免疫算法.pptx
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1、第5章 免疫算法研究背景O在在生生物物科科学学领领域域,人人们们对对进进化化、遗遗传传和和免免疫疫等等自自然然现现象象已已经经进行了广泛而深入的研究进行了广泛而深入的研究;O进进化化算算法法是是建建立立在在模模仿仿生生物物遗遗传传与与自自然然选选择择基基础础上上的的一一种种并并行优化算法,其性能优异、应用广泛;行优化算法,其性能优异、应用广泛;O进进化化算算子子在在为为每每个个个个体体提提供供了了进进化化机机会会的的同同时时,也也无无可可避避免免地产生了退化的可能;地产生了退化的可能;O大大多多数数待待求求问问题题有有可可以以利利用用的的先先验验知知识识或或特特征征信信息息,故故可可以以利用这
2、些信息来抑制进化过程中的退化现象;利用这些信息来抑制进化过程中的退化现象;O生生物物免免疫疫理理论论为为改改进进原原有有算算法法的的性性能能,建建立立集集进进化化与与免免疫疫机机制于一体的新型全局并行算法奠定了基础制于一体的新型全局并行算法奠定了基础。免疫学习算法免疫学习算法非选择算法(非选择算法(Forrest););免疫学习算法(免疫学习算法(Hunt&Cooke););免疫遗传算法(免疫遗传算法(Chun););免疫免疫Agent算法(算法(Ishida););免疫网络调节算法(免疫网络调节算法(Wang&Cao););免疫进化算法(免疫进化算法(Jiao&Wang).AIS 的应用自动
3、控制故障诊断模式识别图象识别优化设计机器学习网络安全AIS在控制领域中的应用PID型免疫反馈控制器(型免疫反馈控制器(Takahashi););机器人控制(机器人控制(Mitsumoto,Ishiguro,Lee););控制系统的设计(控制系统的设计(Ishida););复杂动态行为建模和自适应控制(复杂动态行为建模和自适应控制(Kumak););倒立摆的控制(倒立摆的控制(Bersini)。)。AIS在故障诊断中的应用基于相关识别特性的免疫网络模型基于相关识别特性的免疫网络模型用于故障诊断的方法(用于故障诊断的方法(Ishida););通过构造大规模独特型免疫网络来通过构造大规模独特型免疫网
4、络来建立用于在线服务的故障诊断系统建立用于在线服务的故障诊断系统(Ishiguru)。)。AIS在模式识别中的应用Hunt等人开发了一种具有学等人开发了一种具有学习能力的人工免疫系统并用于模习能力的人工免疫系统并用于模式识别。式识别。AIS在联想记忆中的应用Gilbert等人采用免疫网络模等人采用免疫网络模型设计了一种内容可访的自动联型设计了一种内容可访的自动联想记忆系统并用于图像识别。想记忆系统并用于图像识别。AIS在优化设计中的应用永磁同步电动机的参数修正的优化设计;永磁同步电动机的参数修正的优化设计;电磁设备的外形优化;电磁设备的外形优化;VLSI印刷线路板的布线优化设计;印刷线路板的布
5、线优化设计;函数测试;函数测试;旅行商问题的求解;旅行商问题的求解;约束搜索优化问题和多判据设计问题约束搜索优化问题和多判据设计问题;AIS在网络安全的应用数据检测(数据检测(Forrest););病毒检测(病毒检测(Kephart););UNIX过程监控过程监控(Forrest)。免疫进化算法生物免疫的启示n在在生生物物自自然然界界中中,免免疫疫现现象象普普遍遍存存在在,并并对对物物种种的的生生存存与与繁衍繁衍发挥着重要的作用;发挥着重要的作用;n生生物物的的免免疫疫功功能能主主要要是是由由参参与与免免疫疫反反应应的的细细胞胞或或由由其其构构成成的器官来完成的;的器官来完成的;n生生物物免免
6、疫疫系系统统是是通通过过自自我我识识别别、相相互互刺刺激激与与制制约约而而构构成成了了一个一个 动态平衡的网络结构动态平衡的网络结构。免疫生物学的基本概念 抗原是指能够刺激和诱导机体的免疫系统使其产生免疫应答,并能与相应的免疫应答产物在体内或体外发生特异性反应的物质。抗体是指免疫系统受抗原刺激后,免疫细胞转化为浆细胞并产生能与抗原发生特异性结合的免疫球蛋白,该免疫球蛋白即为抗体。免疫系统的主要特点免疫识别免疫应答免疫耐受免疫记忆免疫调节算法研究生物学概念与理论生物学概念与理论方法:方法:工程计算方法工程计算方法进化免疫 传统进化算法是在一定发生概率的条件下,随机地、没有指导地迭代搜索,因此它们
7、在为群体中的个体提供了进化机会的同时,也无可避免地产生了退化的可能。每一个待求的实际问题都会有自身一些基本的、显而易见的特征信息或知识。然而进化算法中的交叉和变异算子在求解问题时,操作的可变程度较小。基本概念抗原所有可能错误的基因,即非最佳个体的基因。疫苗根据进化环境或待求问题的先验知识,所得到的对最佳个体基因的估计。抗体根据疫苗修正某个个体的基因所得到的新个体。免疫算子有两种类型:免疫算子有两种类型:全免疫全免疫 非特异性免疫非特异性免疫目标免疫目标免疫 特异性免疫特异性免疫免疫思想的实现 免疫算子即即:群群体体中中的的每每个个个个体体在在进进化化算算子子作作用用后后,对对其其每一环节都进行
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