Steiner最小树问题的量子蚁群算法

Steiner最小树问题是组合优化中一个经典的NP难题,本文在蚁群算法的基础上结合量子计算提出一种求解欧氏Steiner最小树问题的量子蚁群算法.将量子比特、量子逻辑门以及Grover量子算法引入到蚁群算法中去,有效提高了算法的全局搜索能力,搜索速度也有显著的提高.一系列数据实例计算与比较表明,量子蚁群算法较蚁群算法在Steiner最小树问题的求解上具有更好的性能.     

量子神经网络软测量模型及应用

提出了一种基于量子神经网络的软测量模型,组成该模型的量子神经元对信息的处理分为两阶段。第一阶段为宏观信息收集部分,产生控制量子比特;第二阶段为微观信息处理部分,根据控制量子比特,改变工作量子比特,即神经元的状态,整个过程模拟量子受控非门。以某石化厂乙烯收率为软测量对象,实验结果显示出,提出的量子神经网络软测量模型可以较好地跟踪乙烯收率的变化。     

量子计算及其在信号与信息处理中的应用

介绍了量子计算的发展历史、现状和前景。讨论了量子计算的基本原理。列举了两种典型的量子算法 ,并结合信号与信息处理领域中所遇到的问题 ,指出了量子计算在该领域中的应用前景。最后介绍了目前国内外在量子计算方面的进展情况     

利用量子计算语言进行量子通信仿真

量子通信是利用量子位进行信息传送的一种绝对安全的通信方式。将一种用于量子计算仿真的量子计算语言引入量子通信的研究中,实现了一种典型的量子安全直接通信协议的正确性、安全性仿真验证,并得到各种性能指标。仿真结果与理论分析结果的一致性验证了利用量子计算语言进行量子通信协议仿真的可行性。量子计算语言的引入,为量子通信的研究提供了一种强大、简便、通用的工具。     

一种新量子进化算法及其在函数优化中的应用

基于量子计算理论和进化理论,提出了一种新的量子进化算法-基于实数编码的量子进化算法(RQEA).不同于传统进化算法的单点编码和量子进化算法的量子比特编码,算法以实数矩形区域来表示基因,一条染色体携带多个个体信息.利用量子态叠加和相干机理,通过叠加、变异及自学习来完成进化过程.实验表明,该算法在函数优化上具有优异的性能.     

混合混沌量子进化算法

针对量子进化算法计算量大、收敛速度慢以及容易出现早熟等问题, 提出混合混沌量子进化算法. 该算法采用混沌 初始化方法产生初始种群, 使种群具有较好的多样性;采用简单量子旋转门更新当前种群中的非最优个体, 降低算法的计算量; 提出混合混沌搜索策略以提高算法的收敛速度和全局搜索能力. 大量的测试表明, 与量子进化算法、实数编码量子进化算法和 混合量子遗传算法相比, 所提出的算法具有较快的收敛速度和较好的寻优能力. 大量的测试也表明, 若将混沌引入量子进化算法, 则混合混沌搜索策略的综合性能明显优于载波混沌策略, 在大多数情况下优于混沌变异策略. 本文提出的算法是惟一的每次测试 都收敛的算法, 且实现简单, 便于工程应用. 将其用于求解城市道路的交通信号配时优化问题, 实际效果令人满意.     

基于量子遗传算法的正规模糊神经网络控制器设计

针对模糊神经网络控制器通常涉及的参数较多,反传播算法难于收敛的问题,提出了一种优化设计正规化模糊神经网络控制器的量子遗传算法。该方法用量子比特构成染色体,用量子旋转门进行染色体更新,用量子非门进行染色体变异,将量子位的概率幅看作两个并列的基因,因此每条染色体包含两条并列的基因链,在染色体数目相同时,可提高获得全局最优解的概率。对控制器参数随机编码建立初始群体,利用量子遗传算法进行参数优化。实验结果表明该方法是有效的。     

带时间窗车辆路径问题的量子蚁群算法

带时间窗的车辆路径问题(VRPTW)是VRP的一种重要扩展类型, 是组合优化中的一个NP难题, 针对蚁群算法在求解VRPTW问题时易陷入局部最优和收敛速度慢的问题, 本文结合量子计算提出一种求解VRPTW的量子蚁群算法(QACA). 通过定义人工蚂蚁的转移概率, 增加量子比特启发式因子, 以及用量子旋转门实现信息素更新, 从而提高算法的全局搜索能力, 有效避免了算法陷入局部最优. 经一系列VRPTW的仿真实验表明, 量子蚁群算法较蚁群算法在求解VRPTW问题上具有更好的性能, 通过与其他算法的比较, 进一步说明量子蚁群算法是可行有效的.     

三维医学图像分割的改进量子进化搜索算法

传统量子进化算法用于搜索某些函数极值时精确度较低且稳定性较差.针对该问题,借鉴模拟退火算法,根据进化代数及个体的适应度值,修正了传统量子进化算法旋转门函数的旋转角度值,并应用于三维医学图像分割,从而形成了一种用于三维医学图像分割的改进量子进化算法.100次阈值计算实验结果表明,提出的分割算法与传统量子进化算法相比,在保持了传统量子进化算法收敛速度快特点的同时,可大大提高算法在三维分割中的精确性和稳定性.     

