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1、寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多结构振动的智能控制算法概述：结构振动的智能控制算法概述：模糊控制、神经网络、遗传优化模糊控制、神经网络、遗传优化刘敏 哈尔滨工业大学 土木工程学院2012春季学期研究生智能控制 寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义
2、的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多结构振动智能控制算法结构振动智能控制算法n研究的必要性研究的必要性结构的主动控制算法通常要求建结构的主动控制算法通常要求建立精确的结构振动模型立精确的结构振动模型 建成后实际结构非结构构件和质量建成后实际结构非结构构件和质量变化都将影响结构振动的计算模型变化都将影响结构振动的计算模型 实际结构在诸如地震、强风等强烈动力荷载实际结构在诸如地震、强风等强烈动力荷载作用下可能进入非线性、结构构件的作用下可能进入非线性、结构构件的强度和刚度可能发生退化强度和刚度可能发生退化 研究不依赖于精确数学模型，具有一定的研究不依赖于精确数学模型，具有一定的学习能力和非线
3、性逼近能力的学习能力和非线性逼近能力的“智能控制算法智能控制算法”成为结构振动研究发展的又一热点成为结构振动研究发展的又一热点 寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多结构振动智能控制算法结构振动智能控制算法n控制算法相互关系控制算法相互关系模糊控制模糊控制遗传算法遗传算法神经网络神经网络经典控制经典控制现代控制现代控制非线性控制非线性控制寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实
4、而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多发展阶段发展阶段萌芽期（萌芽期（60年代）年代）形成期（形成期（70年代）年代）发展期（发展期（80年代）年代）高潮期（高潮期（90年代至今）年代至今）寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多智能控制算法概述智能控制算法概述1.1.模糊控制模
5、糊控制基本思想：基于专家经验对特定的被控对基本思想：基于专家经验对特定的被控对象或过程的控制策略总结成一系列控制规象或过程的控制策略总结成一系列控制规则，通过模糊推理得到控制作用集，并作则，通过模糊推理得到控制作用集，并作用于被控对象或过程用于被控对象或过程。基础是模糊数学。基础是模糊数学模糊系统的组成：模糊系统的组成：1 1）模糊化接口）模糊化接口 2 2）数据库）数据库 3 3）模糊规则集）模糊规则集 4 4）模糊推理机构）模糊推理机构 5 5）解模糊接口）解模糊接口寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临
6、，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多2.2.神经网络神经网络神经网络是指利用工程技术手段模拟人神经网络是指利用工程技术手段模拟人脑神经网络的结构和功能的一种技术，脑神经网络的结构和功能的一种技术，它实际上是一种大规模并行的非线性动它实际上是一种大规模并行的非线性动力学系统。力学系统。人工神经网络控制具有很强的非线性逼人工神经网络控制具有很强的非线性逼近、自学习和自适应、数据融合以及并近、自学习和自适应、数据融合以及并行分布处理等功能，在多变量、强非线行分布处理等功能，在多变量、强非线性耦合、大滞后系统的辩识、建模和控性耦合
7、、大滞后系统的辩识、建模和控制中显示出了明显的优势和应用前景。制中显示出了明显的优势和应用前景。智能控制算法概述智能控制算法概述寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多3.3.智能优化算法智能优化算法（1 1）遗传算法）遗传算法遗传算法是模拟生物的遗传和长期进化过遗传算法是模拟生物的遗传和长期进化过程建立起来的一种搜索和优化算法，它模程建立起来的一种搜索和优化算法，它模拟了生物界拟了生物界“生存竞争，优胜
8、劣汰，适者生存竞争，优胜劣汰，适者生存生存”的机制，用逐次迭代法搜索寻优。的机制，用逐次迭代法搜索寻优。与其它优化算法相比，遗传算法具有与其它优化算法相比，遗传算法具有全局全局优化优化的特点，并采用编码技术，可以代替的特点，并采用编码技术，可以代替梯度算法。梯度算法。（2 2）模拟退火算法）模拟退火算法模拟退火算法模拟的是金属材料加温后的退火过程。模模拟退火算法模拟的是金属材料加温后的退火过程。模拟退火算法借助于产生函数确保状态空间各点的概率可拟退火算法借助于产生函数确保状态空间各点的概率可达性。通过接受算子模拟平衡态，通过接受算子的定向达性。通过接受算子模拟平衡态，通过接受算子的定向变化保证
