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并行遗传算法

谢谢大家！！
主从式并行计算
□ 在这种并行方式中，一个主过程调节若干个仆过程。其中主过程控制选择、交叉和变异，仆过程仅执行适配值的计算。 □ 缺点：1、各仆过程计算适应度值的时间存在明显差异时，将会照成整个系统长时间的等待；2、整个系统可靠性较差，对主过程状况的依赖性较大。
□ □ □ □ 伪代码： Begin (1)产生一个初始群体 (2)while running do (2.1)for =1 to s do 计算个体i的适应度值(并行部分) （2.2）选择、交叉、变异操作，产生子代（2.3）子代取代父代，形成新一代个体 End while End
隐含并行性
□ 设ε为一小正数，L< ε(l-1)+1,N=2l,2，则遗传算法一次处理的存活概率不小于1- ε且定义长度不大于L的模式数位O（N3）. □ 遗传算法表面上仅对每代的N个个体作处理，但实际上并行处理了大约O（N3）个模式，并且无额外的存储，这正是遗传算法具有高校搜索能力的原因，这就是遗传算法的隐含并行。
并行遗传算法
□ 传统的遗传算法出现的问题：局部搜索性能较差，对某些分布变化缓慢，面对大型计算问题速度难以达到要求 □ 并行遗传算法提出：在遗传算法并行运算的基础上，通过多种群并行进化和引入迁移算子进行进行种群之间的信息交流，实现多种群的协同进化。通过人工选择系数对每个种群最优化个体保存，通过对协调种群间的信息交换策略得到最好的进化效果。 □ 遗传算法的并行化实现就是将进化过程划分到不同的计算节点上，进行分布式进化，并通过一定的种群间信息交换策略实现优良基因的转换。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
细粒度并行算法
□ 如果并行系统中有足够多的处理器，那么系统可以为每个个体分配一个处理器，让它们相互独立的并行执行进程，这样就能获得并行遗传算法的最大可能的并发性。 □ 代码： □ Begin (1)产生一个初始群体并将它分配到P=N个处理器上； (2)For=1 to N do while running do (2.1)do step (a) and (b) in parallel (a)接收迁入个体 (b)发送本个体 (2.2)对迁入个体进行适应度评估 (2.3)从迁入的个体中选择对象 (2.4)交叉操作 (2.5)子代变异 (2.6)评估本个体及其后代 (2.7)用后代取代本个体 end while End for End

遗传算法的并行实现

遗传算法的并行实现遗传算法（Genetic Algorithm，GA）是一种模拟自然进化过程的优化算法。

它模拟了生物进化的基本原理，通过迭代的方式不断优化空间中的解，以找到最优解或者接近最优解。

在遗传算法的实现中，可以采用并行计算的方式来提高算法的效率和性能。

并行计算将任务拆分成多个子任务，同时进行处理，并通过协同工作来加速计算过程。

并行实现遗传算法的主要思路有以下几种方式：1. 池式并行（Pool-Based Parallelism）：多个遗传算法进程同时运行，并且每个进程都具有自己的种群和繁殖操作。

