基于改进入侵杂草算法的DNA编码研究
本文关键词：基于改进入侵杂草算法的DNA编码研究
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【摘要】：随着电子技术的发展,电子计算机越来越无法满足人类的需求,而与此同时,生物技术飞速发展,DNA计算这一新型计算模式便应运而生。DNA分子及生物酶是DNA计算的物质基础,生化反应是实现该计算的重要手段。DNA计算的出现引起了各国学者的广泛关注。很多科研工作者已经利用其高度并行性、海量存储、耗能低和资源丰富等优势成功地解决了一些NP困难问题,如Hamilton回路问题、最大团问题等。DNA编码在DNA计算中充当着重要的角色,编码的质量和数量对计算的精确度和效率有直接影响。为了使DNA计算更加可靠,大量的研究工作集中在DNA编码问题。本文将着重于提高编码质量,以避免计算过程中不必要的杂交反应的发生。主要工作有:(1)参考相关文献,认真分析影响DNA编码的因素,并对现有研究工作中涉及的主要约束条件(连续性约束、发夹结构约束、相似性约束、H-measure约束、GC含量、解链温度)进行总结。建立了一套基于上述约束条件的多目标评价体系来评价DNA编码的好坏,并给出了具体的函数实现。(2)提出了一种基于小生境排挤机制的入侵杂草算法的DNA编码序列优化方法(简称NCIWO)。采用入侵杂草优化算法,并将小生境排挤机制应用到算法中来解决多目标优化问题。同时,对传统入侵杂草优化算法中的空间扩散部分进行改进,并设计出NCIWO的具体实现。结果证明,该算法是可行的且有效的。(3)提出了解决DNA编码优化问题的多目标入侵杂草智能算法(简称MA_IWO)。将非支配排序与入侵杂草算法结合构成多目标入侵杂草算法,并将自适应引入到入侵杂草算法中的生长繁殖阶段,使每一代中的每个个体的标准差都能够根据其适应度值大小自适应的进行变化。设计出MA_IWO的具体实现,生成的DNA序列的质量明显优于前人的结果。
【关键词】：DNA计算 DNA编码 约束条件 入侵杂草算法
【学位授予单位】：大连大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP38
【目录】：
- 摘要6-7
- Abstract7-12
- 1 绪论12-17
- 1.1 课题背景和意义12-13
- 1.2 研究现状综述13-15
- 1.2.1 DNA计算国际研究进展13-14
- 1.2.2 DNA计算国内研究进展14-15
- 1.3 本文主要内容15-16
- 1.4 本文的创新之处16-17
- 2 DNA编码约束模型研究17-32
- 2.1 DNA编码的生物学基础17-21
- 2.1.1 核酸分子的组成18-19
- 2.1.2 DNA分子的结构19-20
- 2.1.3 DNA分子的变性和复性20-21
- 2.1.4 DNA分子的复制21
- 2.2 DNA编码问题21-25
- 2.2.1 DNA编码的定义22-23
- 2.2.2 DNA编码的研究现状23-25
- 2.3 DNA编码的影响因素25-26
- 2.3.1 化学自由能变化 (?)G25
- 2.3.2 解链温度25-26
- 2.3.3 DNA分子的组成26
- 2.3.4 生物酶26
- 2.4 DNA编码约束模型26-31
- 2.4.1 DNA编码约束条件27-30
- 2.4.2 约束优化模型30-31
- 2.5 小结31-32
- 3 入侵杂草算法概述32-36
- 3.1 入侵杂草算法原理32
- 3.2 杂草算法的特点32-34
- 3.2.1 入侵杂草算法的优点32-33
- 3.2.2 入侵杂草算法的缺点33-34
- 3.3 入侵杂草算法34-35
- 3.3.1 种群初始化34
- 3.3.2 繁殖34
- 3.3.3 空间扩散34-35
- 3.3.4 竞争性排除35
- 3.4 小结35-36
- 4 基于小生境排挤机制的入侵杂草算法的DNA编码序列优化设计36-45
- 4.1 引言36-37
- 4.2 改进策略37-38
- 4.2.1 柯西分布37-38
- 4.2.2 小生境排挤机制38
- 4.3 适应度函数38-40
- 4.4 NCIWO算法实现40
- 4.5 实验结果及分析40-44
- 4.5.1 参数设置40-41
- 4.5.2 结果和分析41-44
- 4.6 小结44-45
- 5 基于多目标入侵杂草算法的DNA编码序列优化设计45-57
- 5.1 引言45-46
- 5.2 改进策略46-48
- 5.2.1 快速非支配排序46-48
- 5.2.2 自适应机制48
- 5.3 多目标优化模型48-49
- 5.4 MA_IWO算法实现49-50
- 5.5 实验结果及分析50-55
- 5.6 小结55-57
- 6 总结与展望57-59
- 6.1 总结57
- 6.2 展望57-59
- 参考文献59-63
- 攻读硕士学位期间发表学术论文情况63-64
- 致谢64
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，本文编号：680825
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