變壓器之遺傳算法(Genetic Algorithm)的具體實(shí)現(xiàn)過程

遺傳算法(Genetic Algorithm)是一類借鑒生物界的進(jìn)化規(guī)律(適者生存，優(yōu)勝劣汰遺傳機(jī)制)演化而來的隨機(jī)化搜索方法。它是由美國(guó)的J.Holland教授1975年首先提出，其主要特點(diǎn)是直接對(duì)結(jié)構(gòu)對(duì)象進(jìn)行操作，不存在求導(dǎo)和函數(shù)連續(xù)性的限定;具有內(nèi)在的隱并行性和更好的全局尋優(yōu)能力;采用概率化的尋優(yōu)方法，能自動(dòng)獲取和指導(dǎo)優(yōu)化的搜索空間，自適應(yīng)地調(diào)整搜索方向，不需要確定的規(guī)則。遺傳算法的這些性質(zhì)，已被人們廣泛地應(yīng)用于組合優(yōu)化、機(jī)器學(xué)習(xí)、信號(hào)處理、自適應(yīng)控制和人工生命等領(lǐng)域。它是現(xiàn)代有關(guān)智能計(jì)算中的關(guān)鍵技術(shù)。

遺傳算法的具體實(shí)現(xiàn)過程如下：

(1)編碼方式編碼方式分為二進(jìn)制編碼和實(shí)數(shù)編碼2種，如何選取，因?qū)ο蠖?。本文采用?shí)數(shù)編碼，每個(gè)個(gè)體(即問題的解)為{T，x，y，z，原始適應(yīng)度值，標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)度值}形式的向量。x，y，z為放電點(diǎn)坐標(biāo)，應(yīng)位于變壓器油箱內(nèi)，T為基準(zhǔn)傳感器接收到超聲信號(hào)所需的時(shí)間，該解對(duì)應(yīng)的原始適應(yīng)度值，在程序中對(duì)應(yīng)的是lsquare，經(jīng)線性排名處理后的標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)度值在程序中對(duì)應(yīng)的是fitness。

(2)適應(yīng)度函數(shù)與適應(yīng)值個(gè)體的適應(yīng)值表示解的優(yōu)劣，設(shè)適應(yīng)度函數(shù)為f.f=4i=1fi(4)由公式(2)得fi=(x-xsi)2+(y-ysi)2+(z-zsi)2-Cs(T+1i)>2這里對(duì)于每個(gè)個(gè)體而言，f的值對(duì)應(yīng)個(gè)體的原始適應(yīng)度值lsquare，表示預(yù)測(cè)放電點(diǎn)與實(shí)際放電點(diǎn)之間的誤差，此值應(yīng)越小越好，但為了遺傳操作的方便，將lsquare值經(jīng)線性排名后得到標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)度值fitness，對(duì)個(gè)體而言，fitness越大越好。種群規(guī)模在計(jì)算速度和數(shù)值范圍能接受時(shí)，可取大一些，這里取的是4800。

(3)選擇策略由標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)度值fitness按轉(zhuǎn)盤式選擇方法選擇父體來進(jìn)行遺傳運(yùn)算。對(duì)于個(gè)體而言，fitness越大，則被選中的概率越高，被遺傳下去的概率也越高，這就使得較好的解得到保留，而較差的解則可能逐漸被淘汰。

(4)遺傳操作這里采用了整體算術(shù)雜交，在實(shí)際遺傳過程中，每次按轉(zhuǎn)盤式選擇從父種群中獲得2個(gè)不同個(gè)體作為父體，設(shè)為Vi={500，0，40，200，548，20}，Vj={300，200，120，80，300，40}，隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)01之間的數(shù)alpha，設(shè)為0.5，則按雜交概率進(jìn)行雜交得Wi、Wj。其中Wi的前4個(gè)元素按Wi=Vialpha+Vj(1-alpha)的規(guī)律得到，為400，100，80，140，其400=5000.5+300(1-0.5)，其余3個(gè)元素以此類推。再按適應(yīng)度函數(shù)計(jì)算得其lsquare及fit-ness.Wj前4個(gè)元素的獲得按照Wj=Vjalpha+Vi(1-alpha)得到，再按適應(yīng)度函數(shù)計(jì)算其lsquare及fitness.這里Wi，Wj即為雜交得到的子個(gè)體。不斷重復(fù)上面過程，當(dāng)子個(gè)體總數(shù)達(dá)到種群規(guī)模M時(shí)，則得到了新一代種群。變異方法為自適應(yīng)性變異。這里引入了一個(gè)變異溫度t的概念，t可控制個(gè)體的變異范圍。當(dāng)解的lsquare值較小時(shí)，則t的值較大，使得該解變異的范圍較小，以保護(hù)較好的解;當(dāng)解的lsquare值較大時(shí)，則t的值較小，使得該解變異的范圍較大，以拓寬搜索區(qū)域。t的計(jì)算公式為t=1-1.0log(lsquare)。

(5)可見，當(dāng)lsquare較小時(shí)，t也相應(yīng)的較小。在由父種群經(jīng)雜交獲得子種群過程中，對(duì)子種群按變異概率進(jìn)行變異操作。雜交概率一般較大，可取0.80.9，以增加搜索強(qiáng)度，而變異概率一般較小，0.10.2，以使個(gè)體有一定的穩(wěn)定性。最大計(jì)算代數(shù)可適當(dāng)選取一較大數(shù)即可，這里取500.(6)終止條件在遺傳過程中，不斷用新產(chǎn)生的子種群作為父種群，進(jìn)行遺傳操作得到下一代種群。若連續(xù)50代后，解的適應(yīng)值無明顯的改進(jìn)或達(dá)到最大計(jì)算數(shù)，則中止，取最后一代適應(yīng)值最優(yōu)的個(gè)體作為最優(yōu)解。3算例實(shí)驗(yàn)變壓器為一800mm1200mm1000mm的油箱，無蓋，其中安裝一個(gè)針板電極(針板之間塞入用于變壓器的絕緣材料).當(dāng)電壓上升到達(dá)5kV時(shí)，將產(chǎn)生超聲信號(hào)。