9、算法迭代进程的方向性。变化保证算法迭代进程的方向性。智能控制算法概述智能控制算法概述寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多模糊控制模糊控制 Fuzzy ControlFuzzy Controln发展概况发展概况u19651965年美国查德（年美国查德（L.A.ZadehL.A.Zadeh）教授首先提出了）教授首先提出了模糊集合的概念，由此开创了模糊数学及其应用模糊集合的概念，由此开创了模糊数学及其应用的
10、新纪元的新纪元u19741974年英国马丹尼（年英国马丹尼（E.H.MamdaniE.H.Mamdani）教授首先将）教授首先将模糊集合理论应用于锅炉和蒸汽机的控制模糊集合理论应用于锅炉和蒸汽机的控制u19851985年年美美国国AT&TAT&T贝贝尔尔实实验验室室研研制制出出第第一一个个模模糊糊逻逻辑芯片辑芯片 u8080年年代代末末日日本本将将模模糊糊控控制制广广泛泛应应用用于于家家用用电电器器（洗洗衣衣机机、空空调调、吸吸尘尘器器、电电冰冰箱箱、电电饭饭煲煲、微微波波炉炉、照照相相机机等等），促促进进了了模模糊糊控控制制的的推推广广和和应应用用寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择
11、去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多n发展概况发展概况u90年代模糊逻辑及其应用形成高潮，应用范围包括工业控制、地铁、电梯、交通、汽车、空间飞行器、机器人、核反应堆、图象识别、故障诊断、污水处理、数据压缩、移动通信、财政金融等u模糊集合理论便于表达结构性知识和便于应用现代计算机、微电子技术的特点，为应用人的高级智能进行控制提供了一个重要的工具，从而导致模糊控制的出现和飞速发展。n优越性优越性简单、直观、有效、简单、直观、有效、可靠可靠模糊控制模
12、糊控制 Fuzzy ControlFuzzy Control寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多模糊控制基本原理模糊控制基本原理n原理图与基本过程原理图与基本过程1.1.根据本次采样得到的系统的输出值，计算所根据本次采样得到的系统的输出值，计算所选择的系统的输入变量选择的系统的输入变量 ；2.2.将输入变量的精确值变为模糊量；将输入变量的精确值变为模糊量；3.3.根据输入变量根据输入变量(模糊量模糊量
13、)及模糊控制规则，按及模糊控制规则，按模糊推理合成规则计算控制量模糊推理合成规则计算控制量(输出量、模糊输出量、模糊量量)；4.4.由上述得到的控制量由上述得到的控制量(模糊量模糊量)计算精确的控计算精确的控制量。制量。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多模糊控制基本概念模糊控制基本概念n模糊集合模糊集合 隶属度函数隶属度函数:某元素某元素 a a 属于某集合属于某集合 A A 的程度的程度,用用 (
14、a)=0(a)=01 1 表示表示 (经典集合对应经典集合对应=0,1)=0,1)例例:已知经典集合已知经典集合 A A 为为 5 0）vi(k)学习信号（通常为误差的函数）学习信号（通常为误差的函数）学习的意义：学习的意义：通过调整权值通过调整权值 wi，使神经元具有期望的使神经元具有期望的输入输出模式输入输出模式寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多学习方法：梯度下降法学习方法：梯度下降法特点：特点
15、：l 沿梯度方向下降一定能到达沿梯度方向下降一定能到达 J 的极小点；的极小点；l 学习的快慢取决于学习速率学习的快慢取决于学习速率i 的选取；的选取；l可能陷入局部最小点。可能陷入局部最小点。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多3 3、简单算例、简单算例设设 y=w1x1 （即（即=0,f(s)=s）w1 的初值的初值 w1(0)=0取性能指标为取性能指标为 J=e2(k)2=2 y(k)2 2 =
16、2 w1(k)2 2则有则有用梯度下降法用梯度下降法,使使 x1=1 时时,y=2寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多 k 1 2 3 4 5w1(k),y(k)1 1.51.751.8751.9375 k 1 2 3 4 5w1(k),y(k)3 1.52.251.8752.0625表表 1 =0.5 时的学习结果时的学习结果(学习速率较小学习速率较小)表表 2 =1.5 时的学习结果时的学习结果(
17、学习速率较大学习速率较大)k 1 2 34 5w1(k),y(k)4 0404表表 3 =2 时的学习结果时的学习结果(学习速率过大学习速率过大)寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多 k 1 2 34 5w1(k),y(k)6-618-3066表表 4 =3 时的学习结果时的学习结果(学习速率过大学习速率过大)结论：结论：过小收敛慢；过小收敛慢；过大则振荡甚至可能发散。过大则振荡甚至可能发散。对于该例
