個顯著的優(yōu)點:健壯性。生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不會因為個別神經(jīng)元的損失而失去對原有模式的記憶。最有力的證明是,當(dāng)一個人的大腦因意外事故受輕微損傷之后,并不會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)的硬件實現(xiàn)還是軟件實現(xiàn)中的某個或某些神經(jīng)元失效,整個網(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)元對所有的輸入信號的綜合處理結(jié)果超過某一門限值后才輸出一個信號。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)時間動力學(xué)系統(tǒng)。它突破了傳統(tǒng)的以線性處理為基礎(chǔ)的數(shù)字電子計算機的局限,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 遺傳算法還具有以下幾方面的特點:

(1)遺傳算法從問題解的串集開始嫂索,而不是從單個解開始。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)搜索算法都是單點搜索算法,容易陷入局部的最優(yōu)解。遺傳算法同時處理群體中的多個個體,即對搜索空間中的多個進行評估,減少了陷入局部最優(yōu)解的風(fēng)險,同時算法本身易于實現(xiàn)并行化。

(3)遺傳算法基本上不用搜索空間的知識或其它輔助信息,而僅用適應(yīng)度函數(shù)值來評估個體,在此基礎(chǔ)上進行遺傳操作。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。這一特點使得遺傳算法的應(yīng)用范圍大大擴展。

3.2 運用領(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,固體內(nèi)部粒子隨溫升變?yōu)闊o序狀,內(nèi)能增大,而徐徐冷卻時粒子漸趨有序,在每個溫度都達到平衡態(tài),最后在常溫時達到基態(tài),內(nèi)能減為最小。根據(jù)Metropolis準(zhǔn)則,粒子在溫度T時趨于平衡的概率為e-ΔE/(kT),其中ΔE為溫度T時的內(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,對當(dāng)前解重復(fù)“產(chǎn)生新解→計算目標(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)式隨機搜索過程。退火過程由冷卻進度表(Cooling Schedule)控制,包括控制參數(shù)的初值t及其衰減因子Δt,每個t值時的迭代次數(shù)L和停止條件S。

5 展望

目前的智能計算研究水平暫時還很難使“智能機器”真正具備人類的常識,但智能計算將在21世紀(jì)蓬勃發(fā)展。不僅僅只是功能模仿要持有信息機理一致的觀點。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)合將開辟一個全新的領(lǐng)域,開辟很多新的研究方向。智能計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:

[1]Common structural rules for double hull oil tankers, second draft for comment[S]. American Bureau of Shipping,Det Nor