专利名称：人工合成材料设计方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及材料设计领域，特别是涉及人工合成材料设计方法和系统。
背景技术：
在设计结构参数(如二维尺寸)按特定规律变化的人工电磁材料时，针对基板上的不同位置，需要在该位置上放置特定折射率的晶格(人工电磁材料的最小单位为晶格)，因此，需要对二维尺寸不同的晶格进行筛选，使其按期望的特定二维尺寸放置在基板的对应位置上。其中，晶格二维尺寸的大小与其折射率等参数相对应。现有技术中，在设计人工电磁材料时，一般采用手动调节的方法，而无法达到快速的优化设计，因此难以实现大规模产业化生产，尤其是在设计的过程中，出现多峰值时，手动调节不仅速度慢，而且容易漏掉关键的峰值，而无法找到最优值(即最优的二维尺寸或折射率)。如何解决在设计人工电磁材料的过程中，由于手动调节而影响设计效率或漏掉关键的峰值的技术问题，是本技术领域继续解决的问题。
发明内容
本发明主要解决在设计人工电磁材料的过程中由于手动调节而影响设计效率或漏掉关键的峰值的技术问题，是提供一种人工合成材料设计方法和系统，能够有效地提高设计效率并找到关键的峰值。为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是:提供一种人工合成材料设计方法，该方法包括:初始化时，在搜索域生成多个第一参数；计算该多个第一参数的适应度值；选择适应度值最大的第一参数；以该适应度值最大的第一参数为中心生成多个第二参数；返回该计算适应度值的步骤，以计算该多个第二参数的适应度值，选择适应度值最大的第二参数作为最优值，判断该最优值是否收敛；在判断到该最优值收敛时，选取该最优值对应的第二参数。其中，该搜索域生成多个第一参数的步骤包括:将该多个第一参数按大小进行排列，并将该多个第一参数分成η组。该选择适应度值最大的第一参数的步骤包括:从每一组第一参数中选择适应度值最大的第一参数，以作为η个局部最优值。该以该适应度值最大的第一参数为中心生成多个第二参数的步骤包括:以该η个局部最优值为中心分别生成多个第二参数，计算该多个第二参数的适应度值，选择适应度值最大的η个第二参数作为最优值，判断该η个最优值是否收敛，在判断到该最优值收敛时，从该η个第二参数中选取该适应度值最大的最优值对应的第二参数。其中，η为自然数。其中，该将该多个第一参数分成η组的步骤包括:计算每两个该第一参数的距离，存入距离矩阵D(i，j)，以矩阵D(i，j)的数值代表第i个粒子和第j个粒子之间的距离，将D(i，j)小于预定阈值的多个第一参数分到同一组内，其中，每个第一参数视为二维空间的粒子。
其中，该以该适应度值最大的第一参数为中心生成多个第二参数的步骤包括:以该适应度值最大的第一参数为均值，以预设的方差值生成该多个第二参数。其中，该选择适应度值最大的第二参数作为最优值，判断该最优值是否收敛的步骤后包括:在判断到该最优值发散时，以该适应度值最大的第二参数为中心生成多个第三参数。其中，该判断该η个最优值是否收敛的步骤后包括:在判断到该η个最优值发散时，以该η个最优值为中心生成多个第三参数。其中，该以该η个局部最优值为中心分别生成多个第二参数的步骤包括:以该η个局部最优值为均值，以预设的方差值生成该多个第三参数。其中，该预设的方差值包括0.01。为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是:提供一种人工合成材料设计系统，包括初始化模块、新参数生成模块、适应度计算模块、第一选择模块、判断模块和第二选择模块。其中，该初始化模块用于在搜索域生成多个第一参数；该新参数生成模块用于以该第一参数为中心生成多个第二参数；该适应度计算模块用于计算该多个第一参数和该多个第二参数的适应度值；该第一选择模块用于选择适应度值最大的第二参数以作为最优值；该判断模块用于判断该最优值是否收敛；该第二选择模块用于根据该判断模块判断到该最优值收敛时，选取该最优值对应的第二参数。其中，该系统还包括距离计算模块，该距离计算模块用于计算每两个该第一参数的距离，并存入距离矩阵D(i，j)，其中，矩阵D(i，j)的数值代表第i个粒子和第j个粒子之间的距离，其中，每个第一参数视为二维空间的粒子。本发明的有益效果是:区别于现有技术的情况，本发明人工电磁材料设计方法和系统能有效地解决现有技术中由于手动调节而影响设计效率或漏掉关键的峰值的技术问题。本发明可快速有效地进行设计，设计效率高而且不会漏掉关键的峰值，从而快速地得到最优值，有利于实现大规模产业化生产。