18、，对于该例，=1 时的学习次数最少时的学习次数最少(一次结束一次结束)简单算例简单算例寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多4 4、BPBP神经网络神经网络神经元按一神经元按一定方式连接定方式连接神经神经网络网络目的：目的：通过学习，使神经网络具有期望通过学习，使神经网络具有期望 的输入输出模式的输入输出模式两个关键两个关键:网络结构网络结构,学习方法学习方法常用结构常用结构:前馈网，反馈网等前馈网，反
19、馈网等著名的著名的BP网络网络=前馈网前馈网+BP算法算法 （BP:Back Propagation）寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多梯度梯度下降法下降法由输出层向输入层反向由输出层向输入层反向计算每一层的连接权值计算每一层的连接权值BPBP算法算法 BP算法的执行方式算法的执行方式:由给定的输入样本计算网络输出，并与输由给定的输入样本计算网络输出，并与输出样本进行比较（输出误差）；出样本进行比较
20、（输出误差）；由输出误差依次反向计算每一层的权值；由输出误差依次反向计算每一层的权值；重复重复、，直至输出误差满足要求为止；，直至输出误差满足要求为止；对每组输入输出样本数据都按对每组输入输出样本数据都按 进行进行学习；学习；重复重复，直至所有输出误差都达到要，直至所有输出误差都达到要求的精度。求的精度。前馈网络前馈网络BPBP神经网络神经网络寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多神经网络应用：神经网络
21、应用：系统辨系统辨识识动态系统动态系统NNyNuye+-正模型辨识正模型辨识动态系统动态系统NNuyuNe+-逆模型辨识逆模型辨识通过学习（依据误差通过学习（依据误差 e 调整调整 NN 的权值）使的权值）使 yN y 从而使从而使 NN 动态系统动态系统通过学习使通过学习使 uN u从而使从而使 NN 逆动态系统逆动态系统寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多神经网络应用：神经网络应用：专家控制专家控
22、制NN控制器控制器受控对象受控对象检测装置检测装置给定给定输入输入反馈信号反馈信号控制量控制量误差误差输出输出执行机构执行机构 在在专专家家或或操操作作人人员员能能够够很很好好地地进进行行控控制制的的情情况况下下，为为了了把把人人解解放放出出来来，可可以以用用一一个个神神经经网网络络控控制制器器去去模模仿仿人人的的控控制制行行为为，神神经经网网络络通通过过学学习习和和训练就可以逼近操作人员的控制模式。训练就可以逼近操作人员的控制模式。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去
23、打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多 神经网络与结构振动控制相结合神经网络与结构振动控制相结合 I Iv 作为常规方法中线性增益的修正作为常规方法中线性增益的修正 寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多v 利用其辨识的系统模型作结构对象的非线性映利用其辨识的系统模型作结构对象的非线性映射模型，必要时也可以作为结构实际模型的补偿射模型，必要时也可以作为结构实际模型的补偿v
24、 作为控制器部件参与整个系统的工作作为控制器部件参与整个系统的工作 神经网络与结构振动控制相结合神经网络与结构振动控制相结合 IIII寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多神经网络振动控制算例与分析神经网络振动控制算例与分析n算例算例1 SDOF1 SDOF结构地震响应辨识与控制结果结构地震响应辨识与控制结果寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会
25、上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多神经网络振动控制算例与分析神经网络振动控制算例与分析nSDOFSDOF结构地震响应辨识与控制结果结构地震响应辨识与控制结果寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多神经网络振动控制算例与分析神经网络振动控制算例与分析nSDOFSDOF结构地震响应辨识与控制结果结构地震响应辨
26、识与控制结果隐层结点数隐层结点数5050隐层结点数隐层结点数1010寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多5 5、神经网络应用举例、神经网络应用举例n系统辨识系统辨识uKolmogorovKolmogorov定理定理(Kolmogorov,1957)(Kolmogorov,1957)指出任何具有指出任何具有N N个变个变量的连续函数，均可量的连续函数，均可由单变量的非线性、由单变量的非线性、连续、递增函
