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.     

求解连续空间优化问题的量子差分混合优化算法

借鉴量子计算的相关原理和差分进化思想,提出一种用于连续空间优化问题的量子差分混合优化算法。算法的核心是构造由决策向量的分量和量子位概率幅为等位基因的实数编码染色体;采用依据染色体的具体形式设计的互补变异进化部分优秀个体,以加快算法的收敛速度;利用差分进化思想进化部分随机选取个体,以保持算法的全局搜索能力和鲁棒性。对Benchmark函数测试表明,该算法具有寻优能力强、搜索精度高和稳定性好的特点。应用该算法求解路基沉降预测模型参数估计问题,能够有效提高实测沉降数据的拟合精度.     

基于自适应相位旋转的Grover量子搜索算法

在使用Grover量子搜索算法对给定规模的无序数据库搜索时,随着搜索目标数的增加,获得正确结果的概率大幅度下降.分析了出现这种现象的原因,研究了算法中的Grover叠代过程,提出了一种新的自适应相位旋转策略.应用这一策略,当搜索目标数超过目标总数的(3-√5)/8时,只需两步搜索;当搜索目标数超过目标总数的1/4时,只需一步搜索,即可获得恒等于1的成功概率.实验表明新相位旋转策略是有效的.     

一种基于MUSIC算法的二次搜索解模糊方法

在基于阵列天线的DOA估计中,研究者采用了多种手段和方法用来提高测角精度,而往往测角精度越高,角度模糊越严重。针对测角精度和角度模糊是相互矛盾的问题,提出了一种基于MUSIC算法的二次搜索的解模糊方法。首先用MUSIC算法粗搜索出目标信号的低精度来向,然后根据阵列设置推导出第二次搜索的角度范围,最后在新的角度搜索范围内进行小步长的角度搜索,得到目标信号的高精度来向。计算机仿真结果表明,本方法可以更快速、准确地实现高精度无模糊测向。     

车辆路径问题(VRP)的蚂蚁搜索算法

车辆路径问题(vehicle routing problem，VRP)是组合优化中一个典型的NP难题，理论上，目前仅能保证一些相对小规模的问题可求得最优解．基于近些年出现的新型智能优化思想：人工蚂蚁系统，给出了一种可快速求解VRP的蚂蚁搜索算法．通过定义基本的人工蚂蚁状态转移概率，并结合局部搜索策略，用迭代次数控制算法的运行时间，从而使该方法具有实用意义和可操作性．经一系列数据测试和验证，并与若干已有的经典算法相比较．获得了较好的结果．     

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.     

自适应分组量子衍生蛙跳算法

为提高传统蛙跳算法的优化能力,基于组内平均目标函数值实施动态分组,采用多量子比特概率幅实施个体编码,基于组内最优蛙和组间最优蛙确定旋转角度,采用基于张量积构造的多比特量子旋转门实施组内最差蛙的更新.标准函数极值优化的实验结果表明,该算法的单步迭代时间较长但优化能力较传统蛙跳算法约有两个数量级的提高,从而表明提出的分组策略和编码方法切实能够提高传统蛙跳算法的优化能力.     

Membrane-inspired quantum shuffled frog leaping algorithm for spectrum allocation

To solve discrete optimization difficulty of the spectrum allocation problem,a membrane-inspired quantum shuffled frog leaping(MQSFL) algorithm is proposed.The proposed MQSFL algorithm applies the theory of membrane computing and quantum computing to the shuffled frog leaping algorithm,which is an effective discrete optimization algorithm.Then the proposed MQSFL algorithm is used to solve the spectrum allocation problem of cognitive radio systems.By hybridizing the quantum frog colony optimization and membrane computing,the quantum state and observation state of the quantum frogs can be well evolved within the membrane structure.The novel spectrum allocation algorithm can search the global optimal solution within a reasonable computation time.Simulation results for three utility functions of a cognitive radio system are provided to show that the MQSFL spectrum allocation method is superior to some previous spectrum allocation algorithms based on intelligence computing.     

基于量子多目标进化算法的多任务Agent联盟生成

多Agent联盟生成是多Agent系统的关键问题之一, 主要研究如何在多Agent系统中动态生成面向任务的最优联盟. 为使Agent能稳定的组织起来完成单Agent不能完成的任务并在成本、资源、利益等方面达到一个良好的平衡性能并达到全局最优, 提出了联盟多目标综合评价模型, 并将量子进化多目标算法应用于多目标多任务Agent联盟问题, 运用编码的映射, 将资源组合和任务分配合并为一个过程, 降低了问题的复杂性. 对比实验结果表明该算法求得的解的质量高, 平衡性好, 能有效避免了联盟死锁和资源浪费.     

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.     

