基于SAEM-HMM的设备状态诊断模型研究

针对设备状态诊断问题,提出了基于模拟退火和期望最大化算法的隐马尔可夫模型(SAEMHMM).该模型针对改进传统隐马尔可夫模型对初值敏感及期望最大化算法容易陷入局部最优的不足,将模拟退火算法与期望最大化算法结合,利用前者具有概率的全局收敛性,克服局部最优问题,实现隐马尔可夫模型参数估计过程的优化.最后通过算例分析验证了该模型的可行性与有效性.     

基于Kriging模型的多点加点准则和并行代理优化算法

针对并行仿真环境下复杂工程系统的优化设计问题,提出一种基于Kriging模型、多目标策略和聚类方法的并行代理优化算法.该算法的多点加点准则,以同时优化期望改进准则和可行性概率准则为目标,首先生成兼具目标响应改进和可行域边界刻画功能的备选试验点集;再利用聚类方法从备选点集中选取多个有代表性的新试验点.通过两个数值算例和一个工程算例,将所提并行优化算法与已有算法做比较,结果表明所提算法具有更高的优化精度、效率和稳健性.     

基于高斯过程模型的时空响应稳健参数设计

针对大规模时空数据的稳健参数设计问题,将快速不可分离高斯过程(fast nonseparable Gaussian process, FNSGP)模型与多元质量损失函数相结合,建立一个新的优化方案.首先,在考虑空间与时间相关性的条件下,使用FNSGP模型构建输入因子与质量特性之间的响应曲面,并采用前向滤波和后向平滑的快速、精确算法对模型进行估计和预测;其次,基于信噪比计算时空响应的联合损失权重,构造多元质量损失函数;然后,结合多元质量损失函数建立两阶段参数优化方案;最后,利用非线性优化算法寻找空间与时间因子的联合最优参数设计值.研究结果表明,本文所提方法可以有效地处理大规模时空数据的元建模与稳健参数设计问题,与可分离高斯过程、线性回归、随机森林等替代方法相比能够获得更为稳健的优化结果.     

基于多变量高斯过程模型的贝叶斯建模与稳健参数设计

针对模型预测偏差和波动的稳健参数设计问题,在多变量高斯过程(multivariate Gaussian process,MGP)建模的框架下,结合质量损失函数和非线性优化约束方法构建一个新的多响应优化模型.首先,利用成对估计方法获得超参数近似值,构建多变量高斯模型;其次,结合MGP模型特征,构造充分考虑响应波动因素的质量损失函数.利用蒙特卡罗模拟方法,获得响应落入指定区间的期望概率;然后,以期望概率为约束,结合本文所提质量损失函数建立优化模型;最后,利用全局优化算法进行寻优,获得考虑响应期望概率的优化结果.实际案例和软件仿真表明,该方法综合权衡了预测偏差和预测波动引起的不确定性对优化结果的影响.获得了兼顾质量损失和期望概率最优均衡解,从而实现稳健参数设计.     

随机双目标焊接车间调度建模与仿真

针对一个生产大型机械产品(如架桥机等)的企业的焊接车间的调度问题进行研究,对m位工人加工n个结构件的随机调度问题建立数学模型,并以最小化最大的加工完成时间的期望与方差为优化目标.为求解该模型,对二进制粒子群算法(BPSO)进行改进,并采用动态领域策略、新的粒子个体板值选择以及一维优化方法求解双目标优化问题.通过实例仿真,结果证实修改后的算法是有效的,并能够找到Pareto前沿解.     

考虑测量误差和随机效应的设备剩余寿命预测#br#

针对非线性退化设备的剩余寿命预测问题,尚未系统研究考虑测量误差和随机效应的退化建模、先验参数估计及相应的剩余寿命预测方法。首先建立考虑测量误差和随机效应的非线性Wiener退化模型;利用同类设备历史监测数据,基于期望最大化算法估计出退化模型中固定系数和随机系数先验分布;采用状态空间模型描述目标设备当前监测状态,基于Kalman滤波算法迭代估计出随机系数后验分布和当前真实退化状态;利用全概率公式,推导出考虑隐含状态估计不确定性的设备剩余寿命的概率密度函数;仿真实例分析表明,所提方法较现有方法在参数估计误差和剩余寿命预测精度上具有一定优势。     

