遗传算法及对于过早收敛的改进

２０１７年第１５期　遗传算法及对于过早收敛的改进　尚一猛，周桂红，闫安，郭晓颖，张国磊　河北农业大学，河北保定０７１　０００　摘要遗传算法是模拟达尔文生物进化论中的自然选择与遗传学机理的生物过程的一种计算模型。该模型通过　模拟自然进化过程来搜索最优解，其应用非常广泛。但是在运用遗传算法的过程之中经常遇到过早收敛的问题，为　了改进该问题，在文中对遗传算法进行了介绍，并在此基础上就如何改进过早收敛进行探讨。　关键词遗传算法；过早收敛；改进　中图分类号ＴＰ１８　文献标识码Ａ　文章编号２０９５－６　３６３（２０１７）１　５－００２３－０１　遗传算法（Ｇｅｎｅｔｉｃ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ＧＡ）是自然科学　与工程科学互相结合的产物，是一类借鉴达尔文自然选　择机理（适者生存，优胜劣汰遗传机制）演化而来的随　机化搜索方法。　遗传算法求解优化问题的性能与交叉概率（Ｐｃ）、　变异概率（Ｐｍ）等参数的选择有着很大的联系。本文基　于传统思路，对ＧＡ的交叉概率和变异概率参数进行自　适应控制，对过早收敛问题进行了适当优化。　１遗传算法综述　１．１遗传算法思想　通常来说，遗传算法包括三个算子，即选择、交　叉和变异。选择算子的作用是为了提升整个群体的平均　适度值，在整个群体中选择那些评价值高的个体组成交　配池的主要群体：交叉算子的主要作用是选择交配池　中的优良基因遗传给下一代，先将交配池中个体进行两　两配对，再有目的的交换部分基因，生成基因性状更加　复杂的个体；变异算子是对个体某一个或是几个按照某　一较小的概率进行反转二进制字符。从而实现对自然界　中基因突变现象的模拟。　１．２遗传算法的思想流程　１）初始化群体；２）计算群体上每个个体的适应　度值；３）针对于个体适应度值，依据某个规则选择将　进入下一代的个体；４）通过概率Ｐｃ进行交叉操作；５）　通过概率Ｐｍ进行突变操作；６）未达到终止条件，则返　回２）步，否则进入下一步；７）输出群体中适应度值　最大的个体作为问题的满意解或最优解。　２过早收敛及其特点　过早收敛在早期的选择过程，种群中就出现了“完　美”个体，该类个体的适应度值特别大，然而选择压力　很大，后期变异概率比较小。继而在后期的繁殖中占主　体地位，种群的多样性会很快的降低进而导致种群多样　化的丧失。　过早收敛对于整个种群来说弊大于利，因为结果　并非是全局最优，仅仅是局部最优。特别是到了算法进　行的后期，进过算法的多代进化，完美的个体己经在种　群中占据绝大多数，这时传统的交叉操作已经不能达到　预期的作用。变异操作虽然能产生不　于父代的个体，　使整个过程能跳出局部最优而达到全局最优，但是变异　作者简介：尚一猛，河北农业大学。　概率是小概率事件，同样无法达到理想结果。　３过早收敛的原因　３．１种群规模太小　种群数量太小，种群基因库不能被多重选择，只　靠后期变异带来新的基因，效率是远远不够的。　３．２选择压力　选择过程会根据适应度值的大小进行遗传或者淘　汰。过大的选择压力会导致种群多样性的流失，以至于　遗传过程趋于收敛。　３．３变异概率　遗传算法中，对收敛速度起到决定性作用的是变　异概率。当Ｐｍ太小时，变异过程不会产生不同于父本　的个体，整个过程会去趋近于收敛。　４预防过早收敛的措施　４．１传统方式　选择合适的种群规模。在计算量允许的情况下，　尽可能选择较大的群体规模；适中的选择压力，避免选　择过程将大多数个体淘汰，保持种群的多样性。　４．２改进方式　遗传算法中的算子主要是选择、交叉、变异。作　为遗传算法中最主要的部分，交叉和变异对于避免过早　收敛起到决定性的最用。如今比较流行的交叉变异过程　选择对应的概率都是一个固定的常数，根据问题的实际　情况来确定。　１９９４年，Ｓｒｉｎｉｖａｓ依据遗传算法传统思想建立　了一套随当代种群适应度值而动态变化的自适应遗传算　法。其中交叉概率和变异概率的值由以下公式确定。　＝　式中：厂眦为种群中最大的适应度值；　为每代　种群中平均适应度值；　为要较差的两个个体中较大的　“（下转第５１页）ｌｌ　２０１７年第１５Ｎ　期间，需要注意漏油情况的分析，按照相关要求，对其　进行抽空处理，减负之后开展焊接活动。对于漏油不显　著的位置，可以利用内外焊接方式对其进行处理　。　