电子电路并行演化算法的设计与实现

发布时间：2016-09-07 17:24

  本文关键词：电子电路并行演化算法的设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

《中国地质大学》 2006年

电子电路并行演化算法的设计与实现

魏巍  

【摘要】：随着社会的进步和发展，人们不断涉及到很多复杂的实际应用问题。他们对计算机的计算速度和智能性提出了挑战。演化算法是用计算机模拟大自然的演化过程，特别是生物进化过程，来求解复杂问题的一类智能计算模型。这种用种群组织搜索的方式使得演化算法特别适合大规模并行。 本文的主要内容是讨论并行演化算法、并根据对分布并行系统的研究，针对电子电路演化问题提出相应的可靠、有效的并行演化算法。 首先我们介绍了演化算法的来源和发展，及其主要分支，并根据演化算法的算法框架讨论了演化算法的特点。在第二章中给出了演化算法的基本实现技术，对于模式定理、积木块假设与遗传算法欺骗问题、隐含并行性作了严密的论证。并对演化算法的效率提出了3大改进方向。第三章我们对演化硬件领域里较为简单的电子电路的演化进行了讨论，使用Miller的编码方案，基于Xilinx Virtex-Ⅱ系列FPGA，对演化硬件设计进行研究。采用对2输入1输出的门电路以及二路选择器作为电路单元，通过对电路逻辑单元矩阵的演化，实现了逻辑电路的自动化设计。最后还对得到的2个最优电路进行了分析。推演出了一个重要结论。第四章我们就并行算法的一些概念以及MPI、C展开讨论。介绍了本文并行算法赖以实现的平台MPICH系统。对其全部的4种通信模式：标准模式、缓存模式、同步模式、就绪模式进行了介绍。并且作为以后编成实现的依据提供出来。最后本文以电子电路的并行演化问题为主要研究对象，设计了分布式异步并行演化算法，并以演化硬件实验室8台PC机互联而成的机群系统作为模拟的并行环境进行了大规模实验，系统地测试了算法中一些重要的并行控制参数，包括对解的平均质量和并行加速比两方面的影响，得到了一些崭新的实验结果，并作了一些合理的分析和解释。当然，这些结论的得出是基于我们所解决的具体问题的，尚不能完全从理论上作出严格的证明，，它们对于并行演化逻辑电路的研究者在解决其他问题时是否适用还有待进一步验证。我们希望本文的研究能为这些研究者的算法设计提供一定的指导性。

【关键词】：
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TN702
【目录】：

摘要5-6

ABSTRACT6-10

第一章 绪论10-17

1.1 引言10-12

1.2 研究目的和内容12

1.3 国内外研究现状及发展趋势12-16

1.3.1 国外发展现状12-13

1.3.2 国内发展现状13-14

1.3.3 演化硬件的技术背景14-15

1.3.4 硬件演化的发展趋势15-16

1.4 本文的主要工作及结构安排16-17

第二章 演化算法分析17-34

2.1 演化计算介绍17-20

2.1.1 演化计算的特点18

2.1.2 演化计算的分类18-20

2.2 遗传算法简介20-21

2.2.1 遗传算法概要20-21

2.2.2 遗传算法的运算过程21

2.3 遗传算法的基本定理21-25

2.3.1 模式定理21-24

2.3.2 积木块假设与遗传算法欺骗问题24-25

2.3.3 隐含并行性25

2.4 演化算法基本实现技术25-29

2.4.1 编码方法26

2.4.2 适应度函数26-27

2.4.3 选择算子27-28

2.4.4 交叉算子28-29

2.5 基本演化算法设计方法29-30

2.6 基本演化算法改进及设计方法30-34

2.6.1 最优模型保留算法30-31

2.6.2 加大选择压力算法31-32

2.6.3 动态调节交叉概率和变异概率算法32-34

第三章 演化电子电路34-44

3.1 引言34

3.2 具有多样性的小群体数字电路演化算法34-39

3.2.1 防止反馈的互连约束条件编码34-37

3.2.2 适应值评估37

3.2.3 遗传操作37-39

3.3 实验结果39-43

3.3.1 带进位的一位全加器39-40

3.3.2 带进位的二位全加器40-42

3.3.3 经过非常大的演化代数对小群体进行演化能得到最好的结果42-43

3.4小结43-44

第四章 并行程序设计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 并行计算机45

4.1.3 并行程序设计45-47

4.2 并行程序性能分析技术研究47-50

4.2.1 并行算法性能分析47-48

4.2.2 开销分析48-50

4.3 消息传递接口(MPI)50-53

4.3.1 MPI50-51

4.4.2 工作站机群算法设计51-53

第五章 基于并行程序设计的数字电路演化算法53-56

5.1 异步并行演化算法53

5.2 实验平台软硬件环境53-54

5.3 实验结果及分析54-56

第六章 结论与展望56-58

6.1 工作总结56

6.2 工作展望56-58

致谢58-59

参考文献59-61

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  本文关键词：电子电路并行演化算法的设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：111542