突生演化系統(tǒng)模型和算法研究.pdf

1、復雜性科學是一門主要研究復雜涌現(xiàn)機制和系統(tǒng)自組織特性的前沿性、交叉性和綜合性學科,有關"復雜性"的研究思想和研究方法體現(xiàn)了科學發(fā)展的時代特點和哲學觀念的重大變革.復雜涌現(xiàn)機制是當前復雜性研究的中心課題.從空間角度看,"涌現(xiàn)"由大量局部非線性作用引發(fā);從時間角度看,"涌現(xiàn)"是一個隨機的突生演化過程.該文主要針對復雜涌現(xiàn)機制在時間上的突生演化特性,對復雜性問題進行理論研究和分析,并在此基礎上,主要基于并行遺傳算法框架,對復雜涌現(xiàn)機制進行模擬

2、與實驗研究.理論研究方面,該文研究分析了復雜系統(tǒng)的結構特點、系統(tǒng)行為特征以及產(chǎn)生復雜性的根源,并從復雜系統(tǒng)的時間演化角度,借鑒遺傳算法的模式分析理論,對系統(tǒng)的復雜涌現(xiàn)機理進行了探索研究.我們認為,涌現(xiàn)是由于低階模式在系統(tǒng)中的指數(shù)級遺傳擴散并與各種邊界約束條件(時空資源、理化特性、基因型與表現(xiàn)型的適應性等)相互作用的自組織過程.這一自組織過程體現(xiàn)了復雜系統(tǒng)的競爭與協(xié)作、適應與創(chuàng)新、個性的指數(shù)級擴散與系統(tǒng)特性的穩(wěn)定性遺傳以及自組織臨界等對立

3、統(tǒng)一特性.模擬研究方面,該文主要針對復雜系統(tǒng)的結構特征、復雜系統(tǒng)的隨機動力學特性和系統(tǒng)演化所需的多樣性等問題進行了算法模型研究和系統(tǒng)軟件設計.突生演化系統(tǒng)的基本特征是新穎性(創(chuàng)新性)和不可預測性,而這種不可預測性使得基于串行的馮.諾依曼單機結構之上的傳統(tǒng)人工智能方法在模擬"突生"過程方面無能為力.有鑒如此,該課題基于英特網(wǎng),采用多機并行體系結構,以并行遺傳算法為基本算法框架,研究設計了面向復雜現(xiàn)象模擬的突生演化算法模型.該模型突出體現(xiàn)了

4、復雜系統(tǒng)的并行局部非線性作用特征.針對傳統(tǒng)演化算法存在系統(tǒng)維持性能差的缺陷,該文在分析"多樣性"丟失原因的基礎上,參照生物學的中性進化理論,將基因型交配的中型選擇與種群維護的適應性選擇相結合,探索研究了偏向中性進化學說的中性進化算法模型.實驗顯示,該系統(tǒng)模型與傳統(tǒng)的演化算法模型相比,多樣性維持性能較好.鑒于復雜系統(tǒng)的隨機過程特性要求,該文還對真隨機數(shù)發(fā)生器和純隨機過程進行了理論研究和算法設計,提出了一種基于人機網(wǎng)絡環(huán)境的真隨機數(shù)產(chǎn)生方法