基于改进Q-学习的导航知识获取算法研究

基本Q-学习算法总是利用当前最优策略进行动作的选取,这样容易陷入局部最优.文章在模拟退火强化学习基础上提出了基于探索区域扩张的Q-学习,加入原地探索策略,提高了找到目标的效率;引入了探索区域扩张策略,避免了初始时在整个环境中加入探索的盲目性,提高了学习效率;加入算法的自主学习结束条件,避免了找到最优路径后的重复学习,节省了学习时间.仿真实验验证了算法的有效性.     

有机朗肯循环控制系统的设定值优化

提出了一种优化有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)控制系统设定值的方法.由于ORC系统中存在扰动及工况点的变化,有必要根据运行工况实时调整控制回路设定值,以提高ORC系统的能量转换效率.首先,回顾ORC系统性能分析及优化等相关文献,探讨了ORC控制系统设定值优化问题;然后采用基于遗传算法的最小二乘支持向量机(Genetic Algorithm-Least Squares Support Vector Machine,GA-LSSVM),确定了ORC过程控制系统的最优设定值.仿真结果表明当ORC系统的工况发生变化时,由GA-LSSVM算法可以快速确定ORC控制系统的最优设定值.     

基于CUDA的格子Boltzmann方法:算法设计与程序优化

格子Boltzmann方法(LBM)由于其具有计算简单,天然并行,易于程序实现,易于处理复杂边界等优点而成为流体建模和模拟的一种重要方法.LBM的上述优点也使得其非常适合利用图形处理单元(graphic processing unit,GPU)进行大规模流体计算.基于GPU的CUDA(compute unified device architecture)编程平台,首先设计了相应的LBM算法,并以二维方腔流、二维圆柱绕流以及三维方腔流为例,着重探讨了存储器访问优化等优化技术的作用;此外,本文也对程序的性能进行了详细分析.结果表明,本文的算法取得了理想的加速效果,证实了GPU与LBM的良好匹配关系.     

基于最少燃耗的飞行器着陆避障控制策略

针对登月飞行器着陆粗避障和精避障阶段的策略控制问题,本文基于软着陆动力学思想,通过计算机仿真及模拟退火算法求解了避障段的最优燃料消耗控制策略.以嫦娥三号登月为算例,粗避障时,首先将距月面2400 m数字高程图划分为100 m×100 m的子区域块,并将标准化后的最高海拔、最低海拔、最小坡度角作为指标,评价各子区域着陆安全度,进而利用柯西隶属函数对各安全度定量评价,绘出安全度灰度图;然后将考虑燃料消耗作为优化的目标函数建立非线性规划模型,采用模拟退火算法寻找最佳的落月位置,并仿真绘出该阶段的下落轨迹,求得嫦娥三号粗避障用时25.7 s,耗油63.86 kg.在粗避障操作基础上,通过各发动机的脉冲组合调整使嫦娥三号水平飞行至最佳落月地点上方,可实现精避障段的最优控制策略.     

受约束三维空间下油气集输系统布局优化

油气集输系统布局优化实质是一类受约束的三维网络拓扑优化问题,是组合优化中一类NP-hard难题,解决此类问题对减少油田建设投资、等效提高采收率、推动应用最优化理论的发展具有现实意义.为系统应对空间尺度下油气管网最优布局所存在的地形数据量庞大、决策变量众多、约束条件繁杂等优化难点,首先从随机地形限制、布站可行性、模型通用程度出发,以总建设费用最小为目标建立了受约束三维空间下油气集输系统布局优化数学模型;其次,基于表征地形的数字高程模型(digital elevation model, DEM),结合图论中的赋权有向图,提出了相向广度优先管道路径搜索算法,理论分析了其搜索管道路径的高效性;最后,引入具有全局搜索能力的混合粒子群-烟花(particle swarm-fireworks, PS-FW)算法,综合所提管道路径优化算法,构建了混合智能优化求解方法,并证明了其全局收敛性.研究结果表明,相较于现有理论方法,本文所建优化模型考虑因素全面、通用性好;所提管道路径搜索算法可以节约7/9的时间复杂度和空间复杂度,求解效率显著提高;所构建混合智能求解方法优化效果佳,能够以概率1收敛于全局最优解.     