图1是本发明人工电磁材料设计方法的其中一实施例流程示意图；图2是本发明人工电磁材料设计方法的另一实施例流程示意图；以及图3是本发明人工电磁材料设计系统的功能模块连接示意图。
具体实施例方式请参阅图1，在人工电磁材料设计的过程中，一般将人工电磁材料的结构参数或者折射率等视为二维空间的粒子，本发明人工电磁材料设计方法包括:步骤SlOl，初始化时，在搜索域生成多个第一参数；步骤S102，计算该多个第一参数的适应度值；步骤S103，选择适应度值最大的第一参数；步骤S104，以该适应度值最大的第一参数为中心生成多个第二参数；步骤S105，返回该计算适应度值的步骤，以计算该多个第二参数的适应度值，选择适应度值最大的第二参数作为最优值，判断该最优值是否收敛；
步骤S106，在判断到该最优值收敛时，选取该最优值对应的第二参数。下面针对其具体实施步骤进行描述，以更好地说明本发明。在步骤SlOl中，在搜索域随机生成一系列的结构参数(或折射率等)，将该一系列的结构参数作为多个第一参数按大小进行排列，并将该多个第一参数分成η组，一般取η =10，当然，也可以取其他的数值。在将多个第一参数分成η组时，采用矩阵的算法进行分组。其工作原理包括:计算每两个该第一参数的距离，存入距离矩阵D(i，j)，以矩阵D(i，j)的数值代表第i个粒子和第j个粒子之间的距离，将D(i，j)小于预定阈值的多个第一参数分到同一组内。如前所述，每一个参数对应等效成一个“粒子”，而第i个粒子和第j个粒子之间的距离表示的是二维尺寸的大小的差值，也可以为折射率的差值等；同时，该预定阈值可以设置为0.01,0.02或者其他根据实际需要而设定的数值，在此不作赘述。其中，η为自然数。在步骤S102中，可以根据对设计所需的期望值而设置适应度函数，再通过该适应度函数计算适应度值。在步骤S103中，从每一组第一参数中选择适应度值最大的第一参数，以作为η个局部最优值。在步骤S104中，以该η个局部最优值为中心分别生成多个第二参数。具体而言，以该适应度值最大的第一参数为均值，以预设的方差值σ ( “sigma”)生成该多个第二参数。譬如，若适应度值最大的第一参数为2.13，以2.13为中心数值，在其周围生成多个新的参数，该第一参数和该多个新的参数的方差不超过预设的方差值，在本实施例中，该预设的方差值取0.01，每次重新生成的参数的个数为20个，当然，可以根据实际需要而浮动，在此不作限定。同理，在本发明的其他实施例中，生成新的参数的方法可以采用与步骤S104相同的方法。接着，返回步骤S102以计算该多个第二参数的适应度值，选择适应度值最大的η个第二参数作为最优值，判断该η个最优值是否收敛。在步骤S105中，若判断到该最优值发散，以该适应度值最大的第二参数为中心生成多个第三参数，接着，返回步骤S102。当然，这是针对多次无法得到收敛的最优值时的处理过程，如果循环的步骤超过一定的次数，可以停止该循环步骤，并取其已计算得到的最大的最优值。在步骤S106中，选取该最优值对应的第二参数后，即可得到与期望值最接近的最优值所对应的二维尺寸(或折射率)，接着选取对应的晶格，以此完成对人工电磁材料的设计过程。通过本实施例，可快速有效地进行设计，设计效率高，而且不会漏掉关键的峰值，从而快速地得到最优值，有利于实现大规模产业化生产。请参阅图2，在另一个实施例中，本发明人工电磁材料设计方法包括:步骤S201，初始化时，在搜索域生成多个第一参数，将该多个第一参数按大小进行排列，并将该多个第一参数分成η组；步骤S202，计算该多个第一参数的适应度值；步骤S203，从每一组第一参数中选择适应度值最大的第一参数，以作为η个局部最优值；步骤S204，以该η个局部最优值为中心分别生成多个第二参数；
