專利名稱：：采用分布式遺傳算法的優(yōu)化處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及用于從多種復(fù)雜組合中選擇優(yōu)化解的分布式遺傳算法。
背景技術(shù)：
：JP-A-2001-195380中描述了一種已知的現(xiàn)有遺傳算法。參照圖8中的流程，對(duì)該現(xiàn)有遺傳算法進(jìn)行簡要描述。在圖8中，步驟Sl是輸入諸如模式中元素?cái)?shù)目、模式組中模式數(shù)目、適合度的目標(biāo)值等各個(gè)設(shè)定值的初始值的步驟。之后的模式組產(chǎn)生步驟S2是產(chǎn)生包括多個(gè)互不相同的模式的模式組的步驟。之后的操作步驟S3是從模式組中提取預(yù)定數(shù)目的模式、并執(zhí)行諸如對(duì)這些模式的元素進(jìn)行雜交之類的操作以產(chǎn)生新的操作模式的步驟。之后的選擇步驟S4是基于從所提取模式和所操作模式中獲得的特性(適應(yīng)度)、從這些模式中選擇與所提取模式相同數(shù)目的、具有互不相同適應(yīng)度的模式。之后的替代步驟S5是將選擇步驟中所選的預(yù)定數(shù)目的模式加到模式組以取代所提取模式的步驟。之后的步驟S6是重復(fù)一系列算法過程步驟的步驟、直到在算法過程步驟中獲得的步驟S6的先前模式組中的最優(yōu)特性值可能落入所需值范圍中，其中算法過程步驟包括操作步驟、選擇步驟和替代步驟。在使用上述遺傳算法的優(yōu)化方法中，重復(fù)圖8中流程所示的計(jì)算，但是，因?yàn)榭赡芩心Ｊ綄儆谕荒Ｊ浇M，該算法可能得到局部解而出現(xiàn)錯(cuò)誤。因此，必須重復(fù)大量計(jì)算，以找到優(yōu)化值，同時(shí)避免這種局部解。換言之，在提高要求的優(yōu)化等級(jí)的情況下，涉及到花費(fèi)大量時(shí)間，直到找到優(yōu)化值。
發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的分布式遺傳算法是一種優(yōu)化處理方法，包括形成多個(gè)島，每個(gè)島具有多個(gè)個(gè)體；以及通過對(duì)多個(gè)島中的每一個(gè)應(yīng)用遺傳算法，對(duì)個(gè)體重復(fù)進(jìn)行雜交、突變、評(píng)估和選擇，直到滿足了所需條件，從而獲得優(yōu)化解，其中通過將個(gè)體向每個(gè)島遷移來獲得優(yōu)化解。圖1是示出了本發(fā)明實(shí)施例中分布式遺傳算法構(gòu)思的圖。圖2是示出了本發(fā)明實(shí)施例中光學(xué)濾波器結(jié)構(gòu)的橫截面圖。圖3是示出了本發(fā)明實(shí)施例中個(gè)體基因與膜厚度之間關(guān)系的說明圖。圖4是示出了本發(fā)明實(shí)施例中分布式遺傳算法的流程圖。圖5是本發(fā)明實(shí)施例中分布式基因算法中局部區(qū)域搜索的說明圖。圖6是對(duì)所計(jì)算值與本發(fā)明實(shí)施例中獲得的多層薄膜光學(xué)濾波器的增益特性的目標(biāo)值進(jìn)行比較的圖。圖7是示出了雜交和突變的說明圖。圖8是對(duì)現(xiàn)有遺傳算法進(jìn)行說明的流程圖。具體實(shí)施例方式(實(shí)施方式)圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的分布式遺傳算法構(gòu)思的圖。存在的個(gè)體為島1中的個(gè)體101、102、103等；島2中的個(gè)體201、202、203等；以及島3中的個(gè)體301、302、303等。隨機(jī)地分別選擇島l中的個(gè)體IOI、島2中的個(gè)體203和島3中的個(gè)體302，并將個(gè)體101遷移至島2，將個(gè)體203遷移至島3，將個(gè)體302遷移至島1。此后，在每個(gè)島中評(píng)估和篩選所有個(gè)體，并重復(fù)該流程，直到獲得優(yōu)化值。