这些进程可以根据需要交换信息，例如交换最佳个体，以进一步加速过程。

2. 岛模型并行（Island Model Parallelism）：将种群划分为多个子种群，每个子种群在独立的进程中进行演化。

定期地选择一些个体进行迁移，使得不同子种群的个体可以交流基因信息。

这种方式类似于地理上的岛屿，每个岛屿代表一个子种群，岛屿之间的迁移模拟了个体在不同岛屿之间的迁徙。

3. 数据并行（Data Parallelism）：将种群的每个个体划分成多个部分，每个部分在不同的处理器上进行计算。

这种方法将空间分割成多个子空间，以加速算法的收敛过程。

4. 任务并行（Task Parallelism）：将遗传算法的各个操作（例如选择、交叉、变异等）分解为多个任务，并行执行这些任务。

每个任务可以在不同的处理器上同时进行，从而加速算法的执行。

并行实现遗传算法的优势在于它可以通过利用多个处理单元，同时处理并行化的任务，使得算法的过程更加高效。

并行计算可以加速算法的收敛速度，减少空间中的局部最优解，并提供更好的全局能力。

然而，并行实现也会带来一些挑战和注意事项。

例如，如何划分任务以达到最佳的负载均衡，如何设计通信、同步和数据共享机制等等，都需要仔细考虑和解决。

总之，遗传算法的并行实现是一个非常广泛且复杂的课题，需要综合考虑问题的特性、硬件的条件和算法设计的需求。

并行遗传算法研究综述

ＧＡ０ｉ— ｕｎ。ＨＥＧｕ— ｉＪａｑａｉｘａ
（ｈｉｎｏｌｅＺｅｉｇＵｎｖｒｉｆｅｈｏｏｙＺｉａｇＣｌｇ，ｈｊｎｉｓｙｏｃｎｌ，Ｈａｇｈｕ３０２，ＣｉａｊｅａｅｔＴｇｎｚｏ１０４ｈｎ）
题．过模型比较发现粗粒度模型以其较小的通信开销和对种群多样化，得了最广泛的应用．通获最
后介绍了目前并行遗传算法的主要评价模型，并指出了并行遗传算法的今后主要研究方向，向理将
论化、型化、模异步化及混合化等方向发展．
关键词：并行遗传算法；并行计算；并行模型
中图分类号：１ＴＰ８文献标识码：Ａ文章编号：０６４０（０７０ —０６０１０ —３３２０）１０５ —４
Ａｅｉｗｆｐｒｌｅｅｅｉｌｏｉｈｓｒｖｅｏａａｌｌｇｎｔｃａｇｒｔｍ
０
引目
遗传算法（ｎｔｇｒｈ，ＧＡｓ是美国ＧｅｅｉＡｌｏｉｍｓｃｔ）
并以概率１收敛到全局最优解［．１这种良好的特性３
ｐｒｂｌｍｓｗｈｉｈｎｅｄｂｏｌｅｏｍｐｒｖｎｇｉｓａｌｃｔｏｒｕｅｔｄＴｈｏｇｈｃｍｐａｉｇｏｅｃｅｅｓｖｄｆｒｉｏｉｔｐｐｉａｉｎａｅｓｇｇｓｅ．ｒｕｏｒｎｔｓｈｅｅｍｏｄｌｅｓ，ｉｓｓｗｎｔｔｃａｓ — ａｎｄｍｏｅｓｍｏｅｗｉｅｙａｐｌｅｏｔｉｔｅｃｍｍｕ — ｔｉｈｏｈａｏｒｅｇｒｉｅｄｌｉｒｄｌｐｉｄｆｒｉｓｌｔｌｏｎｉ

