本文關鍵詞：電子電路并行演化算法的設計與實現，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《中國地質大學》 2006年

電子電路并行演化算法的設計與實現

魏巍  

【摘要】：隨著社會的進步和發(fā)展，人們不斷涉及到很多復雜的實際應用問題。他們對計算機的計算速度和智能性提出了挑戰(zhàn)。演化算法是用計算機模擬大自然的演化過程，特別是生物進化過程，來求解復雜問題的一類智能計算模型。這種用種群組織搜索的方式使得演化算法特別適合大規(guī)模并行。 本文的主要內容是討論并行演化算法、并根據對分布并行系統的研究，針對電子電路演化問題提出相應的可靠、有效的并行演化算法。 首先我們介紹了演化算法的來源和發(fā)展，及其主要分支，并根據演化算法的算法框架討論了演化算法的特點。在第二章中給出了演化算法的基本實現技術，對于模式定理、積木塊假設與遺傳算法欺騙問題、隱含并行性作了嚴密的論證。并對演化算法的效率提出了3大改進方向。第三章我們對演化硬件領域里較為簡單的電子電路的演化進行了討論，使用Miller的編碼方案，基于Xilinx Virtex-Ⅱ系列FPGA，對演化硬件設計進行研究。采用對2輸入1輸出的門電路以及二路選擇器作為電路單元，通過對電路邏輯單元矩陣的演化，實現了邏輯電路的自動化設計。最后還對得到的2個最優(yōu)電路進行了分析。推演出了一個重要結論。第四章我們就并行算法的一些概念以及MPI、C展開討論。介紹了本文并行算法賴以實現的平臺MPICH系統。對其全部的4種通信模式：標準模式、緩存模式、同步模式、就緒模式進行了介紹。并且作為以后編成實現的依據提供出來。最后本文以電子電路的并行演化問題為主要研究對象，設計了分布式異步并行演化算法，并以演化硬件實驗室8臺PC機互聯而成的機群系統作為模擬的并行環(huán)境進行了大規(guī)模實驗，系統地測試了算法中一些重要的并行控制參數，包括對解的平均質量和并行加速比兩方面的影響，得到了一些嶄新的實驗結果，并作了一些合理的分析和解釋。當然，這些結論的得出是基于我們所解決的具體問題的，尚不能完全從理論上作出嚴格的證明，，它們對于并行演化邏輯電路的研究者在解決其他問題時是否適用還有待進一步驗證。我們希望本文的研究能為這些研究者的算法設計提供一定的指導性。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：中國地質大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2006
【分類號】：TN702
【目錄】：

摘要5-6

ABSTRACT6-10

第一章 緒論10-17

1.1 引言10-12

1.2 研究目的和內容12

1.3 國內外研究現狀及發(fā)展趨勢12-16

1.3.1 國外發(fā)展現狀12-13

1.3.2 國內發(fā)展現狀13-14

1.3.3 演化硬件的技術背景14-15

1.3.4 硬件演化的發(fā)展趨勢15-16

1.4 本文的主要工作及結構安排16-17

第二章 演化算法分析17-34

2.1 演化計算介紹17-20

2.1.1 演化計算的特點18

2.1.2 演化計算的分類18-20

2.2 遺傳算法簡介20-21

2.2.1 遺傳算法概要20-21

2.2.2 遺傳算法的運算過程21

2.3 遺傳算法的基本定理21-25

2.3.1 模式定理21-24

2.3.2 積木塊假設與遺傳算法欺騙問題24-25

2.3.3 隱含并行性25

2.4 演化算法基本實現技術25-29

2.4.1 編碼方法26

2.4.2 適應度函數26-27

2.4.3 選擇算子27-28

2.4.4 交叉算子28-29

2.5 基本演化算法設計方法29-30

2.6 基本演化算法改進及設計方法30-34

2.6.1 最優(yōu)模型保留算法30-31

2.6.2 加大選擇壓力算法31-32

2.6.3 動態(tài)調節(jié)交叉概率和變異概率算法32-34

第三章 演化電子電路34-44

3.1 引言34

3.2 具有多樣性的小群體數字電路演化算法34-39

3.2.1 防止反饋的互連約束條件編碼34-37

3.2.2 適應值評估37

3.2.3 遺傳操作37-39

3.3 實驗結果39-43

3.3.1 帶進位的一位全加器39-40

3.3.2 帶進位的二位全加器40-42

3.3.3 經過非常大的演化代數對小群體進行演化能得到最好的結果42-43

3.4小結43-44

第四章 并行程序設計44-53

4.1 并行算法的一般概念44-47

4.1.1 并行性44-45

4.1.2 并行計算機45

4.1.3 并行程序設計45-47

4.2 并行程序性能分析技術研究47-50

4.2.1 并行算法性能分析47-48

4.2.2 開銷分析48-50

4.3 消息傳遞接口(MPI)50-53

4.3.1 MPI50-51

4.4.2 工作站機群算法設計51-53

第五章 基于并行程序設計的數字電路演化算法53-56

5.1 異步并行演化算法53

5.2 實驗平臺軟硬件環(huán)境53-54

5.3 實驗結果及分析54-56

第六章 結論與展望56-58

6.1 工作總結56

6.2 工作展望56-58

致謝58-59

參考文獻59-61

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  本文關鍵詞：電子電路并行演化算法的設計與實現，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：111542