结构优化设计的附加隐性遗传效应遗传算法研究

摘要

遗传算法是一种模拟生物进化论的自然选择和遗传学的基因遗传机理而发展出来的一种全局优化算法.在生物界中普遍存在着显性遗传和隐性遗传这两种遗传方式,该文首次提出的附加隐性遗传效应遗传算法,通过引入显性适应度函数和隐性适应度函数在遗传算法中模拟了生物界的显性遗传和隐性遗传.论文首次完整提出了附加隐性遗传效应遗传算法的概念.论述了附加隐性遗传效应遗传算法的基本要素:遗传基因型、适应度函数、选择、交叉及变异;给出了附加隐性遗传效应遗传算法的基本流程;讨论了算法设计中及算法的理论分析中需要注意的问题.论文把附加隐性遗传效应遗传算法应用于求解约束优化问题,进而推广到结构优化设计领域的约束优化问题.在第六章中利用附加隐性遗传效应遗传算法特有的隐性适应度函数,把结构专业特性(包括工程经验知识以及传统优化算法等)嵌入遗传算法的遗传进化中,从而指导遗传算法的进化计算以提高遗传算法的算法性能,达到结构专业的特性与遗传算法内在的结合与统一.针对附加隐性遗传效应遗传算法的求解的不同问题,论文讨论了相应的显、隐性适应度函数、约束边界附近不可行域F的确定、求解约束优化问题的步骤及工程经验知识和传统优化算法如何转化为有效的隐性适应度函数;并进行了简单的理论分析.通过具体算例,对基本遗传算法与附加隐性遗传效应遗传算法的优化结果进行比较分析,证明了:附加隐性遗传效应遗传算法在求解优化领域的约束优化方面,在求解结构优化中的约束优化方面,表现出较基本遗传算法更好的算法性能;该方法在利用结构专业特性提高遗传算法性能方面也取得了良好的效果.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第1章绪论

1.1结构优化方法综述

1.1.1结构优化的研究层次

1.1.2结构优化方法简介

1.2遗传算法

1.2.1遗传算法的产生与发展

1.2.2遗传算法在结构优化设计中的应用

1.3论文的主要内容

第2章遗传算法的基本理论

2.1基本遗传算法

2.1.1遗传基因型

2.1.2适应度函数

2.1.3选择

2.1.4交叉

2.1.5变异

2.2基本遗传算法的基本流程及算法设计

2.2.1遗传算法的算法设计

2.2.2遗传算法的基本流程

2.3遗传算法的特点

2.4遗传算法理论基础

2.4.1遗传算法的基本理论

2.4.2遗传算法的性能评定方法

2.5本章小结

第3章附加隐性遗传效应遗传算法

3.1附加隐性遗传效应遗传算法的基本思路

3.2附加隐性遗传效应遗传算法

3.2.1遗传基因型

3.2.2适应度函数

3.2.3选择

3.2.4交叉

3.2.5变异

3.3附加隐性遗传效应遗传算法的基本流程及算法设计与理论分析

3.3.1算法设计

3.3.2算法的基本流程

3.3.3算法的理论分析

3.3.4算法的应用

3.4附加隐性遗传效应遗传算法的程序实现

3.4.1 MATLAB语言简介

3.4.2附加隐性遗传效应遗传算法的程序编制

3.5本章小结

第4章附加隐性遗传效应遗传算法求解约束优化问题

4.1约束优化问题的定义和约束类型

4.2遗传算法求解约束优化问题的方法

4.2.1处理约束常用的方法

4.2.2处理约束的罚函数方法

4.3附加隐性遗传效应遗传算法求解约束优化问题

4.3.1适应度函数

4.3.2约束边界附近不可行域F的确定

4.3.3附加隐性遗传效应遗传算法求解约束优化问题的步骤

4.4具体算例及与基本遗传算法性能比较

4.4.1标准测试条件下算例测试比较

4.4.2采用不同交叉变异算子算例测试比较

4.4.3采用不同约束边界附近不可行域F算例测试比较

4.5附加隐性遗传效应遗传算法求解约束优化问题的理论分析

4.6本章小结

第5章附加隐性遗传效应遗传算法求解结构优化中的约束优化问题

5.1结构优化问题的数学模型

5.2附加隐性遗传效应遗传算法求解结构优化中约束优化问题

5.2.1适应度函数

5.2.2附加隐性遗传效应遗传算法求解结构优化中约束优化问题的步骤

5.3具体算例及与基本遗传算法比较

5.3.1算例测试条件

5.3.2算例测试结果

5.3.3算例测试结果分析

5.4本章小结

第6章附加隐性遗传效应遗传算法结合结构专业特性进行结构优化设计

6.1遗传算法用于解决结构优化问题的研究层次

6.2附加隐性遗传效应遗传算法结合结构专业特性进行结构优化设计

6.2.1基本思路

6.2.2适应度函数

6.2.3利用附加隐性遗传效应遗传算法结合结构专业特性进行结构优化设计的步骤

6.3具体算例及与基本遗传算法性能比较

6.3.1测试算例

6.3.2算例测试条件

6.3.3算例测试结果

6.3.4算例测试结果分析

6.4附加隐性遗传效应遗传算法结合结构专业特性进行结构优化设计的理论分析

6.5附加隐性遗传效应遗传算法结合结构专业特性进行结构优化设计的应用前景

6.6本章小结

结论与展望

参考文献

致 谢