在本實(shí)施方式中，因?yàn)槭褂梅植际竭z傳算法來確定包括多層薄膜的光學(xué)濾波器的優(yōu)化膜厚度和優(yōu)化層數(shù)，所以對(duì)如何確定膜厚度和層數(shù)進(jìn)行描述。圖2是示出了光學(xué)濾波器結(jié)構(gòu)的橫截面圖。在如圖2所示的多層薄膜光學(xué)濾波器中，在玻璃基板10上交替形成二氧化硅和五氧化鉭的薄膜，以使第一層ll包括二氧化硅，第二層12包括五氧化鉅，第三層13包括二氧化硅，第四層包括五氧化鉭。通過形成各個(gè)二氧化硅和五氧化鉭，并改變膜厚度，可以獲得光學(xué)濾波器的所需透射率(波長和透射率)特性。以下進(jìn)一步詳細(xì)描述對(duì)具有所需透射率特性的光學(xué)濾波器的每個(gè)層的膜厚度確定優(yōu)化值的方法。圖3示出了島中存在的每個(gè)個(gè)體與多層薄膜的膜厚度之間的關(guān)系。在圖3中，個(gè)體A包括基因A1、A2、A3、A4、…禾卩An，Al基因與膜厚度相對(duì)應(yīng)，即，Al針對(duì)第一層，A2針對(duì)第二層，，An針對(duì)第n層。在該島中，個(gè)體有A到X，同時(shí)其他島中存在多個(gè)個(gè)體，每個(gè)個(gè)體包括不同基因。圖4是示出了本發(fā)明實(shí)施例中的分布式基因算法的流程圖。在圖4中，在島1中產(chǎn)生預(yù)定數(shù)目的初始個(gè)體，并隨機(jī)選擇要遷移至其他島(在這種情況下，是島2)的個(gè)體。關(guān)于隨機(jī)選擇的方法，有產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)并選擇與產(chǎn)生的數(shù)相對(duì)應(yīng)的個(gè)體的方法等，但是該方法不具有限制性，也可以采用其他方法，例如隨機(jī)選擇與選擇處理的時(shí)間相對(duì)應(yīng)的個(gè)體等。接著，復(fù)制所選個(gè)體，將其遷移至島2。在島2中，將從島1遷移來的個(gè)體與島2中的個(gè)體進(jìn)行雜交，產(chǎn)生突變。圖7是示出了個(gè)體A=(Al,A2,A3，A4,A5,…An)與個(gè)體B=(Bl，B2,B3,B4,B5,…Bn)的雜交和個(gè)體A突變的說明圖。例如，第三基因與第四基因的雜交表示對(duì)個(gè)體A和B的每一個(gè)中的第四基因以及之后的基因進(jìn)行替代。因此，從A產(chǎn)生新個(gè)體AA=(A1，A2,A3，B4，B5，…Bn)，同時(shí)從B產(chǎn)生新個(gè)體BB-(B1,B2，B3,A4,A5，...An)。此外，突變是用另一基因替代基因的操作。因此，作為用C4(C4不同于A4)替代個(gè)體A中的第四基因A4的突變結(jié)果，產(chǎn)生新個(gè)體AAA=(Al,A2,A3,C4,A5,…An)。相似地，在島2中也產(chǎn)生預(yù)定數(shù)目的初始個(gè)體，然后隨機(jī)選擇要遷移至島3的個(gè)體。接著，復(fù)制個(gè)體，并將其遷移至島2。在島3中，將從島2遷移來的個(gè)體與島3中存在的個(gè)體進(jìn)行雜交或突變。此外，也在島3中進(jìn)一步執(zhí)行相似操作。此后，針對(duì)每個(gè)島，計(jì)算島中所有個(gè)體的評(píng)估值。假設(shè)所需透射率與所計(jì)算透射率之間的差是Err，對(duì)每個(gè)島，根據(jù)以下公式計(jì)算評(píng)估值。Eva|=0.8X尤2+0.2X[max(Err)-min(Err)](1)'■=1然后，在計(jì)算每個(gè)個(gè)體的評(píng)估值之后，針對(duì)島中隨機(jī)選擇的每個(gè)個(gè)體，執(zhí)行局部區(qū)域搜索。局部區(qū)域搜索表示通過略微改變參數(shù)對(duì)通過應(yīng)用遺傳算法而獲得的結(jié)果執(zhí)行搜索，該結(jié)果是與對(duì)于特定個(gè)體的特定參數(shù)是否存在更好結(jié)果有關(guān)的。這里所指的參數(shù)是每層薄膜的膜厚度。此外，最大層數(shù)可由用戶限定(典型地是100層)。