一种基于QAOA算法的投资组合优化方法及装置与流程

本发明涉及优化计算，具体涉及一种基于qaoa算法的投资组合优化方法及装置。

背景技术：

1、投资组合优化，是从要考虑的所有投资组合中选择最佳投资组合(资产分配)的过程。该目标通常最大化因素，如预期收益，而使成本最小化的金融风险。投资组合优化可以进一步用于理财产品推荐，金融机构风控等方面，具有广泛的应用场景。

2、量子近似优化算法(qaoa)是一种经典和量子的混合算法，是一种在基于门的量子计算机上求解组合优化问题的变分方法。一般而言，组合优化的任务就是从有限的对象中寻找使成本最小化的目标对象，在实际生活中的主要应用包括降低供应链成本、车辆路径、作业分配等。

3、在现有投资组合优化方法中，使用马科维兹和约束模型，该模型在经典计算机中可以快速求解，但是qaoa算法在应用于投资组合优化时，存在计算缓慢的技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中的问题，本发明实施例提供一种基于qaoa算法的投资组合优化方法及装置，能够至少部分地解决现有技术中存在的问题。

2、一方面，本发明提出一种基于qaoa算法的投资组合优化方法，包括：

3、对待投资方案信息进行满足预设基数约束要求的二进制编码设计，得到二进制编码，基于所述二进制编码得到qaoa算法的初态；

4、其中，所述qaoa算法包括与初始线路相连的各对线路组，每对线路组之间依次首尾相连，且每对线路组内包括相位分离线路和使得待投资方案的可行解和资产数量都为固定值的优化混合线路；

5、基于所述各对线路组对所述初态进行转换，得到所述qaoa算法的终态，并将所述qaoa算法的终态作为投资组合优化结果。

6、其中，所述优化混合线路包括可在份额值为非零整数资产与份额值为零资产量子态间混合的第一组合线路、可在二进制进位的基础上将一对份额值为非零整数资产间混合的第二组合线路，以及可在二进制不进位的基础上将一对份额值为非零整数资产间混合的第三组合线路；

7、所述第一组合线路、所述第二组合线路和所述第三组合线路依次连接。

8、其中，所述第一组合线路包括依次串行连接的各第一子线路，且依次相邻的后一个第一子线路的第一作用位与前一个第一子线路的第一作用位输出端的下一端相连接，依次相邻的后一个第一子线路的第二作用位与前一个第一子线路的第二作用位输出端的下一端相连接。

9、其中，所述第二组合线路包括依次串行连接的各第二子线路组，且依次相邻的后一个第二子线路组的第一作用位与前一个第一子线路组的第二作用位输出端的下一端相连接，依次相邻的后一个第二子线路组的第三作用位与前一个第一子线路组的第二作用位输出端的下两个端相连接，依次相邻的后一个第二子线路组的第二作用位与前一个第一子线路组的第三作用位输出端相连接。

10、其中，所述第三组合线路包括依次串行连接的各第三子线路组，且依次相邻的对应奇数位的各第三子线路组与对应偶数位的各第三子线路组相连接，依次相邻的后一个对应奇数位的第三子线路组与前一个对应偶数位的第三子线路组相连接，最后一个第三子线路组与第一个第三子线路组相连接；

11、各第三子线路组组间连接为后一个第三子线路组的第一作用位与前一个第三子线路组的第二作用位输出端的下一端口相连接，后一个第三子线路组的第二作用位与前一个第三子线路组的第二作用位输出端的下两个端口相连接。

12、其中，所述第一子线路为：将r2swap线路的第一作用位和第二作用位分别作用于与不同的两类资产分别对应量子比特的最高位，在各控制位和与各控制位分别对应的输出端连接有一个x门。

13、其中，所述第二子线路组包括两个相连的第二子线路；其中，后一个第二子线路的第二作用位与前一个第二子线路的第一作用位输出端相连接，后一个第二子线路的第一作用位与前一个第二子线路的第一作用位输出端相连接，后一个第二子线路的三作用位与前一个第二子线路的第二作用位输出端的下一端相连接。

14、其中，所述第三子线路组包括两个依次相连的第一预设量子比特数值计算子线路和第二预设量子比特数值计算子线路；其中，所述第一预设量子比特数值计算子线路和第二预设量子比特数值计算子线路的第一作用位、第二作用位、第三作用位和第四作用位都对应连接。