外源水杨酸浸种对干旱胁迫下国槐根系抗氧化酶系的影响

采用向1/2 Hoagland营养液中按一定比例添加聚乙二醇(PEG-6 000)模拟干旱胁迫的方式,研究了外源SA浸种对干旱胁迫下国槐根系抗氧化酶系的影响.其结果表明:①与对照组相比,干旱胁迫不同程度地降低了国槐根系的SOD、POD、CAT活性等,明显增加了根系MDA含量水平.②使用适当浓度的SA浸种可以提高SOD、POD及CAT活性,也可以显著降低根苗MDA含量水平,SA浸种有利于缓解干旱胁迫带来的不良影响.③低浓度的SA浸种处理能够提高国槐根系抗旱性,缓解干旱胁迫伤害,而高浓度处理则加剧了干旱胁迫的伤害.1 mmol/L浸种具有提高国槐根系抗旱性的最佳效果.     

协同快速退火演化算法识别蛋白质家族模体

将快速退火演化算法(fast annealing evolutionary algorithm, FAEA)与协同方法相结合, 提出了一种用于求解高维的全局优化问题的新方法——协同快速退火演化算法(cooperative fast annealing coevolutionary algorithm, CFACA). 首先将高维的解空间分解成多个一维的子空间, 再在每个子空间里利用单个独立的FAEA搜索该子空间里的最优子解, 最后将各子解结合在一起, 即构成了原来问题的一个解. 基准函数测试的结果表明, CFACA算法具有更快的收敛速度. 进一步用CFACA算法提取EGF蛋白质家族的模体, 正确识别率达到67.0%, 所提取的模体与蛋白质功能位点数据库PROSITE中的结果相吻合.     

高导热膨胀石墨/硬脂酸定形相变储能复合材料的制备及储/放热特性

采用"熔融吸附-模压成型"的方法制备了膨胀石墨(EG)为多孔基体、硬脂酸(SA)为相变材料的EG/SA定形相变储能复合材料,通过微观形貌、热物性和热稳定性测试,分析了膨胀石墨的膨胀度对EG/SA定形相变储能复合材料的热性能影响规律,并通过加热/冷却实验对不同参数的定形相变储能复合材料的储/放热性能进行了分析比较.研究表明采用高膨胀度EG更有利于提高SA在EG多孔基体中的分布均匀性和储能复合材料的热导率,当EG质量分数为20%时其径向导热系数最高达19.6 W m~(-1)K~(-1),相比纯SA提高了110倍;EG的高膨胀度对SA相变过程中的液相封装具有明显的改善作用,高膨胀度EG为基体的定形相变储能复合材料具有很好的热稳定性;EG/SA定形相变储能复合材料的储/放热时间约为纯相变材料的1/8~1/4,具有高导热、无泄漏等优点.     

基于DFT方法建立多溴代联苯醚代谢产物的正辛醇-水分配系数的预测模型

基于量子化学方法建立了多溴代联苯醚(PBDEs)代谢产物的正辛醇-水分配系数(logKow)的预测模型,整个数据集包括19个羟基多溴代联苯醚(HO-PBDEs)和15个甲氧基多溴代联苯醚(MeO-PBDEs),logKow的数值跨越3个数量级(4.63~7.67)范围.所有化合物应用密度泛函理论(DFT)进行结构优化,在最优构型的基础之上计算分子极化率等6个量子化学描述符,并采用多元线性回归(MLR)建立模型.结果表明,分子极化率和氢原子最正净电荷是影响化合物在正辛醇相和水相之间分配的主要因素.模型具有良好的统计学性能,相关系数的平方r2=0.941,均方根误差rms=0.198.模拟外部验证和交叉验证表明模型具有良好的稳健性和预测能力,可用于同系列化合物logKow的预测.     