量子K最近邻算法

为减少经典K最近邻算法的时间复杂度,提出了量子K最近邻算法(QKNN)。介绍了QKNN算法的构造步骤,然后为减少量子计数子程序的运行时间,进一步将固定的K值修改为可变的k,形成改进的k可变的量子最近邻算法(QkvNN)。为弥补由于最近邻个数K变化带来的分类错误率上升的影响,在Boosting算法框架下,用三个由QkvNN算法训练的弱分类器,去构造了一个强分类器,从而提高单独运行QkvNN的分类精度。在此算法中,由于利用了量子计算的强大能力,使得经典K最近邻算法的时间复杂度从O(N)减小为O(N)。     

Learning algorithm and application of quantum BP neural networks based on universal quantum gates

A quantum BP neural networks model with learning algorithm is proposed. First, based on the universality of single qubit rotation gate and two-qubit controlled-NOT gate, a quantum neuron model is constructed, which is composed of input, phase rotation, aggregation, reversal rotation and output. In this model, the input is described by qubits, and the output is given by the probability of the state in which （1） is observed. The phase rotation and the reversal rotation are performed by the universal quantum gates. Secondly, the quantum BP neural networks model is constructed, in which the output layer and the hide layer are quantum neurons. With the application of the gradient descent algorithm, a learning algorithm of the model is proposed, and the continuity of the model is proved. It is shown that this model and algorithm are superior to the conventional BP networks in three aspects： convergence speed, convergence rate and robustness, by two application examples of pattern recognition and function approximation.     

量子遗传算法及在模糊控制器参数优化中的应用

提出了一种基于实数编码的量子遗传算法。该方法用量子比特构成染色体,用量子旋转门进行染色体更新,用量子非门进行染色体变异。针对量子旋转门的旋转角方向的选择,提出了一种简易快捷的新方法。基于适应度函数的梯度信息,构造了旋转角大小的计算公式。该方法将每一量子位的两个概率幅,看作上下两个并列的基因,每条染色体包含两条并列的基因链,每条基因链代表一个优化解。在染色体数目相同时,可显著加速优化进程,提高获得全局最优解的概率。模糊控制器参数优化问题的仿真结果表明,该方法在搜索能力方面明显优于普通量子遗传算法。     

渐近式Bloch球面搜索的量子遗传算法及其应用

为了进一步加快搜索速度,提高优化效果,提出了一种渐近式Bloch球面搜索的量子遗传算法.在该算法中,首先采用Bloch球面坐标对量子染色体进行编码,然后基于最小二乘法理论,构建了量子染色体的更新策略,建立了量子旋转门角度大小和方向的公式,最后构造了变异操作中相位公式.将本文算法应用于多变量函数极值优化问题进行验证.实验结果表明,该算法不仅具有较好的种群多样性和随机性,而且还具有进化代数少、收敛速度快和优化效率高等优点.     

一种基于相位比较的量子遗传算法

针对量子遗传算法不适于连续函数优化的问题,提出了一种改进的量子遗传算法。该算法直接将量子染色体与当前最优解相比较来确定旋转门的旋转角,种群中各个体以不同速率向最优解进化以同时实现全局搜索与局部搜索,引入变异操作以防止算法早熟收敛。对该算法及其全局收敛性进行了分析后,将其用于函数极值求解与PID控制器的参数优化,并与遗传算法和量子遗传算法进行比较。仿真结果表明该算法具有较好的寻优性能。     

Quantum-inspired ant algorithm for knapsack problems

The knapsack problem is a well-known combinatorial optimization problem which has been proved to be NP-hard. This paper proposes a new algorithm called quantum-inspired ant algorithm (QAA) to solve the knapsack problem. QAA takes the advantage of the principles in quantum computing, such as qubit, quantum gate, and quantum superposition of states, to get more probabilistic-based status with small colonies. By updating the pheromone in the ant algorithm and rotating the quantum gate, the algorithm can finally reach the optimal solution. The detailed steps to use QAA are presented, and by solving series of test cases of classical knapsack problems, the effectiveness and generality of the new algorithm are validated.     

一种复值可分离的泛函网络学习算法

泛函网络是最近提出的一种对神经网络的一般化推广。与神经网络不同,它处理的只是一般的实值泛函模型,针对该问题,将实值泛函神经元推广到复值泛函神经元,再对复值泛函神经元的结构作了变形,提出了一种复值泛函网络新模型,给出了基于梯度下降法的复值可分离泛函网络学习算法。采用复分析的方法,利用单一泛函神经元模型,借助于正交边界和实步长函数概念求解复值XOR分类问题。通过理论分析可看出,相比复值神经网络,用复值泛函网络解决问题具有很强的计算能力。     

Quantum key distribution protocol of mesh network structure based on n+1 EPR pairs

Quantum key distribution (QKD) is used in quantum cryptographic systems to exchange secret key between parties who need to communicate secretly.According to the structure of European Secoqc QKD network,a QKD protocol is proposed.Entanglement swapping between Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) pairs can be used to exchange message bits in two remote places.Based on this idea,n+1 EPR pairs are used as logical quantum channel (for n nodes per routing),while measurements of Bell operator are transmitted by classical channel.Random space quantum channel selection is exploited in our protocol to improve the probability of revealing Eve.Compared with traditional EPR protocol,the proposed protocol exhibits many features,which are minutely described.