15、其中，所述第二子线路包括两个依次相连的r3swap线路和r3swap线路的逆线路；

16、其中，r3swap线路和r3swap线路的逆线路的第一作用位、第二作用位和第三作用位都对应连接；r3swap线路的第二作用位输出端的下面全部端口分别连接一个x门，并通过各x门连接r3swap线路的逆线路的第二作用位下面全部输入端，与r3swap线路的逆线路的第二作用位下面全部输入端分别对应的输出端分别连接有一个x门。

17、其中，所述第一预设量子比特数值计算子线路包括一组第一控制非门、一组第二控制非门、一组第三控制非门、一个旋转rx门、一个旋转rz门和一组x门；

18、其中，一个旋转rx门和一个旋转rz门相连接，将一个旋转rx门和一个旋转rz门作为中心，按照与中心由近到远的顺序分别将每组x门、每组第三控制非门、每组第二控制非门和每组第一控制非门中的两个分别布设在所述中心的两侧。

19、其中，所述第二预设量子比特数值计算子线路包括两个相连的r2swap线路；

20、其中，后一个r2swap线路的第一作用位与前一个r2swap线路的第一作用位输出端的下一端相连接，后一个r2swap线路的第二作用位与前一个r2swap线路的第二作用位输出端的下一端相连接。

21、一方面，本发明提出一种基于qaoa算法的投资组合优化装置，包括：

22、获取单元，用于对待投资方案信息进行满足预设基数约束要求的二进制编码设计，得到二进制编码，基于所述二进制编码得到qaoa算法的初态；

23、其中，所述qaoa算法包括与初始线路相连的各对线路组，每对线路组之间依次首尾相连，且每对线路组内包括相位分离线路和使得待投资方案的可行解和资产数量都为固定值的优化混合线路；

24、优化单元，用于基于所述各对线路组对所述初态进行转换，得到所述qaoa算法的终态，并将所述qaoa算法的终态作为投资组合优化结果。

25、再一方面，本发明实施例提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如下方法：

26、对待投资方案信息进行满足预设基数约束要求的二进制编码设计，得到二进制编码，基于所述二进制编码得到qaoa算法的初态；

27、其中，所述qaoa算法包括与初始线路相连的各对线路组，每对线路组之间依次首尾相连，且每对线路组内包括相位分离线路和使得待投资方案的可行解和资产数量都为固定值的优化混合线路；

28、基于所述各对线路组对所述初态进行转换，得到所述qaoa算法的终态，并将所述qaoa算法的终态作为投资组合优化结果。

29、本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，包括：

30、所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如下方法：

31、对待投资方案信息进行满足预设基数约束要求的二进制编码设计，得到二进制编码，基于所述二进制编码得到qaoa算法的初态；

32、其中，所述qaoa算法包括与初始线路相连的各对线路组，每对线路组之间依次首尾相连，且每对线路组内包括相位分离线路和使得待投资方案的可行解和资产数量都为固定值的优化混合线路；

33、基于所述各对线路组对所述初态进行转换，得到所述qaoa算法的终态，并将所述qaoa算法的终态作为投资组合优化结果。

34、本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如下方法：

35、对待投资方案信息进行满足预设基数约束要求的二进制编码设计，得到二进制编码，基于所述二进制编码得到qaoa算法的初态；

36、其中，所述qaoa算法包括与初始线路相连的各对线路组，每对线路组之间依次首尾相连，且每对线路组内包括相位分离线路和使得待投资方案的可行解和资产数量都为固定值的优化混合线路；

37、基于所述各对线路组对所述初态进行转换，得到所述qaoa算法的终态，并将所述qaoa算法的终态作为投资组合优化结果。

38、本发明实施例提供的基于qaoa算法的投资组合优化方法及装置，对待投资方案信息进行满足预设基数约束要求的二进制编码设计，得到二进制编码，基于所述二进制编码得到qaoa算法的初态；其中，所述qaoa算法包括与初始线路相连的各对线路组，每对线路组之间依次首尾相连，且每对线路组内包括相位分离线路和使得待投资方案的可行解和资产数量都为固定值的优化混合线路；基于所述各对线路组对所述初态进行转换，得到所述qaoa算法的终态，并将所述qaoa算法的终态作为投资组合优化结果，能够提高基于qaoa算法的投资组合优化计算效率。