分段平稳变结构DBN模型区域内的结构学习

为解决在有限的样本数据和缺乏先验知识条件下对非平稳随机过程进行建模的问题,提出分段平稳变结构动态贝叶斯网络(dynamic Bayesian network,DBN)的概念。在每一个平稳模型区域内,将模型近似表征为一阶条件独立DBN,稀疏的结构加快了DBN的学习过程。改进了基于标准马尔可夫链蒙特卡罗(Markov chain Monte Carlo,MCMC)的DBN结构学习算法,利用自适应增加的马尔可夫链个数,有效防止标准MCMC算法在寻优迭代计算中出现过早收敛。与标准MCMC算法、结构期望最大化算法等进行对比实验,验证了所提算法的有效性。     

带丢包和量化的参数不确定系统滚动时域估计

针对网络化系统中丢包、量化和参数不确定性对状态估计的影响,提出一种带有预测补偿机制的鲁棒滚动时域估计算法。将丢包现象描述为概率已知的随机Bernoulli序列,并利用丢失数据的预测值进行丢包补偿,将数据量化引入的量化误差描述为观测方程中的一个有界不确定参数,将模型的不确定性描述为系统矩阵受到随机扰动,基于滚动优化策略,考虑量化和模型不确定性影响最严重的情况,通过滚动求解一个min-max问题得到最优状态估计器。对所提算法进行稳定性分析,推导了估计误差范数平方期望的一个上界函数,给出了估计误差范数平方期望收敛的充分条件。最后,通过仿真验证了所提算法的有效性。     

考虑随机冲击影响的多部件系统视情维修与备件库存联合优化

视情维修与备件库存联合优化是确保装备内关键部件安全运行, 降低维修保障成本的有效方法。针对现有模型忽略复杂环境中随机冲击影响的问题, 提出一种考虑随机冲击影响的多部件系统视情维修与备件库存联合优化模型。首先, 建立随机冲击影响下的退化模型及可靠度函数模型, 在首达时间的意义下利用阈值转换思想推导出剩余寿命概率分布, 采用极大似然法估计退化模型参数; 然后, 制定视情维修与备件库存联合策略, 以平均费用率最低为目标建立联合优化模型, 利用粒子群优化算法和蒙特卡罗仿真进行求解; 最后, 通过实例分析和敏感性分析验证了所提模型的有效性和应用价值。     

随机冲击影响的非线性退化设备剩余寿命预测

退化设备的剩余寿命(remaining useful life, RUL)预测是当前可靠性领域研究的一个热点问题。基于Wiener过程,提出一种考虑随机冲击影响的非线性退化设备RUL预测方法。首先,设备连续退化过程用一个非线性Wiener过程描述,而冲击导致退化水平突变的影响由一个复合泊松过程刻画;其次,基于所建立的退化模型和首达时间概念,推导出剩余寿命概率密度函数及其近似解析解,极大地减少了数值计算时间,并提出一种基于期望最大化算法的模型参数估计方法。数值仿真和航天锂电池实例验证表明,所提方法提高了RUL预测的准确性,对于解决存在随机冲击影响的设备RUL预测问题具有一定的理论指导意义。     

大规模MIMO系统的智能天线选择与功率分配方法研究

为了满足大规模多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)系统的数据传输需求并降低系统能耗,提出一种基于量子化学反应优化的智能天线选择与功率分配方法。根据大规模MIMO系统不同时段的用户传输需求建立智能天线选择与功率分配模型,推导出其最大能效方程。为有效求解该非线性、多约束的混合优化难题,结合量子计算和化学反应优化机制的优势设计了量子化学反应优化算法,可得到最佳的天线选择与功率分配方案。仿真结果表明,所提的智能天线选择与功率分配方法能实时满足用户的信息传输需求,显著提高系统能效。针对不同的仿真场景,所提方法与现有的智能算法与分配策略相比均可得到最高的系统能效。     

大规模MIMO系统的智能天线选择与功率分配方法研究

为了满足大规模多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)系统的数据传输需求并降低系统能耗,提出一种基于量子化学反应优化的智能天线选择与功率分配方法。根据大规模MIMO系统不同时段的用户传输需求建立智能天线选择与功率分配模型,推导出其最大能效方程。为有效求解该非线性、多约束的混合优化难题,结合量子计算和化学反应优化机制的优势设计了量子化学反应优化算法,可得到最佳的天线选择与功率分配方案。仿真结果表明,所提的智能天线选择与功率分配方法能实时满足用户的信息传输需求,显著提高系统能效。针对不同的仿真场景,所提方法与现有的智能算法与分配策略相比均可得到最高的系统能效。     

