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。     

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。     

函数优化的量子蝙蝠算法

基于量子进化算法和蝙蝠算法,提出一种新型优化算法——量子蝙蝠算法。该算法采用量子位对蝙蝠的位置进行编码,用量子旋转门实现对蝙蝠最优位置的搜索,用量子非门实现蝙蝠的变异以避免早熟收敛。通过对典型复杂函数的实验和与其他算法的比较,结果表明,该算法能够有效避免局部最优,全局寻优能力强。     

基于Bloch球面搜索的混沌量子免疫算法

目前大多数量子智能优化算法的个体均采用基于平面单位圆描述的量子比特编码,由于量子比特只有一个可调参数,量子特性没有得到充分体现,从而限制了优化能力的进一步提高。针对这一问题提出一种基于Bloch球面搜索的混沌量子免疫算法。该方法采用Bloch球面描述的量子比特对抗体进行编码,用泡利矩阵建立旋转轴,用量子比特在Bloch球面上的绕轴旋转实现优良抗体的克隆,通过在旋转角度中引入混沌变量动态改变转角大小实现局部搜索;用Hadamard门实现较差抗体的变异,实现全局搜索。仿真结果表明,提出的方法在搜索能力和优化效率两方面均比其他量子智能优化算法有所提高。     

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.     

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.     

基于量子遗传算法的滤波器参数优化

针对传统模拟滤波器设计对于较为复杂的目标需求往往精度与效率均较差的问题,提出一种基于量子遗传算法(quantum genetic algorithm,QGA)的模拟滤波器优化设计方法。量子遗传算法是量子计算理论与进化理论相结合的产物,同传统遗传算法(classical genetic algorithm,CGA)相比具有种群多样性好、收敛速度快和全局寻优能力强的特点。引入QGA算法对滤波器参数进行寻优。通过采用自适应的量子旋转角调整策略并引入量子交叉、变异及群体灾变操作,提高了算法的搜索效率,降低了算法出现早熟的可能性。实例计算表明了算法在该类问题中的有效性和可行性。     

一种量子磷虾群融合算法及其应用

针对磷虾群算法和量子进化算法的缺陷,提出了一种量子磷虾群融合算法(quantum krill herd fusion algorithm,QKH)。该算法通过采用双链实数编码量子磷虾位置,加快收敛速度,避免量子观测的随机性和复杂性;通过利用动态调整的量子磷虾群旋转门更新磷虾位置,提升收敛精度,提高量子旋转相位的确定效率;通过改进的量子全干扰交叉策略,避免算法陷入局部最优,提升优化效率。通过经典测试函数验证了所提算法的优势。建立了QKH-BPNN空调负荷预测模型,仿真结果表明：该模型具有更好的准确性和稳定性。     

基于相位编码的量子蚁群算法

针对蚁群算法只适用于离散优化问题的局限性和收敛速度慢的问题, 提出一种适合连续优化的量子蚁群算法. 该方法直接采用量子位的相位对蚂蚁编码. 首先基于信息素强度和可见度构造的选择概率, 选择蚂蚁的前进目标; 然后采用量子旋转门更新描述蚂蚁位置的量子比特, 完成蚂蚁移动; 采用Pauli-Z 门实现蚂蚁的变异增加位置的多样性; 最后根据移动后的新位置完成蚁群信息素强度和可见度的更新. 由于优化过程统一在空间[0,2π]ⁿ 进行, 而与具体问题无关, 因此, 对不同尺度空间的优化问题具有良好的适应性. 以函数极值优化和聚类优化为例, 仿真结果表明该方法的搜索能力和优化效率明显优于普通蚁群算法和标准遗传算法.     

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.     

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.     

量子协同免疫算法用于SAT问题的求解

根据协同策略和量子免疫计算理论,提出一种求解SAT问题的量子协同免疫算法。该算法在将SAT问题转化为函数优化问题的基础上,采用多个子种群。分别采用量子比特编码来表达个体,采用通用的量子旋转门策略演化个体,采用量子交叉操作阻止早熟收敛;各种群独立演化,同时引入量子协同理论,采用协同算子使得算法的搜索效率更高。实验采用标准SATLAB库中的3 700个不同规模的问题对算法进行测试,并与简单克隆选择算法、量子遗传算法、量子免疫克隆选择算法进行比较。结果表明,量子协同免疫算法的平均成功率最高,平均运行时间和平均评价次数最少。     

基于遗传算法和最速下降法的函数优化混合数值算法

在遗传算法中嵌入一个最速下降算子，并定义适当的适应度函数和子代个体的选择算子，从而可结合遗传算法和最速下降法两者的长处，得到既有较快收敛性，又能以较大概率得到全局极值的新的用于连续函数全局优化的混合数值算法。数值计算结果表明了本文方法显著优于求解函数优化的遗传算法和最速下降法.     

Controlling the probability density of quantum systems

A new method to design a quantum controller which directly controls the probability density function(PDF) of quantum systems is proposed.Based on the quantum model from the PDF perspective,two specific control algorithms are proposed with uniform and non-uniform fields,respectively.Then a detailed control algorithm with convergence analysis is given for the small error case.By appropriately estimating the selected Lyapunov function,more accurate control effect is achieved.The proposed scheme provides a constructive method to find appropriate parameters for controller design.