高斯过程回归超参数自适应选择粒子群优化算法

超参数优化是减少高斯过程回归(Gaussian process regression,GPR)学习方法计算量,提高高斯模型性能的一个重要问题。为解决超参数优化问题中先验知识匮乏,对初始值过分依赖且易陷入局部最优等问题,文章引入粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法,并结合差分速度更新公式及自适应变异策略,提出了一种自适应差分粒子群-高斯过程回归优化(adaptive differential particle swarm optimization-Gaussian process regression,ADPSO-GPR)算法对GPR中超参数进行自适应优化。该算法在线性与非线性两类时序回归序列上与多种主流超参数优化算法进行对比,实验结果表明,采用该文算法优化超参数后的GPR具有较高的拟合精度及泛化能力。     

SDN流表更新的调度与快速响应

软件定义网络(SDN)中,流表规则匹配域之间相互重叠,使得流表更新问题变得复杂。一条更新规则往往会触发多条三态内容寻址存储器(TCAM)表项移动,导致更新时间长。另外,现有SDN交换机采用的TCAM多为单端口设计,当TCAM进行流表更新时,数据包查找会被阻塞,导致数据平面的转发性能受到影响。因此,如何实现快速更新并保障数据包查找,是提高网络性能的一个重要研究问题。该文以采用TCAM查找方案的SDN交换机为硬件基础,设计并实现了流表更新系统。多个网络应用的更新经过前端整合并同时下达时,系统对规则之间的依赖关系进行高效检测,赋予延时需求高的规则高优先级,使其能得到快速响应。该更新算法不会阻塞TCAM查找,可以实现查找和更新穿插执行。实验结果表明：通过采用不同的调度策略,系统性能在更新优先策略与查找优先策略之间取得了平衡。     

CCN中一种非混合式蚁群路由优化策略

蚁群优化(ant colony optimization,ACO)近年来在信息中心网络(content centric networking,CCN)路由领域的应用逐渐增多,其中,将ACO与其他机制相混合以改善路由性能的策略得到较多研究,但基于蚁群优化的混合式算法通常存在可扩展性低下,动态性差,网络成本高等问题。为此提出一种高效的非混合式蚁群路由算法(irritant ant framework,IAF)。添加一个新维度—一种动态的、仿生物的信息素分层,将传统单级别信息素上升为多级别信息素,增强蚁群对于路径的探索程度,抑制算法过早收敛;并且考虑了节点状态的动态性,实时改变信息素等级以选择最佳转发路径;此外,首次考虑了节点缓存特性对信息素更新策略的影响,构造出全新的信息素更新公式,,减小算法的收敛时间。实验结果表明,该算法能够有效地降低内容请求时延,提升缓存命中率,以较低的开销获得良好的CCN路由性能。     

基于深度强化学习的无人艇轨迹跟踪算法研究

针对欠驱动水面无人艇(USV)轨迹跟踪控制问题,提出一种基于近端策略优化(PPO)的深度强化学习轨迹跟踪控制算法．为引导控制器网络的正确收敛,构建基于长短时记忆(LSTM)网络层的深度强化学习控制器,设计了相应的状态空间和收益函数．为增强控制器的鲁棒性,生成轨迹任务数据集来模拟复杂的任务环境,以此作为深度强化学习控制器的训练样本输入．仿真结果表明：所提出的算法能有效收敛,具备扰动环境下的精确跟踪控制能力,有较大的实际应用潜力．     

人工神经网络混合剪枝算法

目前人工神经网络(ANN)应用中所遇到的挑战之一就是如何针对特定问题确定相应网络。基于进化算法和局部搜索算法两类策略的特点和不足,文中提出了混合剪枝算法HAP(HybridAlgorithmofPruning)。算法首先联合进化算法代表之一遗传算法(GA)和反向传播算法BP的不同优势完成ANN网络结构和权重进化的初步阶段;然后应用多权重剪枝策略(MW-OBS)进一步简化、确定网络结构。结合案例与以往的混合策略算法进行对比研究,结果表明HAP在寻优能力、简化网络结构、保证稳定性等方面均有明显优势,更加适合大规模ANN的优化问题。     

基于概率裁剪的球形译码算法

在适当的裁剪函数下,基于概率裁剪的球形译码(SPSD)算法能有效逼近最大似然检测(ML)算法性能,但其复杂度在低信噪比下较高。本文重点对SPSD算法的复杂度进行优化,并提出改进算法。改进算法利用迫零检测(ZF)解计算出初始半径,能有效降低球形译码的搜索范围,并优化裁剪函数,在几乎不损失性能的前提下,有效降低算法复杂度。仿真结果表明,在多输入多输出(MIMO)系统中,改进算法能够逼近SPSD算法的性能,并有效减少算法复杂度,能很好地达到检测算法性能和复杂度之间的折中。     

