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基于遗传模型改进蜂群算法的稀疏阵列优化

孙建邦,  李建兵,  王鼎,  孙玉琦,  罗志豪

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孙建邦, 李建兵, 王鼎, 等. 基于遗传模型改进蜂群算法的稀疏阵列优化[J]. 强激光与粒子束, 2021, 33: 123005. doi: 10.11884/HPLPB202133.210233
引用本文: 孙建邦, 李建兵, 王鼎, 等. 基于遗传模型改进蜂群算法的稀疏阵列优化[J]. 强激光与粒子束, 2021, 33: 123005. doi: 10.11884/HPLPB202133.210233
Sun Jianbang, Li Jianbing, Wang Ding, et al. Thinned array optimization based on genetic model improved artificial bee colony algorithm[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2021, 33: 123005. doi: 10.11884/HPLPB202133.210233
Citation: Sun Jianbang, Li Jianbing, Wang Ding, et al. Thinned array optimization based on genetic model improved artificial bee colony algorithm[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2021, 33: 123005. doi: 10.11884/HPLPB202133.210233

基于遗传模型改进蜂群算法的稀疏阵列优化

doi:  10.11884/HPLPB202133.210233
基金项目: 国家“核高基”重大专项项目(2017ZX01004-101-009A)
详细信息
    作者简介:

    孙建邦, xyqm818@163.com

    通讯作者:

    李建兵, 49286894@qq.com

  • 中图分类号: TN82

Thinned array optimization based on genetic model improved artificial bee colony algorithm

    摘要
  • 摘要: 人工蜂群算法作为一种新兴的群体智能算法,在解决复杂连续问题时表现突出。但是由于算法本身内在运行机制的原因,算法在搜索上表现出优异的性能,却疏于开发。为了平衡搜索和开发二者之间的矛盾,提出了一种基于遗传模型改进的人工蜂群算法,并成功运用到了阵列综合领域。算法先将全局最优解引入邻域搜索过程,指导蜂群寻找最佳蜜源,加速算法收敛。为了避免人工蜂群算法陷入局部最优,需要提高其开发能力,通过借鉴遗传算法中的进化机制,建立了遗传模型,对采取最佳保留后的蜜源进行遗传操作,丰富蜜源的多样性。在一组广泛使用的数值函数上对改进人工蜂群算法进行了测试,实验数据表明,该算法相较于其他算法具有很强的竞争力。将该算法运用于线性阵列的稀疏优化,旨在降低阵列的峰值旁瓣电平,在同样的阵列约束下与其他算法进行了优化对比,仿真结果进一步证明了算法的有效性。
      关键词:
    • 人工蜂群算法 / 
    • 阵列综合 / 
    • 邻域搜索 / 
    • 数值函数 / 
    • 峰值旁瓣电平 
  • 图  1  均匀直线阵列

    Figure  1.  Uniform linear array

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    图  2  稀疏阵列

    Figure  2.  Thinned array

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    图  3  标准人工蜂群算法邻域搜索方式

    Figure  3.  Neighborhood search method of artificial bee colony algorithm

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    图  4  全局邻域搜索方式

    Figure  4.  Global artificial bee colony algorithm neighborhood search method

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    图  5  不同稀疏率下GMIABC算法优化结果

    Figure  5.  Optimization results of GMIABC algorithm at different sparsity rates

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    图  6  稀疏率η=70%时GMIABC与GA,ABC算法的阵列稀疏优化对比

    Figure  6.  Comparison of array sparsity optimization between GMIABC, GA and ABC algorithms when sparsity rate η=70%

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    图  7  GMIABC算法与文献[ 27]算法的阵列稀疏优化对比

    Figure  7.  Comparison of array sparsity optimization between GMIABC algorithm and in Ref. [ 27] algorithm

