基于免疫遗传算法的逻辑电路进化设计研究-电路与系统专业论文.docxVIP

宁波 宁波大学硕士学位论文 基于 基于免疫遗传算法的逻辑电路进化设计研究 万方数据 万方数据 万方数据 万方数据 基于免疫遗传算法的逻辑电路进化设计研究 摘 要 演 化 硬 件 (Evolvable Hardware， 简 称 EHW) 是 一 种 将 进 化 算 法 与 可 编 程 器 件 有 机 结 合 在 一 起 的 硬 件 系 统 ， 包 含 电 路 进 化 设 计 和 自 适 应 硬 件 两 大 主 要 分 支 。 电 路 进 化 设 计 是 利 用 进 化 算 法 的 全 局 搜 索 性 在 搜 索 空 间 内 寻 找 满 足 要 求 的 电 路 结 构 ， 是 实 现 自 适 应 硬 件 的 前 提 和 基 础 ， 因 而 成 为 当 前 研 究 的 热 点 。 本 文 主 要 研 究逻 辑电路 的进化 设计， 概括起 来主要 做了以 下几个 方面的 研究工 作： (1) 研 究了 EHW的 含义 、 原 理及 实 现方 式 ，对 EHW的 关键 技 术 —可 编程 器 件 及进 化算法 做了详 细分析 ，并指 出了当 前EHW研究 中一些 亟待解 决的问 题。 (2) 研 究 了 遗 传 算 法 (Genetic Algorithm， 简 称 GA)的 相 关 理 论 及 技 术 ， 以 可 编 程 逻 辑 阵 列 (Programmable Logic Array， 简 称 PLA)作 为 载 体 进 行 了 简 单 的 电 路 进 化 设 计 ； 与 传 统 的 电 路 设 计 方 法 ， 如 卡 诺 图 、 函 数 表 达 式 、 二 元 判 定 图 等 相 比 ， 电路 进化设 计能拓 展设计 空间， 并得到 更高效 、新颖 的电路 结构。 (3) 研 究 了 免 疫 算 法 (Immune Algorithm， 简 称 IA)的 相 关 理 论 ， 并 设 计 了 一 种 改 进 的 免 疫 遗 传 算 法 (Adaptive Immune Genetic Algorithm， 简 称 AIGA)， 利 用 抗 体 适 应 度 的 比 值 来 定 义 抗 体 的 相 似 度 ， 在 此 基 础 上 改 进 了 抗 体 的 选 择 策 略 ， 保 持 种 群 中 抗 体 多 样 性 的 同 时 避 免 算 法 的 局 部 收 敛 ； 提 取 每 代 中 的 优 秀 抗 体 作 为 “ 疫 苗 ” 来 替 换 适 应 度 低 的 抗 体 ， 同 时 设 计 了 自 适 应 的 交 叉 、 变 异 概 率 策 略 来 提 高 算法 的全局 收敛速 度；最 后通过 相关的 函数实 验来验 证AIGA的快 速收敛 性。 (4) 针 对 电 路 进 化 设 计 过 程 中传 统 进 化 算 法 收 敛 速 度 慢 且 易 陷 入 局 部 最 优 解 等 问 题 ， 提 出 了 一 种 基 于 笛 卡 尔 遗 传 编 程 (Cartesian Genetic Programming， 简 称 CGP) 的适 于逻 辑电路 进化 设计的 AIGA算法。对种 群中 抗体进 行多 目标评 估， 采用 精英 保 留 策 略 将 优 秀 抗 体 作 为 记 忆 单 元 保 存 ， 并 改 进 抗 体 的 选 择 机 制 ； 为 保 证 抗 体 的 有 效 性 ， 以 单 个 节 点 作 为 整 体 进 行 单 点 交 叉 、 单 点 变 异 操 作 ； 最 后 用 该 算 法 进 化2位 乘法 器电 路， 并与 GA、IA算 法进 行比 较， 实验 表 明 AIGA能 有效 地减 少进 化的 迭代次 数，提 高算法 的收敛 速度， 并设计 出更加 高效、 新颖的 电路结 构。 关键词：演化硬件，电路进化设计，免疫遗传算法，笛卡尔遗传编程，自适应策略 I Research on Evolutionary Design of Logic Circuit Based on Immune Genetic Algorithm Abstract Evolvable hardware(EHW) is a kind of hardware system that integrates the evolutionary algorithm with the programmable devices organically, the application of EHW consists of two major purposes, which is evolutionary design of circuit and adaptive hardware. Evolutionary design of circuit seeks for th