遗传算法的并行计算技术与应用分析

遗传算法的并行计算技术与应用分析遗传算法是一种模拟自然进化过程的优化算法，通过模拟生物进化过程中的选择、交叉和变异等操作，寻找问题的最优解。

然而，随着问题规模的增大和复杂性的提高，传统的串行遗传算法面临着计算时间长、搜索效率低等问题。

为了克服这些问题，研究人员提出了并行计算技术，并将其应用于遗传算法中。

并行计算技术是指将一个计算任务分解成多个子任务，并通过多个处理单元同时执行这些子任务，以提高计算效率。

在遗传算法中，可以通过并行计算技术加速遗传算法的搜索过程，从而提高算法的性能。

首先，通过并行计算技术，可以将种群分成多个子种群，每个子种群在一个处理单元上进行独立的进化。

这样可以加快遗传算法的进化速度，提高搜索效率。

同时，不同子种群之间可以通过交流基因信息来增加种群的多样性，避免陷入局部最优解。

其次，利用并行计算技术可以实现并行评估，即同时对多个个体进行适应度评估。

在传统的串行遗传算法中，适应度评估是一个非常耗时的过程，通过并行计算可以大大减少评估时间，提高算法的效率。

此外，通过并行计算技术，还可以实现并行选择和交叉操作。

传统的串行遗传算法中，选择和交叉是顺序执行的，而并行计算可以将这些操作并行化，从而加快算法的执行速度。

并行计算技术在遗传算法中的应用非常广泛。

例如，在组合优化问题中，通过并行计算可以加速求解最优解的过程。

在图像处理中，通过并行计算可以实现图像的快速优化和增强。

在机器学习中，通过并行计算可以加速模型的训练过程，提高学习的效率。

然而，并行计算技术也存在一些挑战和限制。

首先，并行计算需要大量的计算资源，包括处理器、内存和网络等。

其次，并行计算的效果受到问题规模和并行度的影响，需要合理地选择并行度和任务划分策略。

此外，并行计算还面临着通信开销和数据同步等问题，需要合理地设计和优化算法。

总之，遗传算法的并行计算技术为解决大规模和复杂问题提供了一种有效的方法。

通过并行计算，可以加速遗传算法的搜索过程，提高算法的性能。

并行遗传算法

混合模型是近些年快速发展起来的模型结构,主要是通过把前面三种基本模型混合形成层次结构。目前混合模型组合关系主要有三种:粗粒度—细粒度、粗粒度—粗粒度和粗粒度—主从式。在形成的层次结构中,在下层的并行模型中,子群体的规模是真实的,即为一个处理进程所处理的个体数量。而对于上层模型，将每个下层的并结构都视为一个‘’集合子群体”，而“集合子群体”之间按上层的并行模型协调运行。对于此混合模型，无论在下层还是在上层，都是子群体内部信息交互量大，之间信息交互量小。
细粒度模型又称作邻域模型,在整个进化过程中虽然保持一个群体,但要求子群体的划分要非常细小,最理想状态是每个节点机(或处理器)只有一个个体,要求各节点机(或处理器)具有极强的通信能力,对于每个染色体,选择和交叉操作都只在所处的节点机(或处理器)及其邻域中进行。由于整个进行过程中,不需要或者需要很少的全局操作,因此充分发挥了遗传算法并行特性。
对于此四种模型,哪种模型更好没有一个明确的标准,甚至对于不同问题往往得出互相矛盾的答案.对于主从式模型,由于仅适用计算时间主要集中在适应度评估的问题,因此适用的范围受到了极大的限制 ;对于细粒度模型, 是采用大范围的邻域模型,还是采用小范围直径也有争议,特别是由于对节点机(或处理器)的数量和通信能力要求很高,所以细粒度模型的应用范围也不广;对于粗粒度模型,虽然采用什么样的迁移拓扑、迁移规模和迁移策略还需深入研究,但由于通信开销较小,可获得接近线性的加速比,而且非常适合运行在通信带宽较低的集群系统上 [ 16],因此得到了广泛的应用;混合模型是在前三种模型的基础上建立起来的,由于具有很好的并行性特点,已成为人们研究的主流,但从应用效果看,目前只有粗粒度 —主从式模型应用较好
遗传算法并行模型
主从式模型粗粒度模型