两种顺铂磁性纳米颗粒制备及其特性的比较

探讨了不同连接物质对顺铂(cis-dichlorodiamine platinum, CDDP)与磁性纳米颗粒(magnetic nanometer particles, MNP)形成复合物的影响及所形成CDDP-MNP的特性. 分别采用高分子海藻酸钠(sodium algi-nate, SA) 和小分子油酰肌氨酸(N-oleoylsarcosine, NOSARK)作为CDDP与磁性纳米颗粒的连接物, 并与以羧甲基葡聚糖(carboxymethyl dextran, CM-dex )为载体的CDDP复合物作对照, 用透射电子显微镜、光子相关光谱(PCS)法、分光光度法等测定CDDP-MNP的理化特征, 并通过载药量和稳定性的比较来评价两种分子量不同的连接物的优劣. 透射电子显微镜下SA改性的CDDP-MNP呈基本均匀的圆球体, PCS直径分布约为43~52 nm, 磁核平均粒径为(8.8±1.3) nm. SA的载药量大于NOSARK, 与CM-dex相当. 以溶液形式保存在4℃条件下40 d后, SA改性的CDDP-MNP复合物仍然稳定. 结果表明, SA作为CDDP与磁性纳米颗粒结合的修饰物明显优于NOSARK, 天然的SA可替代CM-dex作为CDDP与磁性纳米颗粒的连接物. 实际应用时则要同时考虑最大可逆荷CDDP量和可逆结合的CDDP的利用率.     

一氧化氮参与水杨酸对蚕豆气孔运动的调控

研究了一氧化氮(NO)在水杨酸(SA)诱导蚕豆气孔运动中的作用. 结果表明, 在一定范围内, SA和NO都可诱导气孔关闭. 100 mmol/L SA能够提高保卫细胞胞质中NO的水平, NO清除剂和一氧化氮合酶(NOS)抑制剂都能够降低SA引起的胞质NO的增加. 同时, NO的清除剂PTIO和NOS的抑制剂L-NAME几乎能够完全抵消SA诱导气孔关闭的效应. 推测SA通过NOS途径诱导形成NO, 进而诱导气孔关闭. 鸟氨酸环化酶的抑制剂ODQ和 cADPR的拮抗剂烟碱能够减弱SA和NO诱导气孔关闭的作用. 表明在SA和NO诱导气孔关闭的过程中可能需要有cGMP和cADPR介导.     

对流和辐射边界条件下轧钢加热炉壁绝热层(火积)构形优化

基于绝热过程(火积)耗散极值原理,以耗散率最小为优化目标,在对流传热和辐射传热边界条件下,对轧钢加热炉壁平板绝热层进行构形优化,得到平板绝热层的最优构形.结果表明:对流传热边界条件时,(火积)耗散率最小的绝热层最优构形与热损失率最小的绝热层最优构形是明显不同的.(火积)耗散率最小的绝热层最优构形与热损失率最小的绝热层最优构形相比,(火积)耗散率降低了5.98%,从而使得其整体绝热性能得到提高.对流与辐射复合传热边界条件时,绝热层厚度线性增大的布置方式与等厚度绝热层和厚度线性减小的布置方式相比,绝热层(火积)耗散率分别降低了16.59%和39.72%,从而使得绝热层整体绝热性能大大提高.存在最佳常系数a2,opt使得绝热层无量纲(火积)耗散率取得最小值.绝热层最小无量纲(火积)耗散率和最大温度梯度最小值对应的最佳常系数a2,opt相差不大,这使得(火积)耗散率最小的绝热层最优构形对应的热应力也较小,从而在提高绝热层整体绝热性能的同时也有助于提高其热安全性.本文所得结果能从传热优化角度为绝热层的优化设计提供参考.     