基于改进量子遗传算法的WSNs多路径路由研究

最优路径搜寻和能量优化是无线传感器网络(wireless sensor networks,WSNs)研究的两大关键性问题,基于簇结构的无线传感器网络模型,将改进的量子遗传算法引入WSNs网络层节能路由算法研究中,选取多条较优染色体代替一条最优染色体指导群体的进化;采用动态的量子旋转门调整策略,避免算法收敛于局部最优解;利用球面坐标角度对量子遗传算法编码,降低算法的复杂度;以路由所耗能量为优化目标,构造适应度函数。与基于传统遗传算法（genetic algorithm, GA）、标准量子遗传算法(quantum genetic algorithms, QGA)的多路径路由进行比较,实验表明,该算法比基于GA,QGA算法的多路径路由具有更低的网络能量消耗,更长的网络生存周期。     

配对组合测试用例集生成的一种新策略

基于人工蜂群(ABC)算法与粒子群优化(PSO)算法,提出了一种新的配对混合人工蜂群(PHABC)策略,用于求解含约束条件的配对组合测试中测试用例集的生成问题.实验结果表明,即使在带有参数约束的情况下,PHABC输出的最佳组合测试集结果正确性更高,相较于其他现有的策略,性能更优.     

基于回溯搜索优化算法的运动想象 脑机接口频带选择

在基于运动想象的脑机接口(BCI)中,特征提取是影响整个系统性能的一个关键部分。共空域模式(CSP)是一种有效的特征提取算法,它能很好地提取与事件相关去同步/同步(ERD/ERS)生理特征相关的节律信息,因而在BCI系统中得到广泛应用。然而,CSP算法的分类性能极大地依赖于EEG信号的滤波频带。一般情况下,大都采用8~30 Hz的带通滤波器滤波,因为这个宽带包含了产生ERD/ERS想象的mu(8~12 Hz)和beta(18~26 Hz)节律。为了更加精准的定位最佳频带,将8~30 Hz的宽带滤波细分为大小不等的子带滤波,利用回溯搜索优化算法(BSA)与CSP相结合来选择最优频带,并以分类错误率作为BSA的适应度值(即频带选择标准)。使用该算法对5个受试者的实验数据进行了交叉验证分类实验。实验结果表明,最优频带的平均分类正确率比宽带(8~30 Hz)可高出7.91%。     

基于ISSA-SVM的钻井卡钻事故预测

为预防钻井过程中卡钻事故的发生,通过提出了一种改进麻雀搜索算法(improved sparrow search algorithm, ISSA)优化支持向量机(support vector machines, SVM)的预测模型方法(ISSA-SVM),在发现者位置更新公式中引入一种改进的自适应非线性惯性递减权重;在警戒者位置更新公式中引入莱维飞行策略。利用主成分分析法(principal component analysis, PCA)对外国某大型油田的实测钻井数据进行降维处理,并利用惩罚参数和核参数进行卡钻事故的预测。实验结果表明：ISSA-SVM的预测准确率高达85.185 2%,且收敛速度更快,可见ISSA-SVM可有效预测钻井卡钻事故。     

混合蛛猴算法及其在乙炔加氢参数优化中的应用

蛛猴算法(SMO)是模拟蛛猴觅食行为的群智能优化算法,因其具有其良好的自组织能力而被广泛应用于数值优化领域。本文提出了一种混合蛛猴算法(QSMO)。该算法在SMO的基础上引入Metropolis准则、二次逼近法、局部随机搜索策略,并结合人工蜂群算法提高种群多样性,有效地提升了算法性能。选取了多个标准测试函数进行仿真对比,结果表明SMO的搜索精度与搜索速度均得到了显著提升。基于混合优化算法进行工业乙炔加氢反应器模型参数优化,结果表明该算法能够更好地求解工程优化问题。     

基于最大互信息的分层图像配准方法

基于互信息的图像配准算法具有精度高,鲁棒性强的特点,但是容易陷入局部极值,产生误匹配。本文在配准中采用归一化互信息(NMI)做价值函数,考虑了计算中的出界点和插值问题,将Powell算法与分层策略相结合来进行优化处理,并通过计算图像的灰度重心设置初始参数。实验结果验证了算法在匹配精度和速度上的有效性。     

一种有效的多峰优化鸟群算法

针对鸟群算法(BSA) 在处理多峰优化问题时容易出现陷入局部极值的问题,提出了一种有效的多峰优化鸟群算法(MOBSA) ,通过对仿生过程即鸟类身份的分类策略进行调整, 并将应用于初始位置生成和飞行位置更新的莱维飞行引入到鸟群算法中,从而有效地提高了鸟群算法的仿生智能性．以标准鸟群算法和粒子群算法作为对比,在 6 个优化函数的 30 维上进行了仿真对比实验．实验结果表明: 多峰优化鸟群算法在单峰函数上能有效地提高优化精度,在多峰函数上也能跳出部分极值,得到比鸟群算法更好的优化结果,是一种有效的改进鸟群算法．     

基于GPS与超宽带的室内外无缝定位改进算法

结合GPS、惯性导航技术以及超宽带(UWB)技术,提出基于定位信号数量和信号强度的定位方法切换策略.根据切换策略,将伪距测量、Chan-Taylor协同算法以及行人航迹推算算法进行松散组合,得到优化后的定位算法.通过实验验证了切换策略的可行性,优化了室内外交界区域的定位轨迹,为室内外无缝定位技术提供了思路.     