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    表  1  基准数值函数

    Table  1.   Benchmark numerical functions

    functionexpressionrangeminimum value
    Sphere $ {f}_{1}\left(x\right)={\displaystyle\sum }_{i=1}^{D}{x}_{i}^{2} $ $ {\left[-\mathrm{100,100}\right]}^{D} $ 0
    Elliptic $ {f}_{2}\left(x\right)={\displaystyle\sum }_{i=1}^{D}{{\left({10}^{6}\right)}^{\tfrac{i-1}{D-1}}}x_{i}^{2} $ $ {\left[-\mathrm{100,100}\right]}^{D} $ 0
    SumSquare $ {f}_{3}\left(x\right)={\displaystyle\sum }_{i=1}^{D}{ix}_{i}^{2} $ $ {\left[-\mathrm{10,10}\right]}^{D} $ 0
    Exponential ${f}_{4}\left(x\right)=\mathrm{e}\mathrm{x}\mathrm{p}\left(0.5 {\displaystyle\sum }_{i=1}^{D}{x}_{i}\right)$ $ {\left[-\mathrm{10,10}\right]}^{D} $ 0
    Rosenbrock $ {f}_{5}\left(x\right)={\displaystyle\sum }_{i}^{D-1}\left[{100\left({x}_{i+1}-{x}_{i}^{2}\right)}^{2}-{\left({x}_{i}-1\right)}^{2}\right] $ $ {\left[-\mathrm{5,10}\right]}^{D} $ 0
    Rastrigin $ {f}_{6}\left(x\right)={\displaystyle\sum }_{i}^{D}\left[{x}_{i}^{2}-10\mathrm{cos}\left(2\pi {x}_{i}\right)+10\right] $ $ {\left[-\mathrm{5.12,5.12}\right]}^{D} $ 0
    Himmelblau $ {f}_{7}\left(x\right)=1/\mathrm{D}{\displaystyle\sum }_{i}^{D}\left[{x}_{i}^{4}-16{x}_{i}^{2}+5{x}_{i}\right] $ $ {\left[-\mathrm{5,5}\right]}^{D} $ −78.33236
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    表  2  GMIABC与ABC,GABC算法比较

    Table  2.   Comparison of GMIABC, ABC and GABC algorithms

    algorithm$ {f}_{1}\left(x\right) $$ {f}_{2}\left(x\right) $$ {f}_{3}\left(x\right) $$ {f}_{4}\left(x\right) $$ {f}_{5}\left(x\right) $$ {f}_{6}\left(x\right) $$ {f}_{7}\left(x\right) $
    ABCmean2.42e−154.52e−87.32e–157.18e−214.75e−011.34e−13−78.332
    std3.20e−154.83e−88.18e−157.21e−215.81e−011.97e−130
    GABCmean5.12e−164.19e−165.25e–157.18e−239.71e−020−78.332
    std4.35e−174.25e−166.18e−157.07e−231.01e−0103.13e−15
    GAmean1.23e−134.47e−128.10e−1104.1675e−050−78.332
    std1.63e−135.77e−127.82e−1105.0100e−0501.0974e−14
    GMIABCmean3.73e−234.99e−213.57e−2001.910158e−070−78.33233
    std4.16e−231.21e−206.93e−2002.110158e−0700
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    表  3  GMIABC与GA, ABC,ABCSIM算法阵列稀疏优化比较

    Table  3.   Comparison of sparsity optimization between GMIABC and GA, ABC and ABCSIM algorithms

    algorithmmin/dBmean/dBstdmin/dBmean/dBstdmin/dBmean/dBstdmin/dBmean/dBstd
    η=50%(Nt= 50)η=60%(Nt =60)η=70%(Nt =70)η=80%(Nt =80)
    GA −15.935 −15.677 0.189 −18.121 −17.521 0.353 −19.378 −19.110 0.187 −20.941 −20.752 0.178
    ABC −15.330 −15.061 0.237 −16.806 −16.563 0.207 −18.386 −17.722 0.423 −19.836 −18.430 0.967
    ABCSIM −17.211 −16.863 0.262 −17.426 −17.158 0.217 −18.202 −17.588 0.429 −18.172 −17.764 0.331
    GMIABC min/dB −18.541 −18.281 0.227 −19.368 −19.200 0.135 −21.365 −20.892 0.171 −21.338 −21.573 0.175
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-06-11
  • 修回日期:  2021-11-15
  • 网络出版日期:  2021-11-20
  • 刊出日期:  2021-12-15

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