27、数来描连续、递增函数来描述。述。u在神经网络应用上，在神经网络应用上，该定理可解释为要逼该定理可解释为要逼近具有近具有N N个变量的连个变量的连续函数，要求第续函数，要求第1 1隐隐含层具有含层具有2N(N+1)2N(N+1)个个神经元，第神经元，第2 2隐含层隐含层具有具有(2N+1)(2N+1)个神经元个神经元 动态神经网络观测器动态神经网络观测器结构非线性振动模型结构非线性振动模型寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社
28、会上寒假招工的陷阱很多神经网络应用举例神经网络应用举例n算例算例2 2 仿真模型采用20层Benchmark非线性结构模型。动态神经网络的基函数取Sigmoid函数，数目为40，自适应增益分别为0.2,0.05。矩阵A选取为结构线性振动模型的状态矩阵，B为全1向量，观测器增益矩阵L选取根据Luenberger观测器计算出的增益矩阵，经验证以上选取的矩阵满足有关定理的要求。仿真输出采用的是第一层的相对位移（即观测器的输入）。地震输入采用1.0倍的Kobe地震波。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中
29、毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多神经网络应用举例神经网络应用举例n分析结果分析结果基于线性模型仿真结果基于线性模型仿真结果基于非线性模型仿真结果基于非线性模型仿真结果寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多神经网络振动控制算例与分析神经网络振动控制算例与分析n算例算例3 Benchmark3 Benchmark结构辨识与控制结构辨识与控制u文
30、献文献 Spencer Spencer et alet al，19981998u网站网站 http:/cee.uiuc.edu/sstl/http:/cee.uiuc.edu/sstl/SimulinkSimulink模型模型寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多神经网络振动控制算例与分析神经网络振动控制算例与分析nBenchmarkBenchmark模型辨识结果模型辨识结果寒假来临，不少的高中毕业生和
31、大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多神经网络振动控制算例与分析神经网络振动控制算例与分析nBenchmarkBenchmark模型辨识与控制结果模型辨识与控制结果寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多6 6、神经网络应用、神经网络应用n典
32、型应用领域：典型应用领域：l各类控制与优化问各类控制与优化问题题l系统辨识系统辨识l故障诊断故障诊断l容错技术容错技术l信号处理信号处理l模式识别模式识别l文字识别文字识别l专家系统等专家系统等n神经网络应用于系神经网络应用于系统辨识与控制的优统辨识与控制的优点：点：u无须数学建模，只需在线无须数学建模，只需在线或离线学习训练或离线学习训练u同时适用于线性和非线性同时适用于线性和非线性系统系统u具有很强的适应性和鲁棒具有很强的适应性和鲁棒性性u容易和其他控制方式结合容易和其他控制方式结合寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的
33、陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多7 7、神经网络小结、神经网络小结l通过学习，可以无限逼近任意的输入输出函通过学习，可以无限逼近任意的输入输出函数数(Kolmogorov定理定理,1957)；l具有归纳或泛化能力（经样本训练后，输入具有归纳或泛化能力（经样本训练后，输入不属于样本集时也能产生合适的输出）；不属于样本集时也能产生合适的输出）；l并行计算（速度快），分布存储（容错性好）并行计算（速度快），分布存储（容错性好）；l学习过程收敛较慢（较费时），实时性差；学习过程收敛较慢（较费时），实时性差；l如
34、何确定网络的层数及每一层的神经元个数如何确定网络的层数及每一层的神经元个数尚无明确的方法。尚无明确的方法。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多智能优化算法智能优化算法n智能优化算法又称为现代启发式算法，是一种具有全局优化性能、通用性强、且适合于并行处理的算法。这种算法一般具有严密的理论依据，而不是单纯凭借专家经验，理论上可以在一定的时间内找到最优解或近似最优解。n分类分类u（1 1）遗传算法）遗传算法