离散位错动力学算法及其在材料塑性行为模拟中的应用

晶体材料的塑性变形由位错的运动演化而引起.离散位错动力学(discrete dislocation dynamics, DDD)通过直接模拟大量位错的演化而研究材料的塑性变形,因此能够揭示材料微结构-位错微结构-塑性力学行为之间内在的物理关联,并能够自然而然地捕捉塑性变形微米/亚微米特征尺度下本征的尺度效应.它所能模拟的尺度介于微观分子动力学模拟和宏观有限元模拟之间,在多尺度算法中起到承上启下的作用.本文首先系统地发展、完善和丰富了离散位错动力学-有限元(finite element method, FEM)叠加算法、DDD-FEM直接耦合算法(discrete-continuous method, DCM)以及离散位错动力学-扩展有限元(extended finite element method, XFEM)耦合算法等框架体系.在此基础上,利用这些方法对单晶镍基高温合金的塑性变形机理、晶体材料的断裂和损伤变形行为以及塑性行为的微尺度和微结构效应3个方面开展了系统的研究.所得模拟结果指导了基于微结构和位错机制的单晶镍基高温合金晶体塑性本构模型的建立,丰富和加深了人们对材料强化、循环塑性、断裂、损伤、尺度效应和微结构效应的认识.此外,离散位错动力学可进一步应用于诸如高温、高压、高应变率、化学腐蚀环境、高辐照等极端条件下晶体材料塑性行为的研究,是材料力学行为多尺度模拟研究中的重要一环.     

应用双重优化方法估计碳通量

<正>贝叶斯综合反演方法(BSIM)利用先验CO2通量和大气CO2浓度观测数据估计碳通量分布,其结果在很大程度依赖于先验碳通量的偏差.实际应用中,通常用生态碳通量模型计算先验通量,可是不恰当的短期生态过程的模拟将引起先验通量的刻度误差,从而导致BSIM估计结果的偏差.我们提出了一种双重优化算法,     

基于三维同位网格的高效稳定的分离式算法IDEAL

分离式算法IDEAL(inner doubly-iterative efficient algorithm for linked-equations)是一种高效稳定的算法, 在该算法中每个迭代层次上对压力方程进行两次内迭代计算, 第一次内迭代过程用于克服SIMPLE算法的第一个假设, 第二次内迭代过程用于克服SIMPLE算法的第二个假设. 这样在每个迭代层次上充分满足了速度和压力之间的耦合, 从而大大提高了计算的收敛速度和计算过程的稳定性. 把IDEAL算法推广到了三维同位网格系统, 其中界面流速计算采用修正的动量插值方法(MMIM), 这样计算得到的数值结果与亚松弛因子的选取无关. 最后通过5个不可压缩流动和传热的三维算例对IDEAL算法与其他三个被广泛使用的算法—— SIMPLER, SIMPLEC和PISO进行了比较. 通过分析比较得出IDEAL算法在收敛性和健壮性上均优于SIMPLER, SIMPLEC和PISO算法.     

内点方法的线性规划分解原则和算法(Ⅱ)

1 收敛性在适当的假设条件下,我们证明算法 A 收敛到问题(P)的最优解山、由文献[1]的第三节中的假设条件(i)—(iii)已经给出问题(P)解的若干信息.由(i)可见其存在有界的最优解,(ii)隐含着解是非退化的,(ii)—(iii)说明最优解只能在Ω的顶点上达到.设 x~*是问题(P)的最优解,由最优性条件可见必存在-y~*∈R使得对所有i∈以下各式成立:     

