何豐 周鵬

1 引言

群體智能算法是根據(jù)自然界中生物的一些行為特點，以及智能活動行為而提出的一種人工智能算法模式，最早是20世紀(jì)80年代提出的，在這種模式下，算法利用群體優(yōu)勢，在沒有幾種控制和任何全局模型的前提下，為解決復(fù)雜問題提出新的思路。尤其是在數(shù)值尋優(yōu)方面，其收斂性和收斂速度都是較優(yōu)的。

2002年P(guān)assino和muller等提出了一種新的群體智能算法，細(xì)菌覓食優(yōu)化算法[1]和細(xì)菌趨藥性優(yōu)化算法[2]，這種算法是根據(jù)細(xì)菌的覓食和趨化行為提出的，用于解決實數(shù)優(yōu)化問題有其明顯的優(yōu)勢。

2 菌群算法介紹

細(xì)菌覓食行為是：在營養(yǎng)基中可以實現(xiàn)游動和翻轉(zhuǎn)，細(xì)菌個體移動到新的位置，在不同位置的細(xì)菌，會有不同的適應(yīng)度值，菌群算法中，如果一個細(xì)菌移動的新的位置的適應(yīng)度值更低，那么他就會翻轉(zhuǎn)向相反的方向運(yùn)動，否則就會繼續(xù)在這個方向運(yùn)動，這就是趨化，趨化若干代之后，細(xì)菌就會有新的位置，在新的位置的細(xì)菌根據(jù)優(yōu)勝劣汰的規(guī)則，保留位置好的一半細(xì)菌，位置差的一半淘汰，好的一半細(xì)菌以二分裂的方式產(chǎn)生新一代的細(xì)菌個體，新一代的個體將保留父代的所有信息。反復(fù)的執(zhí)行以上操作，菌群就會不斷的尋優(yōu)，在最優(yōu)的位置不斷聚集。最終找到最優(yōu)點。

2.1 改進(jìn)的菌群優(yōu)化算法簡介

菌群優(yōu)化算法是在基本菌群算法的基礎(chǔ)上，對菌群算法的步驟做更細(xì)化的處理?；镜木核惴ㄔ谳^為簡單的環(huán)境下，尋優(yōu)效果極好，但是在多峰值，尋優(yōu)效果會大大下降，為了解決這個問題，引入了多宇宙策略，我們在菌群算法進(jìn)行的開始，對初始種群進(jìn)行分組，每個分組都可以獨立尋優(yōu)，同時在各個分組獨立尋優(yōu)的同時，不同的宇宙之間還有移民和交叉，交換各個宇宙之中的優(yōu)秀個體，從而提高算法的效率，這種利用各組演化的獨立性和菌群算法結(jié)合的算法我們稱之為多宇宙菌群算法。

在多宇宙菌群算法之中，分為宇宙內(nèi)部演化和宇宙間操作，宇宙內(nèi)部的演化同菌群算法相似，初始化細(xì)菌位置，通過趨化復(fù)制和驅(qū)散，單個宇宙獨立的不斷尋優(yōu)。宇宙間操作包括移民和交叉。移民操作是各個宇宙之間按照一定的規(guī)則和比例。將各個宇宙中優(yōu)秀的個體淘汰掉其他宇宙之中的較差的個體，使得優(yōu)化的效率得到提高。宇宙間交叉是是為了實現(xiàn)宇宙間演化目標(biāo)的交互，避免算法的早熟收斂，同時克服算法收斂于局部最優(yōu)解的可能性。

多宇宙菌群覓食算法主要步驟如下：

1.隨機(jī)產(chǎn)生細(xì)菌種群菌落，使其均勻分布在覓食空間。按照尋優(yōu)覓食規(guī)模對菌群進(jìn)行分組，初始化細(xì)菌位置：

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