步骤S205，计算参数的适应度值，选择适应度值最大的η个参数作为最优值； 步骤S206，判断最优值是否收敛，若“是”，执行步骤S207，若“否”则执行步骤S208 ；步骤S207，从该η个参数中选取该适应度值最大的最优值对应的参数，流程结束。步骤S208，以该η个最优值为均值，以预设的方差值再次生成多个参数，返回步骤S205。在步骤S201中，在将多个第一参数分成η组时，采用矩阵的算法进行分组，其工作原理包括:计算每两个该第一参数的距离，存入距离矩阵D(i，j)，以矩阵D(i，j)的数值代表第i个粒子和第j个粒子之间的距离，将D(i，j)于预定阈值的多个第一参数分到同一组内。其中，第i个粒子和第j个粒子之间的距离表示的是二维尺寸的大小的差值，也可以为折射率的差值等；同时，该预定阈值可以设置为0.01、0.02或者其他根据实际需要而设定的数值，在此不作赘述。在步骤S202中，可以根据对设计所需的期望值而设置适应度函数，再通过该适应度函数计算适应度值。在步骤S204中，具体而言，以该适应度值最大的第一参数为均值，以预设的方差值σ生成该多个第二参数。举例而言，若适应度值最大的第一参数为2.13，以2.13为中心数值，在其周围生成多个新的参数，该第一参数和该多个新的参数的方差不超过预设的方差值，在本实施例中，该预设的方差值取0.01，当然，可以根据实际需要而浮动，在此不作限定。如前所述，本实施例的其他步骤的工作原理请参阅图1所述实施例的工作原理过程，在本技术领域人员理解的前提下，在此不再赘述。通过本实施例，可快速有效地进行设计，设计效率高，而且不会漏掉关键的峰值，从而快速地得到最优值，有利于实现大规模产业化生产。下面结合图1和图2的工作原理对本发明人工电磁材料设计系统进行描述。请参阅图3，本发明人工电磁材料设计系统包括初始化模块30、适应度计算模块31、第一选择模块32、新参数生成模块33、判断模块34、第二选择模块35和距离计算模块36。初始化模块30用于在搜索域生成多个第一参数。在人工电磁材料设计的过程中，一般将人工电磁材料的结构参数或者折射率等视为二维空间的粒子，因此，在寻求最优值时，可等同为寻求最优的粒子。适应度计算模块31用于计算该多个第一参数和该多个第二参数的适应度值。当然，在多次循环的时候，还可以用来计算其他参数的适应度值，在此不作限定。第一选择模块32用于选择适应度值最大的第二参数以作为最优值。和前面实施例不同的是，如果第一参数已经出现最优值，则由该第一选择模块32进行选择。新参数生成模块33用于根据参数而生成新的参数(或粒子)，或者说，以该第一参数为中心生成多个第二参数。举例而言，若适应度值最大的第一参数为2.13，以2.13为中心数值，在其周围生成多个新的参数，该第一参数和该多个新的参数的方差不超过预设的方差值，在本实施例中，该预设的方差值取0.01，当然，可以根据实际需要而浮动，在此不作限定。
判断模块34用于判断该第一选择模块32选择的最优值是否收敛。第二选择模块35用于根据该判断模块34判断到该最优值收敛时，选取该最优值对应的第二参数。另外，本发明人工电磁材料设计系统还包括距离计算模块36。其中，距离计算模块36用于计算每两个该第一参数的距离，并存入距离矩阵D (i，j)，其中，矩阵D (i，j)的数值代表第i个粒子和第j个粒子之间的距离。其中，第i个粒子和第j个粒子之间的距离表示的是二维尺寸的大小的差值，也可以为折射率的差值等；同时，该预定阈值可以设置为
0.01,0.02或者其他根据实际需要而设定的数值，在此不作赘述。本发明人工电磁材料设计系统其具体工作原理请参阅图1和图2所述的人工电磁材料设计方法，在此不再赘述。本发明人工电磁材料设计方法和系统能有效地解决现有技术中由于手动调节而影响设计效率或漏掉关键的峰值的技术问题。本发明可快速有效地进行设计，设计效率高，而且不会漏掉关键的峰值，从而快速地得到最优值，有利于实现大规模产业化生产。以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
权利要求
