指数函数膜系统自动设计与优化方法研究

摘要

膜计算是自然计算领域一个热门的研究方向，是从生命细胞的结构与功能和组织、器官的协作中抽象出来的计算模型。因其具有分布式和极大并行性等特点受到广泛的关注，膜计算模型又被称之为膜系统或P系统。
　　现有膜计算的研究主要集中在理论方面，设计者们通过数学、形式语言根据经验反复推敲等手工计算得来，其设计过程复杂易错且耗时耗力。所以将遗传算法等引入到膜系统的自动设计中已成为新的研究方向。从目前的研究成果来看，把进化计算与膜系统的自动设计相结合已经取得了一些成果，如能计算42、n2以及一些简单多项式的膜系统。但是这些膜系统在完成计算任务的时候存在很大局限性，没有形成统一的计算体系，在设计条件和计算目标等方面还有待改进和完善。因此，本论文通过细胞型膜系统的自动设计结合遗传算法和P-Lingua仿真软件实现指数函数膜系统的设计与仿真，同时提出一种输出包含多个对象的设计方法并应用于多项式膜系统的自动设计。本论文所做的主要研究工作及所取得的成果概括如下:
　　1、将细胞型膜系统自动设计方法用于求解指数函数问题，给出了其设计思路，同时详细介绍了膜系统的置换编码方法、膜系统是否终止的判断方法、罚函数评价方法、遗传算法参数的设置及遗传算法操作算子的选取等。同时将该设计方法用于求解2n等指数函数膜系统的设计问题，从整理仿真结果来看，该设计方法可以设计出满足要求的各不相同的膜系统;
　　2、阐述了一种用多个对象表示输出的细胞型膜计算模型的遗传优化设计方法，介绍了具体的设计思路，并将其应用于多项式膜计算模型的设计，将仿真结果与单个输出对象膜系统设计进行比较，说明了该设计方法的正确性与有效性;
　　3、将输出包含多对象的细胞型膜计算模型的优化设计方法用于求解指数函数，通过比较分析得出了求解具体问题应当选取的输出对象个数，为求解一个给定的计算任务需要的最少初始对象和最少规则条数以及规则长度等理论研究有一定的引导作用。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 课题提出和意义

1．3 膜计算研究现状

1．4 论文主要工作

1．5 论文结构和安排

第2章 膜计算及其软件实现

2．1 引言

2．2 膜计算方向概述

2．2．1 膜计算方向思想来源

2．2．2 膜计算基本概念

2．3 膜系统仿真软件简介

2．4 小结

第3章 指数函数膜计算模型自动设计

3．1 引言

3．2 问题描述

3．3 设计方法

3．3．1 膜系统的编码

3．3．2 膜系统终止条件的判断

3．3．3 膜系统的评价方法

3．3．4 膜系统的算法实现

3．4 指数函数膜计算仿真及结果分析

3．5 小结

第4章 输出含多对象的膜系统自动设计方法

4．1 引言

4．2 设计方法

4．2．1 设计思路

4．2．2 设计过程

4．3 仿真实验与结果比较分析

4．3．1 4″膜系统设计

4．3．2 n2+n膜系统设计

4．3．3 多项式膜系统设计

4．4 输出含多对象膜系统自动设计举例分析

4．4．1 2”的设计及结果

4．4．2 3”的设计及结果

4．4．3 4”的设计及结果

4．5 小结

附表

总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果