一种多尺度量子谐振子多模函数优化系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及计算智能领域，具体而言，涉及一种多尺度量子谐振子多模函数优化 系统及方法，该系统及方法可广泛应用于工业、经济、科学等领域。
【背景技术】
[0002] 多尺度量子谐振子优化方法（Multi-scale Quantum Harmonic Oscillator Alg〇rithm，MQHOA)是利用量子谐振子波函数的概率解释构造出来的一种解决单峰全局优 化问题的计算智能方法。
[0003] MQH0A方法在设计时就是以单峰函数优化问题为目标的，目标函数具有多个全局 最优位置时，现有的MQH0A方法容易失效，即现有的MQH0A方法仅能实现一个全局最优位置 的复杂函数的优化问题。并且，由于MQH0A的内层循环（QH0循环，Quantum Harmonic Oscillator)收敛条件的限制，对于具有多个全局最优位置的多模复杂函数，该方法在多数 时候都将无法收敛，从而无法实现对多个全局最优位置的搜索。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种多尺度量子谐振子多模函数优化系统，以解决上述的 问题。
[0005] 在本发明的实施例中提供了一种多尺度量子谐振子多模函数优化系统，所述系统 包括：
[0006] 采样中心位置生成模块，用于在函数定义域内，控制生成k个高斯采样区域的中心 位置Xl，并计算&的方差，所述B i < k;
[0007] 采样模块，用于针对k个中心位置Xl，分别按高斯分布生成m个随机采样位置；
[0008] 基本迭代模块，用于对每个&Xl为中心位置所生成的m个高斯采样点对应的函数 值分别进行比对，选取最优的位置替换对应的&值，对于k个采样区域均采用同样的方法迭 代；
[0009] 方差计算模块，用于计算当前&的方差〇k;
[0010] 能级收敛控制模块，用于判断此次以的方差与迭代前&的方差之差的绝对值是否 大于当前尺度，若成立，则跳转到所述采样模块，若不成立，则跳转到所述尺度缩小模块；
[0011] 尺度缩小模块，用于降低尺度，使〇s减小；
[0012] 多尺度收敛控制模块，用于判断~^^^是否成立，如果成立，则跳转到所述采样 模块，如果不成立，输出所有的Xl的值，所述〇 min为预设的计算精度。
[0013] 进一步地，在所述尺度缩小模块具体为尺度减半模块，所述尺度减半模块将所述 〇3减小一半。
[0014] 进一步地，所述系统还包括：
[0015] 初始化模块，用于接收k、m、〇min以及〇s的设定输入，所述k为高斯采样区域的个数， m为每个高斯采样区域的采样点数， 〇s为初始尺度。
[0016] 本发明另一目的在于提供一种多尺度量子谐振子多模函数优化方法，所述方法包 括以下步骤：
[0017] 步骤B:在函数定义域内，控制生成k个高斯采样区域的中心位置Xi，并计算Xi的方 差，所述1化k;
[0018]步骤C:针对k个中心位置Xl，分别按高斯分布生成m个随机采样位置；
[0019] 步骤D:对每个&Xl为中心位置所生成的m个高斯采样点对应的函数值分别进行比 对，选取最优的位置替换对应的^值，对于k个采样区域均采用同样的方法迭代；
[0020] 步骤E:计算当前Xi的方差〇k;
[0021] 步骤F:判断此次^的方差与迭代前^的方差之差的绝对值是否大于当前尺度〇s， 若成立，则返回步骤C，若不成立，则执行步骤G;
[0022]步骤G:降低尺度，使〇s减小；
[0023] 步骤H:判断〇s>omin是否成立，如果成立，则返回步骤C，如果不成立，输出所有的xi 的值，所述σ_为预设的计算精度。
[0024]进一步地，在所述步骤G中，使所述〇3减小一半。
[0025] 进一步地，在所述Β步骤之前还包括：