1.一种人工合成材料设计方法，其特征在于，包括: 初始化时，在搜索域生成多个第一参数； 计算所述多个第一参数的适应度值； 选择适应度值最大的第一参数； 以所述适应度值最大的第一参数为中心生成多个第二参数； 返回所述计算适应度值的步骤，以计算所述多个第二参数的适应度值，选择适应度值最大的第二参数作为最优值，判断所述最优值是否收敛； 在判断到所述最优值收敛时，选取所述最优值对应的第二参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于， 所述搜索域生成多个第一参数的步骤包括: 将所述多个第一参数按大小进行排列，并将所述多个第一参数分成η组； 所述选择适应度值最大 的第一参数的步骤包括: 从每一组第一参数中选择适应度值最大的第一参数，以作为η个局部最优值； 所述以所述适应度值最大的第一参数为中心生成多个第二参数的步骤包括: 以所述η个局部最优值为中心分别生成多个第二参数，计算所述多个第二参数的适应度值，选择适应度值最大的η个第二参数作为最优值，判断所述η个最优值是否收敛，在判断到所述最优值收敛时，从所述η个第二参数中选取所述适应度值最大的最优值对应的第二参数； 其中，η为自然数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述多个第一参数分成η组的步骤包括: 计算每两个所述第一参数的距离，存入距离矩阵D(i，j)，以矩阵D(i，j)的数值代表第i个粒子和第j个粒子之间的距离，将D(i，j)小于预定阈值的多个第一参数分到同一组内； 其中，每个所述第一参数视为二维空间的粒子。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述以所述适应度值最大的第一参数为中心生成多个第二参数的步骤包括: 以所述适应度值最大的第一参数为均值，以预设的方差值生成所述多个第二参数。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选择适应度值最大的第二参数作为最优值，判断所述最优值是否收敛的步骤后包括: 在判断到所述最优值发散时，以所述适应度值最大的第二参数为中心生成多个第三参数。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述判断所述η个最优值是否收敛的步骤后包括: 在判断到所述η个最优值发散时，以所述η个最优值为中心生成多个第三参数。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述以所述η个局部最优值为中心分别生成多个第二参数的步骤包括: 以所述η个最优值为均值，以预设的方差值生成所述多个第三参数。
8.根据权利要求4或7任一所述的方法，其特征在于，所述预设的方差值为0.01。
9.一种人工合成材料设计系统，其特征在于，包括: 初始化模块，用于在搜索域生成多个第一参数； 新参数生成模块，用于以所述第一参数为中心生成多个第二参数； 适应度计算模块，用于计算所述多个第一参数和所述多个第二参数的适应度值； 第一选择模块，用于选择适应度值最大的第二参数以作为最优值； 判断模块，用于判断所述最优值是否收敛； 第二选择模块，用于根据所述判断模块判断到所述最优值收敛时，选取所述最优值对应的第二参数。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，还包括: 距离计算模块，用于计算每两个所述第一参数的距离，并存入距离矩阵D(i，j)，其中，矩阵D(i，j)的数值代表第i个粒子和第j个粒子之间的距离； 其中，每个所述第一参数视为二维空间的粒子。
全文摘要
本发明公开了一种人工合成材料设计方法和系统，该方法包括初始化时，在搜索域生成多个第一参数；计算该多个第一参数的适应度值；选择适应度值最大的第一参数；以该适应度值最大的第一参数为中心生成多个第二参数；返回该计算适应度值的步骤，以计算该多个第二参数的适应度值，选择适应度值最大的第二参数作为最优值，判断该最优值是否收敛；在判断到该最优值收敛时，选取该最优值对应的第二参数。本发明可快速有效地进行设计，设计效率高而且不会漏掉关键的峰值，从而快速地得到最优值，有利于实现大规模产业化生产。
文档编号G06F17/50GK103177142SQ20111043987
公开日2013年6月26日 申请日期2011年12月26日 优先权日2011年12月26日
发明者刘若鹏, 季春霖, 刘斌, 李乐 申请人:深圳光启高等理工研究院