參照附圖，對(duì)確定光學(xué)濾波器的優(yōu)化膜厚度中的局部區(qū)域搜索進(jìn)行描述。圖5是本發(fā)明實(shí)施例中分布式遺傳算法的局部區(qū)域搜索的說明圖。圖5示意性地示出了特定個(gè)體的基因，S卩，假設(shè)層數(shù)是12，膜厚度是9個(gè)等級(jí)，每層的膜厚度。在圖5中，橫軸上表示的是每層編號(hào)，縱軸上表示的是每層的膜厚度。每層中繪有點(diǎn)狀的部分是每層的膜厚度。針對(duì)隨機(jī)選擇的第三層中的特定基因的膜厚度執(zhí)行局部搜索，在這里表示搜索是否有任何更好的膜厚度值。對(duì)與第三層中繪有點(diǎn)狀的單元向上和向下分別相距兩個(gè)單元的、有縱線指示的單元執(zhí)行評(píng)估，在上或下單元的膜厚度值比繪有點(diǎn)狀的單元的膜厚度值好的情況下，保留較好的膜厚度作為第三層的膜厚度。此外，在繪有點(diǎn)狀的單元的值比上或下單元的膜厚度都好的情況下，保留繪有點(diǎn)狀的單元的膜厚度，并完成這一代中的局部區(qū)域搜索。對(duì)每個(gè)島中的每一代執(zhí)行局部區(qū)域搜索。隨機(jī)選擇針對(duì)搜索的基因，即，特定層的編號(hào)。但是，在多個(gè)代之后再次選擇第三層的情況下，排除未保留為先前局部區(qū)域搜索結(jié)果的兩個(gè)單元，對(duì)剩余單元執(zhí)行局部區(qū)域搜索。即，當(dāng)對(duì)第三層的由縱線指示的單元執(zhí)行局部搜索時(shí)，并且在縱線單元的評(píng)估不好而未保留的情況下，通過從由斜線表示的那些單元中選擇兩個(gè)單元，來執(zhí)行第三層中的后續(xù)局部區(qū)域搜索。返回圖4，繼續(xù)進(jìn)行說明。在圖4中，當(dāng)完成局部區(qū)域搜索時(shí)，在每個(gè)島中選擇較差評(píng)估值的個(gè)體并將其排除，以完成一代的分布式遺傳算法。在這種情況下，判斷評(píng)估值是否滿足設(shè)定值，如果未判斷為完成，則流程返回前一隨機(jī)選擇步驟，并重復(fù)相同處理。然后，當(dāng)判斷個(gè)體的評(píng)估值已滿足設(shè)定值時(shí)，則認(rèn)為該評(píng)估值是優(yōu)化的，并結(jié)束對(duì)光學(xué)濾波器的優(yōu)化膜厚度的搜索或優(yōu)化處理。對(duì)每個(gè)島執(zhí)行該一系列的循環(huán)，并在每個(gè)島上執(zhí)行個(gè)體遷移。在多層薄膜的光學(xué)濾波器中，第一層包括二氧化硅，并具有1.451531的折射率，而第二層包括五氧化鉭，具有2.059358的折射率。在光學(xué)濾波器中，因?yàn)檫@些層是交替形成的，所有的奇數(shù)薄膜層包括二氧化硅，所有的偶數(shù)薄膜層包括五氧化鉭。在本實(shí)施方式的優(yōu)化處理方法中，執(zhí)行以下優(yōu)化處理對(duì)島中個(gè)體數(shù)目均為200的五個(gè)島進(jìn)行評(píng)估，即，對(duì)于一代，個(gè)體數(shù)目是1000。圖6是將所計(jì)算的值與本發(fā)明實(shí)施方式中獲得的多層薄膜光學(xué)濾波器的增益特性的目標(biāo)值進(jìn)行比較的圖。橫軸示出進(jìn)入光學(xué)濾波器的光的波長，縱軸示出透射率，作為以分貝(dB)為單位的增益。表l示出了通過本發(fā)明實(shí)施例的優(yōu)化處理方法所獲得的多層薄膜的每層膜厚度。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>如上所述，根據(jù)本優(yōu)化處理方法，可以容易地獲得多層薄膜光學(xué)濾波器的指定值，該值具有與目標(biāo)特性更加接近的特性。根據(jù)本發(fā)明的使用分布式遺傳算法的優(yōu)化處理方法是，將遺傳算法應(yīng)用于每個(gè)島，針對(duì)每一代隨機(jī)選擇個(gè)體，以在島之間遷移，并確定優(yōu)化解。