第三，在带油补焊的过程中，相关工作人员需要　相关规定。在更换胶垫之后，要对箱盖与法兰螺丝进行　拧紧处理，保证安装质量满足相关规定　。　３．３科学选择蝶阀与事ｇｃｃｒ－艺　在对油浸式变压器进行处理的过程中，需要选择　真空偏心的蝶阀设备，在保证机械强度的情况下，需要　利用法兰接口双层密封的方式对其进行处理，保证其密　封性能符合相关规定。对于事故工艺而言，需要保证安　装方式的正确性，利用科学的方式规避漏油问题，全面　提高变压器渗漏油的处理效果。另外，企业需要明确法　兰接口的连接要求，通过科学的方式对其进行处理，保　证安装质量符合相关规定。　对油渍进行全面的处理，利用碱水洗净之后，再对其进　行擦干处理，保证使用质量。在焊接工作中，需要注意　防火工作，避免引发火灾事故　。　第四，工作人员在补焊工作中，需要对漏油较为　严重的孔隙进行全面处理，按照相关工作要求，全面开　展管理与控制活动，保证焊接质量符合相关规定。　３．２　密封方式　在实际处理的过程中，企业需要科学应用密封方　式对其进行处理，保证工作质量满足相关规定。　第一，科学选择密封件。在变压器出现渗漏现象　的时候，需要科学选择密封垫，利用耐高温与耐油性能　良好的密封垫对其进行处理，保证其使用质量可以满足　相关要求。在此期间，需要对密封垫中的橡胶垫进行分　４结论　在油浸式变压器渗漏油管理的过程中，企业需要　制定完善的管控方案，利用科学的方式对其进行处理，　准确采购橡胶垫等材料，提高处理工艺的科学性与合理　性，保证设备使用质量符合相关规定。　参考文献　［１］林家安，陈智，靳冬梅，等．油浸式变压器渗漏油原因分析　与处理［Ｊ］．中国电子商务，２０１４（１１）：２７５，２７７．　［２】王文献，陈嘉慧．关于油浸式变压器渗漏油原因及预防措施　…．中国科技成果，２０１　６，１７（３）１　４９－５１＿　析，保证其使用质量满足相关规定。且需要保证其硬度　符合相关规定，避免出现变形现象。筒仓情况下，可以　选择邵氏硬度为７０的橡胶材料，不仅可以提高其耐油　性能，还能增强工作效果。在此期间，需要科学开展老　化试验活动，明确其使用效果，利用科学方式选择密封　件，保证其使用质量　。　第二，在对密封胶垫进行更换的过程中，需要选　择尺寸合适的产品，保证可以满足机械设备的使用要求。　且在对密封胶垫进行放置的过程中，需要对连接面上的　尘土与锈迹进行清除处理，对于焊渣与毛刺而言，需要　对其进行管理与控制。同时，需要对密封胶垫进行擦拭，　在保证其清洁性的情况下，才能安装密封胶垫。在此期　间，需要涂抹专用的密封胶材料，保证其使用性能符合　（上接第２３页）　［３］王志锋．漫谈油浸式变压器油箱渗漏油的产生及防止［Ｊ】．中　国科技成果，２０１６，１７（４）：２９—３０．　［４】吕双．变压器渗漏油的处理实例【Ｊ】．冶金动力，２　Ｏｌ　５　（８）：１１—１　３．　［５］钱同来．浅析防止油浸式电力变压器渗漏油的技术措施［Ｊ］．　科技创新导报，２Ｏ１４（１　０）：２　７．　［６】赵军，黄强，张城玮，等．变压器正压试验装置的研发与应　用【Ｊ】．科技创新导报，２０１　３（１　７）：６４，６６．　适应度值；　为要变异个体的适应度值；Ｋ１，ｋ２，ｋ３，　ｋ４——取（０，１）区间的值。Ｐｃ和Ｐｍ随适应度值变化　的曲线如图１、图２所示。　由以上公式得出在遗传过程中，当种群趋于收敛　达到局部最优时，遗传过程的Ｐｃ和Ｐｍ概率会增加，而　处于刚开始阶段个体适应度值大小不一时，交叉变异概　率会很小。这样保证了当出现“完美”个体时，不会被　该类个体迅速占领主要地位而过早收敛。　５结论　通过白适应遗传算法，交叉概率和变异概率随着　个体的适应度值在种群平均适应度和最大适应度值之间　进行线性调整，打破了传统交叉变异概率一成不变的传　统方式，使得遗传算法得到最终的全局最优解。　参考文献　［１］何大阔，王福利．一种提高遗传算法全局收敛型的方法［Ｊ１．　东北大学学报（自然科学版），２　０　０　３，２　４（６）：５１　１—　５ｌ４．　［２］张铃，张钹．遗传算法机理的研究［Ｊ］．软件学报，２　０　００　（７）：９４５－９５１．　图２　变化曲线（ｋ’＝ｋ３＝ｋ４）　［３］蒋腾旭，谢枫．遗传算法中防止早熟收敛的几种措施【Ｊ】．计　算机与现代化，２００６（１　２）：５４—５　７．