一种新的基于模糊聚类的多目标跟踪算法

提出了一种新的基于模糊聚类的多目标跟踪算法,该算法通过模糊聚类得到测量点迹与目标预测位置之间的隶属度,并将其作为权值系数对有效回波的信息量进行加权,来实现目标的状态估计的更新。仿真结果表明,传统算法在多目标密集时易产生关联错误而导致跟踪发散,新算法通过加权过程保证了对多目标的高精度跟踪。     

基于一种快速搜索策略的图像匹配

基于灰度相关的图像匹配法,因匹配概率高而广泛应用于各个领域,但传统灰度相关算法的搜索策略是遍历性的,匹配速度较慢。为提高图像匹配速度,提出一种全局并行爬山搜索策略,实现了非遍历性搜索,并能快速找到最优匹配点,并引入了一个搜索路经表对已搜索过的点作标记,以防止对某些点的重复搜索。实验结果表明了该算法的图像匹配具有快速性和较高的准确性。     

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)。     

基于分解技术的动态多目标引力搜索算法

为有效求解动态多目标问题,提出一种基于分解技术的动态多目标引力搜索算法.首先为在环境变化前,得到解集分布性和收敛性都较好的非支配解集,采用基于分解技术的静态多目标引力搜索算法求解环境变化前的静态多目标问题;当环境变化后,根据相邻子种群最优解的相似性与同一权重向量对应子种群最优解的相似性,提出一种新的对最优解的预测模型,以缩小环境变化后各子问题的搜索空间,提高算法的求解效率.最后与目前较先进的静态多目标算法和预测策略在四个测试问题上进行比较,实验结果表明,当待优化问题随时间变化时,本文方法能够取得收敛精度更高、解集分布性更好的最优解集.     

基于量子遗传算法的港口目标瞄准点选择

使用多枚巡航导弹攻击港口目标时,瞄准点选择非常关键,传统方法所用模型较为简单、算法较为耗时。为此,根据港口子目标幅员特性,构建矩形化子目标,并按离差最大思想赋予威胁指数。从毁伤效果出发,以毁伤下界为限,构建港口目标威胁消除模型。将量子理论引入遗传算法,构建量子遗传融合算法,并用其求解瞄准点分布。仿真结果表明,得出的瞄准点具有较高可靠性,验证了模型的有效性,所用算法能在短时间内找出最优解,提高了解的收敛速度。     

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.     

Pattern recognition of quantum information based on patterndistance

1.INTRODUCTION In1980s’,thequantuminformationtheoryhas rapidlydevelopedbecauseoftheclosecombinationof quantumtheoryandinformationscience.Quantum informationhasmanyadvantagesoverclassicalinfor mation.Forexample,quantumcommunicationcan providemoresecurequantumcryptography[1]and quantumcomputationcanspeedupsolvingsome mathematicalproblems[2].Theseadvantagesarede rivedfromsomespecialquantumcharacteristics,such asuncertainty,quantumcoherenceandquantumen tanglement[3].Itistheseadvantagesthatma…     

Enhanced minimum attribute reduction based on quantum-inspired shuffled frog leaping algorithm

Attribute reduction in the rough set theory is an important feature selection method,but finding a minimum attribute reduction has been proven to be a non-deterministic polynomial(NP)-hard problem.Therefore,it is necessary to investigate some fast and effective approximate algorithms.A novel and enhanced quantum-inspired shuffled frog leaping based minimum attribute reduction algorithm(QSFLAR) is proposed.Evolutionary frogs are represented by multi-state quantum bits,and both quantum rotation gate and quantum mutation operators are used to exploit the mechanisms of frog population diversity and convergence to the global optimum.The decomposed attribute subsets are co-evolved by the elitist frogs with a quantum-inspired shuffled frog leaping algorithm.The experimental results validate the better feasibility and effectiveness of QSFLAR,comparing with some representative algorithms.Therefore,QSFLAR can be considered as a more competitive algorithm on the efficiency and accuracy for minimum attribute reduction.     

基于边界矩和改进FCM聚类的水下目标识别

水下目标的识别是水下机器人对环境动态感知、快速定位与跟踪视觉目标的关键, 本文针对水下成像的特殊性以及成像环境的复杂性,旨在设计一种快速、准确的目标识别系统以指导水下机器人进行下一步的任务. 首先, 综合运用一些流行的算法, 简要介绍了一种有效的边界分割算法; 然后通过对边界矩的分析和修正, 构造了具有平移、旋转及比例变换不变性的仿射变换; 最后详细描述了改进的FCM聚类识别的设计理念. 通过对实测的4类物体组成的水下目标的识别实验, 证明了所提水下目标识别系统可以用于水下目标识别, 并且具有较高的鲁棒性和实时性.     

捷变频联合波形熵的密集假目标干扰抑制算法

密集假目标干扰具备欺骗性和压制性的双重特性,严重影响雷达作战效能.对此,提出一种捷变频联合波形熵的密集假目标干扰抑制算法.首先采用Kittler算法进行二值化处理;其次利用波形熵识别目标和干扰;然后采用局部离群因子检测算法对目标回波中叠加有较强干扰旁瓣的数据进行剔除;最后采用稀疏重构算法进行脉间相参处理.数字仿真实验和...