35、 （Genetic AlgorithmGenetic Algorithm，简简称称GAGA）u（2 2）模拟退火算法（）模拟退火算法（Simulated AnnealingSimulated Annealing，简称简称SASA）u（3 3）禁忌搜索算法（）禁忌搜索算法（Tabu SearchTabu Search，简称简称TSTS）u共同点共同点u都是从任一解出发，按照某种机制，以一定都是从任一解出发，按照某种机制，以一定的概率在整个求解空间中探索最优解。由于的概率在整个求解空间中探索最优解。由于它们可以把搜索空间扩展到整个问题空间，它们可以把搜索空间扩展到整个问题空间，因而具有全局优化性能
36、。因而具有全局优化性能。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多n起源起源 uGAGA（Genetic AlgorithmGenetic Algorithm）是模拟达尔文的遗传）是模拟达尔文的遗传选择和自然淘汰的生物进化过程的计算模型，是选择和自然淘汰的生物进化过程的计算模型，是一种通过模拟自然进化过程一种通过模拟自然进化过程(自然选择和自然遗自然选择和自然遗传机制传机制)随机搜索最优解的方法随机搜索最优
37、解的方法u由美国由美国MichiganMichigan大学大学J.HollandJ.Holland教授于教授于19751975年首年首先提出来的，并出版了著名的先提出来的，并出版了著名的Adaptation in Adaptation in Natural and Artificial SystemsNatural and Artificial Systems遗传算法遗传算法 Genetic AlgorithmGenetic Algorithm寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校
38、生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多1 1、遗传算法基本原理、遗传算法基本原理n遗传算法是从代表问题可能潜在的解集的一个种群（population）开始的，而一个种群则由经过基因（gene）编码的一定数目的个体(individual)组成。每个个体实际上是染色体(chromosome)带有特征的实体。n染色体作为遗传物质的主要载体，即多个基因的集合，其内部表现（即基因型）是某种基因组合，它决定了个体的形状的外部表现，如黑头发的特征是由染色体中控制这一特征的某种基因组合决定的。因此，在一开始需要实现从表现型到基因型的映射即编码工作。n由于仿照基因编码的
39、工作很复杂，往往进行简化，如二进制编码，初代种群产生之后，按照适者生存和优胜劣汰的原理，逐代（generation）演化产生出越来越好的近似解。在每一代，根据问题域中个体的适应度（fitness）大小选择（selection）个体，并借助于自然遗传学的遗传算子（genetic operators）进行组合交叉（crossover）和变异（mutation），产生出代表新的解集的种群。这这个个过过程将程将导导致种群像自然致种群像自然进进化一化一样样的的后生代种群比前代更加适后生代种群比前代更加适应应于于环环境，境，末代种群中的最末代种群中的最优优个体个体经过经过解解码码（decodingdeco
40、ding），），可以作可以作为问题为问题近似最近似最优优解。解。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多遗传算法基本特点遗传算法基本特点n遗传算法是一类可用于复杂系统优化的具有鲁棒性的搜索算法，与传统的优化算法相比，有以下特点：l传统的优化算法往往直接对决策变量的实际值本身作为运算对象，遗传算法处理决策变量的某种编码形式，使得我们可以借鉴生物学中的染色体和基因的手段，可以模仿自然界生物的遗传和进化机理，也
41、使得我们能够方便的应用遗传操作算子。l遗传算法直接以适应度作为搜索信息，无需导数等其它辅助信息。l遗传算法使用多个点的搜索信息，具有隐含并行性。l遗传算法使用概率搜索技术，而非确定性规则。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多2 2、基本遗传算法、基本遗传算法n简单遗传算法简单遗传算法（Simple Genetic AlgorithmsSimple Genetic Algorithms，简称，简称SGA
42、SGA，又称，又称基本遗传算法基本遗传算法或或标准遗传算标准遗传算法法），是由），是由GoldbergGoldberg总结出的一种最基本的总结出的一种最基本的遗传算法，其遗传进化操作过程简单，容易遗传算法，其遗传进化操作过程简单，容易理解，是其它一些遗传算法的雏形和基础。理解，是其它一些遗传算法的雏形和基础。n基本过程：基本过程：（1 1）编码（产生初始种群）编码（产生初始种群）（2 2）适应度函数）适应度函数（3 3）遗传算子（选择、交叉、变异）遗传算子（选择、交叉、变异）（4 4）运行参数）运行参数寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前