条件非线性最优扰动及其在天气和气候可预报性研究中的应用

条件非线性最优扰动(CNOP)是非线性动力系统中满足一定物理约束条件, 且在预报时刻有最大非线性发展的一类初始扰动. 它不仅可以代表某一天气或气候事件的“最优前期征兆”, 而且可以用来研究预报时刻对预报结果有最大影响的初始误差. 在流体运动的(不)稳定性(或敏感性)问题研究中, 它还可以代表最不稳定(或最敏感)的初始模态. CNOP还可以被用来估计某一天气或气候事件预报误差的上界. CNOP的上述物理特征在厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)的可预报性研究和海洋热盐环流(THC)的敏感性分析中得到了实现: 在一个海气耦合ENSO模式中, CNOP代表了最容易发展成ENSO事件的初始模态(即最优前期征兆); 在ENSO事件的预报误差研究中, CNOP代表了在预报时刻对ENSO预报有最大影响的初始误差. 当CNOP作为观测ENSO事件的初始扰动时, 它给出了ENSO事件预报误差的上界估计; 当CNOP作为THC的最不稳定(或最敏感)的初始模态时, 它揭示了THC对有限振幅扰动的非线性不对称响应. 最后, 讨论了CNOP方法在较复杂模式中的应用, 结果表明CNOP方法对于较高维数的模式也是适用的, 对应的优化算法也是有效的.     

外源水杨酸浸种对干旱胁迫下国槐根系抗氧化酶系的影响

采用向1/2 Hoagland营养液中按一定比例添加聚乙二醇(PEG—6 000)模拟干旱胁迫的方式,研究了外源SA浸种对干旱胁迫下国槐根系抗氧化酶系的影响。其结果表明:①与对照组相比,干旱胁迫不同程度地降低了国槐根系的SOD、POD、CAT活性等,明显增加了根系MDA含量水平。②使用适当浓度的SA浸种可以提高SOD、POD及CAT活性,也可以显著降低根苗MDA含量水平,SA浸种有利于缓解干旱胁迫带来的不良影响。③低浓度的SA浸种处理能够提高国槐根系抗旱性,缓解干旱胁迫伤害,而高浓度处理则加剧了干旱胁迫的伤害。1 mmol/L浸种具有提高国槐根系抗旱性的最佳效果。     

非线性最优化一个超线性收敛的序列方程组方法

本文考虑如下的优化问题:这里x=(x_1,…,x_n)∈E~n.对于问题(P),本文给出了一个超线性收敛的序列方程组算法.此算法与现有的序列二次规划(SQP)方法相比,具有以下三个重要的性质:(1)由于算法每一次迭代只需计算三个系数矩阵完全相同的线性方程组,因此算法每一次迭代的计算量要比现有的SQP方法大为减少;(2)算法每一次迭代产生的点都是可行的;(3)算法是一步超线性收敛的.     

旋转交错网格有限差分及其完全匹配层吸收边界条件

将完全匹配层吸收边界条件引入到旋转网格有限差分中, 用以解决在非均匀弹性和孔隙弹性介质情况下数值模拟中的吸收边界问题, 同时, 将旋转交错网格有限差分法用于数值求解等效弹性介质、孔隙弹性介质和各向异性弹性介质的波动方程. 与普通的交错网格有限差分方法相比, 旋转交错网格有限差分的好处在于不同的物理量只位于两个不同的位置: 应力和应变(或质点速度和位移)位于离散单元的中心, 而质点速度或位移(或应力和应变)位于单元的顶点. 经过这样的处理后, 弹性常数就不再需要进行平均(模拟非均匀介质时)或内插(模拟各向异性介质时), 因为此时所有的弹性模量都位于相同的位置, 且与应力或应变的位置相对应. 为了验证新算法, 对相同的模型采用了不同的算法计算和比 较. 研究结果表明, 旋转交错网格有限差分算法和普通交错网格有限差分算法的结果吻合很好. 不仅如此, 新算法能很方便地处理声阻抗差别较大的非均匀介质, 特别是在模拟充有液体或气体的裂缝介质时更具优势. 另一方面, 应用完全匹配层吸收边界条件可以大大减少人工界面产生的反射波. 当边界层的厚度超过半个波长时, 在人工界面几乎无反射波产生. 理论和数值模拟结果表明, 旋转网格中的完全匹配层吸收条件与普通交错网格中的吸收效果和处理方法几乎相同. 此外, 建立了在等效弹性、孔隙弹性和各向异性弹性介质中的完全匹配层吸收条件的速度-应力差分方程系统.