智能计算快速入门之初识

智能计算快速入门之初识

智能计算

智能计算简介

智能计算,也称为计算智能,包括遗传算法、模拟退火算法、禁忌搜索算法、进化算法、启发式算法、蚁群算法、人工鱼群算法,粒子群算法、混合智能算法、免疫算法、人工智能、神经网络、机器学习、生物计算、DNA计算、量子计算、智能计算与优化、模糊逻辑、模式识别、知识发现、数据挖掘等。

主要研究方向

  • 人工神经网络:模仿人脑的生理构造和信息处理的过程,模拟
    人类的智慧
  • 模糊逻辑(模糊系统):模仿人类语言和思维中的模糊性概念,模拟人
    类的智慧
  • 进化计算:模仿生物进化过程和群体智能过程,模拟大自
    然的智慧

主要特点

  • 智能性:包括算法的自适应性,自组织性,算法不依赖于问题本身的特点,具有通用性
  • 并行性:算法基本上是群体协作的方式对问题进行优化求解,非常适合大规模并行处理
  • 鲁棒性:算法具有很好的容错性,同时对初始条件不敏感,能在不同条件下寻找最优解

最优化问题

最优化问题简介

所谓最优化问题,指在某些约束条件下,决定某些可选择的变量应该取何值,使所选定的目标函数达到最优的问题。即运用最新科技手段和处理方法,使系统达到总体最优,从而为系统提出设计、施工、管理、运行的最优方案。

最优化问题模型

minf(x),xD minf(x),x∈D

其中D表示问题的解的范围,X是D中的一个合法解。最优化问题就是从D中寻找出一个最合适的X,令f(x)达到最大值,或者最小值。

最优化问题的分类

最常用的分类方式是根据X的取值类型进行分类,我们可以将最优化问题分为:函数优化问题和组合优化问题两类。

  • 函数优化问题:x的取值类型为连续变量
  • 组合优化问题:x的取值类型为离散变量

也可以根据变量个数、问题性质、极值个数、时间变化、函数关系等进行分类,这里就不再一一进行介绍。

NP理论

  • P类问题(Polynomial Problem):指一类能够用确定性算法在多项式时间内求解的判定
    问题,即P就是能在多项式时间内解决的问题

  • NP类问题(Non-deterministic Polynomial Problem:NP类问题是指一类可以用不确定性多项式算法求解的判定问题,即NP就是能在多项式时间验证答案正确与否的问题。

  • NP完全问题(NP Complete Problem,NPC):一个问题D被称为NP完全问题的条件是:(1)D属于NP类;(2) NP中的任何问题都能够在多项式时间内转化(约化)为D。

  • NP难问题:即为上面两个条件中,满足第二个,但是不满足第一个的。

可知,这四类问题的关系大概如图所示:

智能计算快速入门之初识

应用前景和方向

  • 军事:雷达天线设计、卫星轨道、参数优化、战场模拟、军事物流优化、干扰抑制

  • 科技:机器学习、数据挖掘、图像处理、模式识别、多播路由等

  • 金融:经济数据分析、证据投资、财务分析与预警…

参考文献