當(dāng)執(zhí)行本方法時(shí)，與每個(gè)島的最優(yōu)個(gè)體遷移至另一個(gè)島的情況不一樣，相同質(zhì)量的個(gè)體不會(huì)累計(jì)到每個(gè)島，因此，結(jié)果不僅是局部解，而是能夠達(dá)到優(yōu)化解。此外，現(xiàn)在可以使用不同電子計(jì)算機(jī)來執(zhí)行每個(gè)島中的遺傳算法計(jì)算，從而可以實(shí)現(xiàn)耗時(shí)大大減少的計(jì)算。工業(yè)可應(yīng)用性作為使用電子計(jì)算機(jī)來解決優(yōu)化問題等的優(yōu)化處理方法，根據(jù)本發(fā)明的使用分布式遺傳算法的優(yōu)化處理方法十分有用。權(quán)利要求1.一種優(yōu)化處理方法，包括形成多個(gè)島，每個(gè)島具有多個(gè)個(gè)體；以及通過對(duì)多個(gè)島中的每一個(gè)應(yīng)用遺傳算法，對(duì)所述個(gè)體重復(fù)進(jìn)行雜交、突變、評(píng)估和選擇，直到滿足了所需條件，從而獲得優(yōu)化解，其中通過將所述個(gè)體向其他島遷移來獲得所述優(yōu)化解。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的優(yōu)化處理方法，其中將復(fù)制的個(gè)體遷移。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的優(yōu)化處理方法，其中對(duì)島中隨機(jī)選擇的個(gè)體進(jìn)行復(fù)制。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的優(yōu)化處理方法，其中在所述遺傳算法的流程中包括在步驟中對(duì)個(gè)體的一個(gè)參數(shù)執(zhí)行局部區(qū)域搜索。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的優(yōu)化處理方法，其中隨機(jī)執(zhí)行對(duì)執(zhí)行局部區(qū)域搜索的個(gè)體的選擇。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的優(yōu)化處理方法，其中在特定步驟對(duì)個(gè)體的一個(gè)參數(shù)執(zhí)行所述局部區(qū)域搜索，在無法獲得優(yōu)良解的情況下，如果在下一代中對(duì)同一參數(shù)執(zhí)行搜索，則存儲(chǔ)所述步驟，并在所述步驟之外的其他步驟中執(zhí)行所述局部區(qū)域搜索。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的優(yōu)化處理方法，其中隨機(jī)選擇參與遷移的所述個(gè)體。8.—種多層膜光學(xué)濾波器的制造方法，所述制造方法使用權(quán)利要求1中所述的優(yōu)化處理方法，并包括步驟在基板上形成第一氧化層；在所述第一氧化層上形成第二氧化層，其材料與所述第一氧化層的材料不同；以及在所述第二氧化層上交替地形成所述第一氧化層和所述第二氧化層，直到獲得了所需數(shù)目的氧化層，其中通過權(quán)利要求1中所述的優(yōu)化處理方法，對(duì)每個(gè)氧化層的厚度進(jìn)行優(yōu)化。全文摘要一種優(yōu)化處理方法，包括形成多個(gè)島，每個(gè)島具有多個(gè)個(gè)體；以及通過對(duì)多個(gè)島中的每一個(gè)應(yīng)用遺傳算法，對(duì)所述個(gè)體重復(fù)進(jìn)行雜交、突變、評(píng)估和選擇，直到滿足了所需條件，從而獲得優(yōu)化解，其中通過將所述個(gè)體向其他島遷移來獲得所述優(yōu)化解。文檔編號(hào)G06N3/12GK101103367SQ20058004124公開日2008年1月9日申請日期2005年12月1日優(yōu)先權(quán)日2004年12月1日發(fā)明者磊王申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社