43、社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多基本遗传算法的几个基本概念基本遗传算法的几个基本概念 n个体与种群个体与种群 个体就是模拟生物个体而对问题中的对象（一般就是问题的解）的一种称呼，一个个体也就是搜索空间中的一个点或解。种群(population)就是模拟生物种群而由若干个体组成的群体,它一般是整个搜索空间的一个很小的子集。n适应度与适应度函数适应度与适应度函数 适应度(fitness)就是借鉴生物个体对环境的适应程度,而对问题中的个体对象所设计的表征其优劣的一种测度。适应度函数(fitne
44、ss function)就是问题中的全体个体与其适应度之间的一个对应关系。它一般是一个实值函数。该函数就是遗传算法中指导搜索的评价函数。适应度函数值越大，解的质量越好。适应度函数是遗传算适应度函数值越大，解的质量越好。适应度函数是遗传算法进化过程的驱动力，也是进行自然选择的唯一标准，它的设法进化过程的驱动力，也是进行自然选择的唯一标准，它的设计应结合求解问题本身的要求而定。计应结合求解问题本身的要求而定。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的
45、寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多基本遗传算法的几个基本概念基本遗传算法的几个基本概念 n染色体与基因染色体与基因 染色体（chromosome）就是问题中个体的某种字符串形式的编码表示。字符串中的字符也就称为基因（gene）。基因型：基因型：1000101110110101000111 1000101110110101000111 个体（染色体）个体（染色体）基因基因n编码 GA是通过某种编码机制把对象抽象为由特定符号按一定顺序排成的串。正如研究生物遗传是从染色体着手，而染色体则是由基因排成的串。SGA使用二进制串进行编码。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个
46、充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多基本遗传算法的几个基本概念基本遗传算法的几个基本概念 n遗传操作遗传操作 亦称遗传算子(genetic operator)，就是关于染色体的运算。遗传算法中有三种遗传操作:选择-复制(selection-reproduction)交叉(crossover，亦称交换、交配或杂交)变异(mutation，亦称突变)寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒
47、假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多n选择选择-复制复制通通常常做做法法是是：对对于于一一个个规规模模为为N N的的种种群群S,S,按按每每个个染染色色体体xiSxiS的的选选择择概概率率P(xi)P(xi)所所决决定定的的选选中中机机会会,分分N N次从次从S S中随机选定中随机选定N N个染色体个染色体,并进行复制。并进行复制。这里的选择概率这里的选择概率P(xi)的计算公式为的计算公式为基本遗传算法的几个基本概念基本遗传算法的几个基本概念 寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意
48、义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多轮盘赌选择方法轮盘赌选择方法n轮盘赌选择又称比例选择算子，其基本思想是：轮盘赌选择又称比例选择算子，其基本思想是：各个个体被选中的概率与其适应度函数值大小成各个个体被选中的概率与其适应度函数值大小成正比。正比。n遗传算法使用选择运算来实现对群体中的遗传算法使用选择运算来实现对群体中的个体进行优胜劣汰操作：适应度高的个体个体进行优胜劣汰操作：适应度高的个体被遗传到下一代群体中的概率大；适应度被遗传到下一代群体中的概率大；适应度低的个体，被
49、遗传到下一代群体中的概率低的个体，被遗传到下一代群体中的概率小。选择操作的任务就是按某种方法从父小。选择操作的任务就是按某种方法从父代群体中选取一些个体，遗传到下一代群代群体中选取一些个体，遗传到下一代群体。体。SGASGA中选择算子采用轮盘赌选择方法。中选择算子采用轮盘赌选择方法。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多轮盘赌选择方法的实现步骤轮盘赌选择方法的实现步骤（1 1）计算群体中所有个体的适计算
50、群体中所有个体的适应度函数值（需要解码）；应度函数值（需要解码）；（2 2）利用比例选择算子的公式，利用比例选择算子的公式，计算每个个体被选中遗传到下一计算每个个体被选中遗传到下一代群体的概率；代群体的概率；（3 3）采用模拟赌盘操作（即生采用模拟赌盘操作（即生成成0 0到到1 1之间的随机数与每个个体之间的随机数与每个个体遗传到下一代群体的概率进行匹遗传到下一代群体的概率进行匹配）来确定各个个体是否遗传到配）来确定各个个体是否遗传到下一代群体中。下一代群体中。寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多寒假来临，不少的高