本文關鍵詞： 可逆邏輯綜合 多基因編碼 多染色體編碼 調用關系　出處：《東華大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：可逆邏輯電路是由可逆邏輯門依次級聯(lián)構成,利用給定的邏輯門,按照可逆邏輯電路無扇入扇出、無反饋等約束條件和限制,實現(xiàn)預期邏輯功能且盡可能優(yōu)化的可逆邏輯電路。它以可逆方式進行邏輯運算、不丟失輸入信息,是一種可避免信息損失和有效降低能量損耗甚至達到零損耗的新型電路�？赡孢壿嬰娐肥菍崿F(xiàn)量子計算的基礎,它和常規(guī)不可逆邏輯電路存在較大差異。可逆邏輯電路的綜合方法與現(xiàn)行的非可逆邏輯電路綜合方法截然不同,比傳統(tǒng)邏輯綜合具有更大的難度。本文尋求以較少的運算量和人工參與,可自動地生成和優(yōu)化可逆邏輯表達式的綜合方法,論述了可逆邏輯綜合的基本原理,技術特點和研究現(xiàn)狀,通過研究單基因的基因表達式編程算法和多染色體基因表達式編程算法,對常規(guī)的基因表達式編程算法進行了改進。將單基因編碼方式改進為多基因的編碼方式,將多染色體編碼方式改進為染色體之間具有相互聯(lián)系的編碼方式,并將多基因和具有相互聯(lián)系的多染色體基因表達式編程算法應用于可逆邏輯綜合,以提高綜合能力和優(yōu)化程度。具體地從基因的編碼方式和適應度函數(shù)的改進出發(fā),對算法進行了相應的改進,并進行了實驗分析,主要的研究內容和結果包括以下幾方面:(1)針對基因表達式編程算法的單基因編碼方式,將單基因編碼方式改進為多基因的編碼方式,使得一個復雜的個體可以通過較少的字符編碼來表示。(2)針對多染色體基因表達式編程算法的多染色體無相互聯(lián)系的編碼方式,將多染色體無相互聯(lián)系的編碼方式改進為染色體之間上層染色體對下層染色體具有調用關系的編碼方式。染色體之間具有調用關系的編碼方式解決了原多染色體之間沒有相互聯(lián)系的缺點,使得同一個個體之間的染色體與染色體之間可以進行信息交換,使個體自身內部能進行各種進化操作。(3)在改進的多染色體調用模型的基礎上,增加了染色體體重組和基因隨機重組操作。(4)面向可逆邏輯綜合問題,改進了多染色體基因表達式編程算法的適應度函數(shù),使算法適用于可逆邏輯綜合。(5)利用C語言編程實現(xiàn)了多基因編碼和多染色體調用模型編碼的可逆邏輯綜合,初步實現(xiàn)了最大11輸入變量的可逆邏輯綜合,并根據(jù)得到的可逆邏輯表達式繪制出對應的可逆邏輯電路。本文對基于多染色體基因表達式編程的可逆邏輯綜合的關鍵性問題進行了探索和研究,理論分析和實驗結果表明本文的方法能夠有效地解決相應的問題,為可逆邏輯自動綜合提供了一種新的方法。
[Abstract]:Reversible logic circuit is composed of reversible logic gate cascade in turn, using given logic gate, according to reversible logic circuit no fan in and out, no feedback and other constraints and limitations. A reversible logic circuit that realizes the expected logic function and optimizes as much as possible. It performs logic operations in a reversible manner and does not lose input information. It is a new circuit which can avoid the loss of information and reduce the energy loss or even achieve zero loss effectively. Reversible logic circuit is the foundation of quantum computation. The synthesis method of reversible logic circuit is different from that of non-reversible logic circuit. It is more difficult than the traditional logic synthesis. This paper seeks to generate and optimize the reversible logic expression automatically with less computation and manual participation, and discusses the basic principle of reversible logic synthesis. Through the research of single gene gene expression programming algorithm and polychromosome gene expression programming algorithm. The conventional genetic expression programming algorithm is improved. The single gene coding method is improved to the multi-gene coding mode, and the polychromosome coding method is improved to the coding mode with interlinked chromosomes. The algorithm of polygene and polychromosome gene expression programming is applied to reversible logic synthesis. In order to improve the synthesis ability and the degree of optimization, the algorithm is improved based on the improvement of gene coding mode and fitness function, and the experimental analysis is carried out. The main research contents and results include the following aspects: 1) in view of the single gene coding method of gene expression programming algorithm, the single gene coding method is improved to multi gene coding mode. So that a complex individual can be represented by fewer character encodings) an unrelated coding method for polychromosome gene expression programming algorithms. In this paper, we improve the coding method of polychromosome which is not related to each other. The coding method with calling relation between the upper chromosomes and the lower chromosomes solves the problem of the original polychromosomes. There is no connection between the shortcomings. This makes it possible to exchange information between chromosomes and chromosomes of the same individual, so that the individual can carry out various kinds of evolutionary operations within himself) on the basis of the improved multi-chromosome call model. The problem of reversible logic synthesis for chromosome body recombination and random gene recombination operation is added, and the fitness function of multi-chromosome gene expression programming algorithm is improved. The algorithm is suitable for reversible logic synthesis. (5) the reversible logic synthesis of multi-gene coding and multi-chromosome call model coding is realized by C language programming. The reversible logic synthesis of the maximum input variables of 11 is realized preliminarily. The corresponding reversible logic circuits are drawn according to the obtained reversible logic expressions. In this paper, the key problems of reversible logic synthesis based on multi-chromosome gene expression programming are explored and studied. The theoretical analysis and experimental results show that the proposed method can solve the corresponding problems effectively and provides a new method for automatic synthesis of reversible logic.
【學位授予單位】：東華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP331

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