基于特征选取与树状Parzen估计的入侵检测

针对目前网络空间安全形势快速变化带来的新风险和新挑战, 提出一种基于相关性分析的特征选取和树状Parzen估计优化的入侵检测方法。首先, 通过基于相关性分析的数据特征选取方法对数据维度进行压缩。其次, 对原始数据集进行特征筛选, 生成新的特征子集。最终, 使用序列模型优化算法中的树状Parzen估计算法对随机森林算法进行模型优化。实验结果表明, 相比其他应用机器学习算法的入侵检测方法, 所提方法在提升综合性能的同时拥有更高的检测效率, 有效地提升了入侵检测技术的实用性。     

基于强化学习的改进三维A*算法在线航迹规划

针对飞行器在线航迹规划对算法实时性与结果最优性要求高的问题,基于强化学习方法改进三维A^*算法。首先,引入收缩因子改进代价函数的启发信息加权方法提升算法时间性能;其次,建立算法实时性与结果最优性的性能变化度量模型,结合深度确定性策略梯度方法设计动作-状态与奖励函数,对收缩因子进行优化训练;最后,在多场景下对改进后的三维A^*算法进行仿真验证。仿真结果表明,改进算法能够在保证航迹结果最优性的同时有效提升算法时间性能。     

基于局部搜索机制MOGA的多目标ADGHP建模及优化

依据航班的进离港过程,提出了一种航班优先系数计算策略,使得延误损失在进离港航班之间的分配合理化;在此基础上建立了一种进离港地面等待问题(ADGHP)多目标优化模型,以实现延误损失和续航航班延误时间的多目标优化.针对问题模型的复杂性以及现有多目标遗传算法(MOGA)的不足,提出了一种引入局部搜索机制的多种群遗传算法对问题求解,并改进优秀个体迁移策略,实现多目标的协同优化.最后,以国内某机场进离港航班为算例,使用所提算法进行计算,并与其它典型算法的求解结果对比,实验结果表明了所提模型与算法的有效性.     

航天器抗辐射等效试验评估建模

针对当前多组源X射线辐射地面模拟试验无法进行的问题, 提出一种单组源X射线辐射等效优化方法, 用来指导等效单组源X射线辐射地面模拟试验中多因素值的确定。首先, 利用克里金模型和层次高斯过程模型等两种数据融合建模方法, 分别构建对应的单组源X射线辐射地面模拟试验数据融合模型。然后, 分别在克里金模型和层次高斯过程模型的基础上, 提出期望提高等效优化算法和层次期望提高等效优化算法。通过对两种优化算法的对比分析可知, 层次期望提高等效优化算法在搜索中包含更多不确定性, 全局搜索效果更佳。仿真结果表明,所提方法可为后续进行等效单组源X射线辐射地面模拟试验提供目标指导。     

动态联盟中的项目风险优化模型

研究动态联盟中以活动网络形式组织的风险型项目,建立了项目风险优化模型。模型的目标是通过制定项目实施策略和对活动追加费用,降低项目失败风险,实现项目期望收益最大化。针对目标的非线性特性,设计遗传算法来求解模型。计算结果证明了算法的有效性和模型的实用价值。     

α-鲁棒的危险品道路运输应急设施选址问题

针对危险品道路运输, 优化应急设施选址能对危险品事故做出快速响应, 降低事故损失, 提升政府应急管理水平. 应急设施的响应半径经常发生波动, 针对这种不确定性, 首先利用经典的场景方法, 提出一个目标分层的α-鲁棒的弧段覆盖模型, 该模型第一目标是最小化需要建立的设施数目, 第二目标是最大化期望的加权覆盖率, 且各个场景下的加权覆盖率都大于等于最大覆盖率的100(1-α)%; 然后利用贪婪算法进行求解, 最后通过一个实例说明, 该模型为应急设施的选址优化提供了一种有效的解决方法.     

求解大规模多背包问题的高级人工鱼群算法

针对复杂的大规模多背包问题,提出了一种基于高级人工鱼群算法的求解方法。为了解决人工鱼群算法收敛速度慢、求解精度低的问题,所提算法通过改进其初始化方法,优化人工鱼个体的行为选择方式和追尾行为来加快问题求解的收敛速度;同时引入了动态视野及步长和人工鱼调整策略来提高算法搜索的精度。仿真实验表明:与现有的算法相比,所提算法不仅能快速收敛,而且可以达到更高的精度,尤其是对于规模越大的多背包问题算法性能提升越明显。     

多中心社区居家养老服务调度与服务网络优化

针对随机环境下的复杂多中心社区居家养老服务问题,以最小化总运营时间为目标,建立带机会约束的随机规划模型.设计改进的混合牧羊人优化算法,通过引入交叉算子,使新的步长更新仍基于当前和其他个体的位置信息,让算法能够用于解决具有离散特点的社区居家养老服务问题.最后,通过不同规模的算例试验和算法比较,验证了所提算法的有效性.