人工智能原理及MATLAB实现 教案 第5章 计算智能.docx

《人工智能算法》课程教案

教学目的、要求：

1.掌握进化算法、有哪些信誉好的足球投注网站算法、群智能算法、混合优化算法的基本概念和原理

2.熟悉模糊计算基础知识

3.理解算法的分析步骤、应用场景和优势

4.能够实现简单的算法并进行实验验证

教学重点及难点：

重点：算法的原理

难点：简单算法的实现和应用

教学基本内容

教学过程设计

§5计算智能

§5.1进化算法

进化算法是一种模拟自然选择和遗传学机制的优化算法，用于解决复杂的有哪些信誉好的足球投注网站和优化问题，其应用广泛。

进化算法包括遗传算法、遗传规划、进化策略和进行规划等，在此只介绍遗传算法和进化策略。

遗传算法（GeneticAlgorithms，GA）：

基本思想是基于达尔文（Darwin）的进化论和孟德尔（Mendel）的遗传学说；工作对象是字符串。

对于整个遗传算法影响最大的是编码和适应度函数的设计。

编码是应用遗传算法时要解决的首要关键问题。编码的方法也影响到遗传算子的计算方法。

常用的编码方法有以下4种：（1）二进制编码。它是遗传算法编码中最常用的方法。（2）符号编码。（3）浮点数编码，也称为真值编码方法。适用于精度要求较高的遗传算法，以便于在较大空间进行遗传有哪些信誉好的足球投注网站。（4）格雷编码。

为了体现个体的适应能力，引入了对问题中的每一个个体都能进行量度的函数，即适应度函数。适应度函数求取的是极大值，并且具有非负性。

常见的几种变换方法：

（1）线性变换：f(Z)=aZ+b

（2）幂变换：f(Z)=Za

（3）指数变换：f(Z)=exp(－βZ)

对于有约束条件的极值，其适应度可用罚函数方法处理。

遗传算子就是遗传算法中进化的规则。基本遗传算法的遗传算子主要有选择算子、交叉算子和变异算子。

遗传算法的具体步骤：

①对问题进行编码；

②定义适应度函数后，生成初始化群体；

③对于得到的群体进行选择复制，交叉，变异操作，生成下一代种群；

④判断算法是否满足停止准则。若不满足，则从步骤③起重复；

⑤算法结束，获得最优解。

遗传算法中需要选择的参数主要有串长l、群体大小n、交叉概率pc以及变异概率pm等。

与其他方法相比，遗传算法具有编码性、多解性和全局优化性、自适应性、不确定性、隐含并行性、智能性的优点。

进化策略（EvolutionStrategies，ES）：

20世纪60年代，德国柏林大学的因戈·雷切伯格（I.Rechenberg）和施韦费尔（H.P.Schwefel）等在进行风洞试验时，研究发展形成了进化策略方法。

进化策略以其简单、通用、鲁棒性和适应性而闻名，是专门为求解参数优化问题而设计的，而且在进化策略算法中引入了自适应机制。

算法的基本流程。

算法的构成要素：

染色体构造：

（X,σ）=（（x1,x2,…,xL），（σ1,σ2,…,σL））

算子：

①重组算子。重组是将参与重组的父代染色体上的基因进行交换，形成下一代的染色体的过程。目前常见的有离散重组、中间重组、混杂重组等；

②变异算子：

③选择算子。在进化策略中，选择过程是确定性的。

在不同的进行策略中，选择机制也有所不同。

§5.2模糊计算

1965年，美国控制论专家拉特飞·扎德（L.A.Zadeh）把模糊性和数学统一起来，提出了模糊集合理论与模糊逻辑，它采用精确的方法、公式和模型来度量和处理模糊、信息不完整或不太正确的现象与规律。

模糊集是一种边界不分明的集合。

隶属函数的表示方法：

模糊系统中常用的隶属度函数有11种，例如高斯形、钟形等隶属度函数。

模糊集运算：交集（逻辑与）、合集（逻辑或）/逻辑非（余）、模糊集的基。

设A∈F(U)，对任意λ∈[0，1]，集合

称为集合A的λ截集，λ称为阈值或置信水平。截集的概述描述了模糊集合与普通集合之间的转换关系。

模糊度是模糊集合的度量，有以下几种计算方式：

距离模糊度。设A0.5是A的λ＝0.5截集，有

熵模糊度。如果令，

则熵模糊度的定义为

贴近度。用距离刻画模糊集的模糊度效果不是很理想，可以用贴近度来衡量两个模糊集之间的相近程度，贴近度越大，则表明这两者越接近。

聚类分析就是将相似相像的事物归为一类。模糊聚类分析是利用模糊等价关系来实现的。

基于模糊等价关系的聚类分析可分为三步：

（1）建立模糊相似矩阵

第一步是求样本集中任意两个样本Xi与Xj之间的相似系数rij，进而构造模糊相似矩阵R=(rij)n×n。

①数量积法

②相关系数法

还包括绝对值减数法、算术平均法等。

（2）改造模糊相似关系为模糊等价关系

（3）聚类

对求得的模糊等价矩阵求λ－截集Rλ，再将Rλ中为1的元素对应行和列的对象归并为一类，由Rλ的分类由细变粗，形成一个动态的分类图。

§5.3有哪些信誉好的足球投注网站算法

有哪些信誉好的足球投注网站过程有三大要素：有哪些信誉好的足球投注网站对象、有哪些信誉好的足球投注网站的扩展规则和有哪些信誉好的足球投注网站的目标测试。

通过有哪些信誉好的足球投注网站求解问题的基本思想：

（1）将问题中的已知条件看成状态空