人工免疫系統(tǒng)原理分析及其應(yīng)用研究.pdf

1、多年以來,人們已經(jīng)從各個(gè)角度結(jié)合不同學(xué)科來研究免疫系統(tǒng),其中尤為典型的是人工免疫系統(tǒng)。它是研究、借鑒和利用生物免疫系統(tǒng)信息處理機(jī)制發(fā)展起來的各類信息處理技術(shù)、計(jì)算技術(shù)及其在工程和科學(xué)中應(yīng)用而產(chǎn)生的各種智能系統(tǒng)的總括。在以前一段較長時(shí)間內(nèi),國外人工免疫系統(tǒng)研究人員只停留在理論研究階段,國內(nèi)還沒有相關(guān)專業(yè)研究人員。近十幾年來,學(xué)者對人工免疫系統(tǒng)的理論研究和應(yīng)用探討才全面重視起來,并迅速將它應(yīng)用于人工智能、故障技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘、模式識別、機(jī)器人

2、、計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制和優(yōu)化等領(lǐng)域。但國內(nèi)目前還處于理論跟蹤和應(yīng)用探索階段,原創(chuàng)性研究成果幾乎還是一片空白。人工免疫系統(tǒng)作為仿生智能系統(tǒng),已廣泛應(yīng)用于控制、優(yōu)化、異常和故障診斷、數(shù)據(jù)挖掘和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全等工程中。本文在介紹生物免疫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、機(jī)理和特性的基礎(chǔ)上,圍繞人工免疫系統(tǒng)原理分析和算法介紹為主線,對人工免疫系統(tǒng)的研究狀況加以系統(tǒng)性的闡述,并對免疫算法和免疫機(jī)理進(jìn)行了較為詳細(xì)探討和改進(jìn)應(yīng)用。在免疫系統(tǒng)原理方面：首先闡述生物免疫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

3、,重點(diǎn)介紹了淋巴細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞和噬菌細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)及其機(jī)理和作用；其次總結(jié)了生物免疫系統(tǒng)的免疫應(yīng)答、免疫記憶、自體耐受和克隆選擇原理等重要機(jī)理和自適應(yīng)性、多樣性、魯棒性和自組織過程等重要特性。在免疫系統(tǒng)算法方面：首先介紹了一般人工免疫算法、標(biāo)準(zhǔn)克隆選擇算法、否定選擇算法和免疫遺傳算法等常見人工免疫算法；其次重點(diǎn)分析了Castro等人提出的克隆選擇算法(CLONALG )的優(yōu)點(diǎn)和不足,并在它的基礎(chǔ)上提出了基于記憶庫小生境自適應(yīng)克隆選擇

4、算法(MNACSA ),且詳細(xì)介紹了小生境機(jī)制( Niche)、記憶庫技術(shù)、最佳個(gè)體抑制操作和自適應(yīng)高頻變異率；最后,在詳細(xì)介紹MNACSA的流程和步驟之后,將該算法與Castro提出的CLONALG及小生境克隆選擇算法( NCSA )在幾個(gè)經(jīng)典多模態(tài)函數(shù)優(yōu)化的過程中進(jìn)行比較實(shí)驗(yàn),最終結(jié)果表明了MNACSA在優(yōu)化多模態(tài)函數(shù)時(shí)具有突出的優(yōu)勢。在免疫機(jī)理方面：生物體的免疫系統(tǒng)是指生物針對外來侵犯的抗原產(chǎn)生反饋信息,然后促使抗體和抗原結(jié)合而發(fā)

5、生一系列的反應(yīng),最終通過產(chǎn)生特殊酶的作用或吞噬作用而徹底清除抗原。生物免疫系統(tǒng)中的淋巴細(xì)胞由骨髓中產(chǎn)生的B細(xì)胞和胸腺中產(chǎn)生的T細(xì)胞組成,T細(xì)胞又分為輔助細(xì)胞( TH )和抑制細(xì)胞( TS ), TH和TS分別對B細(xì)胞起激活作用與抑制作用。當(dāng)抗原進(jìn)入機(jī)體且被抗原呈遞細(xì)胞( Antingen P resenting Cell , APC )處理后,將所獲信息傳遞給TH和TS ,然后刺激B細(xì)胞；B細(xì)胞就產(chǎn)生抗體用來消除抗原。當(dāng)抗原較多時(shí),機(jī)體

6、內(nèi)的TH較多、TS較少,于是B細(xì)胞的數(shù)目會增多、抗體數(shù)目會增多,最終使得抗原細(xì)胞減少。隨著抗原的減少,系統(tǒng)內(nèi)的TS增多、T H減少,則B細(xì)胞和抗體也隨著減少。過經(jīng)一段時(shí)間的免疫應(yīng)答之后,免疫反饋系統(tǒng)便趨于平衡。顯然,這種免疫反饋機(jī)理給解決工業(yè)溫控系統(tǒng)中PID控制不能夠?qū)崿F(xiàn)在線調(diào)節(jié)和控制的問題提供了很好的思想源泉。本部分內(nèi)容：首先,詳細(xì)闡述了免疫反饋機(jī)理、灰色預(yù)測控制(Gray Prediction Control)機(jī)理、模糊控制(Fuz