[0026] 步骤Α:接收k、m、〇min以及os的设定输入，所述k为高斯采样区域的个数，m为每个高 斯采样区域的采样点数，〇 s为初始尺度。
[0027] 在本发明中，改进了现有的MQH0A方法的最优位置选取策略，各高斯采样区域均只 针对自身所生成的采样点进行函数值的比对，保留最优值的位置作为新的高斯采样中心， 同时内层循环的收敛条件改变为:两次迭代之间所有高斯采样中心位置的方差之差小于或 等于当前尺度时，QH0(量子谐振子迭代）内层循环收敛。本发明的QH0收敛条件的本质就是 在各个高斯采样区域位置变化较小时收敛。本发明能实现多全局最优位置的复杂函数的优 化问题。并且，对于具有多个全局最优位置的多模复杂函数，该方法在多数时候都能够收 敛，从而实现对多个全局最优位置的搜索。
【附图说明】
[0028] 图1示出了本发明提供的一种多尺度量子谐振子多模函数优化系统的结构；
[0029] 图2示出了本发明提供的一种多尺度量子谐振子多模函数优化方法流程。
【具体实施方式】
[0030] 现有的MQH0A方法在每次迭代时，比对所有采样点的函数值大小，选取最优的k个 位置作为新的高斯采样中心位置进入下一次的迭代。其内层循环收敛条件为：当前所有k个 高斯采样区域中心位置的方差小于当前尺度时，才进入外层的尺度变换，这一收敛条件在 目标函数具有超过一个全局最优解时，多个高斯采样区域的中心位置容易在不同的全局最 优解位置进行聚集，从而造成这些中心位置坐标的方差一直无法满足内层循环的收敛条 件，使内层循环无法实现收敛。本发明多尺度量子谐振子多模函数优化方法(Multi-scale Quantum Harmonic Oscillator Algorithm,Multimodal Optimization)改进了MQH0A方法 的最优位置选取策略，各高斯采样区域均只针对自身所生成的采样点进行函数值的比对， 保留最优值的位置作为新的高斯采样中心，同时内层循环的收敛条件改变为:两次迭代之 间所有高斯采样中心位置的方差之差小于或等于当前尺度时，QHO(量子谐振子迭代）内层 循环收敛。本发明的QH0收敛条件的本质就是在各个高斯采样区域位置变化较小时收敛。
[0031] 下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
[0032] 图1示出了本发明提供的多尺度量子谐振子多模函数优化系统，该系统包括:采样 中心位置生成模块、采样模块、基本迭代模块、方差计算模块、能级收敛控制模块、尺度缩小 模块以及多尺度收敛控制模块。
[0033] 在函数定义域内，采样中心位置生成模块控制生成k个高斯采样区域的中心位置 ，并计算^的方差，所述1 < i <k。针对k个中心位置Xl，采样模块分别按高斯分布生成m个 随机采样位置。基本迭代模块对每个以Xl为中心位置所生成的m个高斯采样点对应的函数 值分别进行比对，选取最优的位置替换对应的^值，对于k个采样区域均采用同样的方法迭 代。方差计算模块计算当前Xl的方差〇k。能级收敛控制模块判断此次^的方差与迭代前^的 方差之差的绝对值是否大于当前尺度〇 8，若成立，则跳转到所述采样模块，若不成立，则跳 转到所述尺度缩小模块。尺度缩小模块降低尺度，使〇s减小。多尺度收敛控制模块判断〇s> 〇min是否成立，如果成立，则跳转到所述采样模块，如果不成立，输出所有的Xi的值，所述〇 min 为预设的计算精度。
[0034] 作为本发明的实施例，在所述尺度缩小模块具体为尺度减半模块，所述尺度减半 模块将所述CS减小一半。
[0035] 作为本发明的实施例，该系统还包括:初始化模块。该初始化模块接收k、m、〇min& 及〇 8的设定输入，所述k为高斯采样区域的个数，m为每个高斯采样区域的采样点数，〇s为初 始尺度。
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