一种改进的近端策略优化算法

近端策略优化(proximal policy optimization, PPO)是从一个已知的分布附近来采样估计另一个分布,通过用新策略在老策略的附近学习来实现优化的,其中老策略作为新策略的近似分布。【目的】针对PPO算法在强化学习中学习效率及收敛性不够好的问题,提出一种改进的PPO算法。【方法】首先提出一种新损失函数来更新PPO算法中的网络参数,采用泛化优势估计(generalized dominance estimation, GAE)对优势函数进行描述;然后采用类似异步优势演员-评论家(asynchronous actor-critic, A3C)算法中的多线程策略来训练智能体;最后设计新的参数更新方式来实现对主副两种网络中的参数更新。【结果】本方法能够使智能体更快地完成学习训练,其训练过程中收敛性更好;由于多线程,其算法的训练速度会比常规的PPO算法至少快5倍。【结论】改进的PPO算法其性能更好,这为后续强化学习算法的研究提供了新思路。     

基于优化蚁群算法的AGV路径规划研究

针对基本蚁群算法在规划自动导引车(automated guided vehicle, AGV)路径时易出现的耗时长、搜索效率低、收敛速度慢以及易陷入局部最优等不足,文章提出一种优化蚁群算法。首先利用辅助蚁群的方向优势,帮助主蚁群初始化信息素,使路径搜索更具有针对性,提高路径搜索效率;其次加入伪随机状态转移策略,增加路径选择的多样性,防止算法过早收敛;接着使用蚁群的当前最优解、主蚁群一代蚁群中的最优解、最差解进行全局信息素更新,并引入最大最小蚂蚁系统对路径上的信息素进行限制;最后对栅格环境中的凹形障碍物进行处理,提高搜索质量。仿真实验表明,优化蚁群算法相较于其他蚁群算法,收敛速度更快、搜索能力更优。     

改进的粒子群优化算法在可靠性问题中的应用

提出了一种改进的粒子群优化(IPSO)算法以解决可靠性问题.IPSO算法使用3种策略来改进粒子群优化算法(PSO)的速度更新步骤,这有利于提高算法对解空间的开发能力.另外,一种动态调整的惯性权重被引入到速度更新中以平衡IPSO算法的全局搜索和局部搜索.实验结果表明,在解决可靠性问题上,IPSO算法比其他两种粒子群优化算法具有更强的收敛性和稳定性.IPSO算法是解决可靠性问题的一个有效的选择.     

新型教与学优化算法及其在需水预测中的应用

针对教与学优化(teaching learning based optimization, TLBO)算法解决复杂优化问题易陷入局部最优且解的精度低的不足,提出一种高效的教与学优化算法(efficient TLBO, ETLBO)以提升标准TLBO的全局优化性能。在ETLBO中,通过双种群混洗策略将种群分成两组,通过老师单独对最差学生进行教学过程,加快算法快速收敛到全局最优。通过求解4个典型的数值函数,仿真结果验证了ETLBO算法的有效性。通过ETLBO算法优化选择极限学习机(extreme learning machine, ELM)模型参数,并构建ETLBO-ELM模型,将其应用于城市需水量预测中。仿真结果表明,ETLBO优化的ELM模型具有良好的预测精度和泛化能力。     

基于多策略融合灰狼优化算法的特征选择方法

针对基本灰狼优化算法(grey wolf optimizer,GWO)在求解复杂优化问题时存在解精度低、探索与开发能力不平衡、收敛速度慢和易陷入局部最优的缺点,提出一种基于多策略融合的改进灰狼优化算法.首先,设计一种基于正弦函数的非线性过渡参数策略替代原灰狼优化算法中的线性递减策略,以实现算法从勘探到开发的良好过渡;其次,利用个体自身历史最佳位置和决策层个体共同引导群体进行搜索,以加速算法收敛速度和提高寻优精度;然后,在当前最优灰狼个体上引入小孔成像学习策略产生新的候选个体,以降低算法陷入局部最优的概率.选取6个基准测试函数进行数值实验.结果 表明:改进算法在求解精度和收敛速度指标上均优于其他比较算法.最后,将改进算法用于求解特征选择问题,对10个基准数据集的仿真结果表明,改进算法能有效地提高分类精度和选择最优特征.     

BGP网络的域间瓶颈预测算法

为减少Internet域间路由协议(BGP)按策略进行最优路径选择时可能引起的ISP(Internet Service Provider)域间或域内链路拥塞,提出瓶颈区域预测算法.该算法充分考虑域间流量的影响,以利用率最大链路作为瓶颈链路,分析更新消息对域间流量负载平衡的影响,并采用增量更新的机制进行域间路由信息的更新和传播.仿真结果表明,该算法可有效减少域间和域内链路拥塞.