遗传算法的并行计算与分布式优化研究

遗传算法的并行计算与分布式优化研究遗传算法是一种模拟自然进化过程的优化算法，已经在许多领域取得了显著的成果。

然而，随着问题规模的增大和复杂度的提高，传统的遗传算法面临着计算效率和解决能力的限制。

为了克服这些限制，研究者们开始探索遗传算法的并行计算和分布式优化技术。

并行计算是指将一个问题划分为多个子问题，并同时在多个处理单元上进行计算的方法。

在遗传算法中，这意味着将种群分为多个子种群，并在多个处理器上并行地进行进化操作。

这种并行计算的方式可以显著加速遗传算法的收敛速度，提高求解效率。

在并行计算中，如何划分种群成为一个重要的问题。

一种常用的方法是将种群均匀地划分为多个子种群，每个子种群在一个处理器上进行进化操作。

然而，这种均匀划分的方式可能无法充分利用处理器的计算能力，导致计算资源的浪费。

因此，研究者们提出了一些优化的划分策略，如动态划分和自适应划分。

这些策略可以根据问题的特性和计算资源的情况，动态地调整子种群的划分方式，以达到更好的性能。

另一方面，分布式优化是指将一个问题分布到多个计算节点上，并通过节点之间的通信和协作来求解最优解。

在遗传算法中，分布式优化可以通过将种群分布到多台计算机上，并通过网络进行数据交换和合作来实现。

这种分布式优化的方式可以充分利用多台计算机的计算能力，加速遗传算法的求解过程。

分布式优化中的一个关键问题是如何进行种群的同步和协作。

一种常用的方法是通过消息传递机制来实现节点之间的通信。

每个节点在进行进化操作后，将自己的部分解发送给其他节点，并接收其他节点发送的解进行合并和更新。

通过这种方式，节点之间可以共享信息，加速全局最优解的搜索过程。

除了并行计算和分布式优化，还有一些其他的技术可以用于提高遗传算法的求解效率。

例如，多目标优化和约束优化技术可以在遗传算法中引入多个目标和约束，从而使算法更加适用于复杂的实际问题。

同时，混合算法和自适应算法可以结合遗传算法和其他优化方法，提高算法的全局搜索能力和局部搜索能力。

遗传算法的并行化与分布式计算方法

遗传算法的并行化与分布式计算方法遗传算法是一种模拟进化过程的优化算法，通过模拟自然界中的遗传和进化机制，来求解复杂的优化问题。

然而，随着问题规模的增大和计算复杂度的提高，传统的串行遗传算法已经不能满足实际需求。

因此，研究者们开始探索如何将遗传算法并行化，以提高算法的效率和性能。

并行化是指将一个计算任务划分为多个子任务，并在多个处理器上同时执行这些子任务。

在遗传算法中，可以将种群划分为多个子种群，每个子种群在一个处理器上进行进化计算。

这样一来，不同处理器上的子种群可以并行地进行进化，从而加快算法的收敛速度。

并行化遗传算法的关键在于如何划分种群和如何进行种群间的信息交流。

一种常用的方法是将种群按照某种规则进行分割，每个子种群在一个处理器上进行计算。

每个子种群独立地进行进化，直到达到一定的迭代次数或满足终止条件。

然后，通过一定的信息交流机制，将优秀个体从一个子种群传递给其他子种群，以实现全局搜索和局部搜索的平衡。

并行化遗传算法的另一个关键问题是如何选择合适的并行化策略。

一种常用的策略是静态划分策略，即将种群均匀地划分为若干个子种群，并在每个处理器上独立地进行进化计算。

这种策略简单易实现，但可能导致负载不均衡的问题。

另一种策略是动态划分策略，即根据种群的进化状态动态地调整子种群的大小和划分方式。

这种策略可以根据实际情况动态地调整各个子种群的大小，以提高算法的效率和性能。

除了并行化，分布式计算也是提高遗传算法效率和性能的重要手段。

分布式计算是指将一个计算任务分布到多个计算节点上进行并行计算。

在遗传算法中，可以将种群分布到多个计算节点上进行进化计算。

每个计算节点独立地进行进化计算，然后通过网络进行信息交流和同步。

分布式计算可以充分利用多台计算机的计算资源，提高算法的并行度和计算效率。

分布式计算中的关键问题是如何进行节点间的信息交流和同步。

一种常用的方法是消息传递机制，即通过网络发送和接收消息来进行信息交流和同步。

遗传算法及其并行性研究

的应用。而传统的遗传算法经过改进，生了各种改进后的遗传算法，产而并行性是遗传算法改进的
重点突破方向，重点研究了遗传算法的并行性。并结合项目开发出实例。关键词：遗传算法；隐并行；并行遗传算法
中图分类号：Ｐ０．Ｔ３１６文献标识码：Ａ文章编号：０２— ２９２０）５— ０８— ３１０２７（０７００６０
（．ｏｅｅｏｏｐｔｃｎｅＴｃｎｌｙＨａｈｎｎｅｉＳｉｅ＆ＴｃｎｌｙＷｈｉ４０７，ｈｎ１ＣｌｇｌｆＣｍｕｒｉｃ＆ｅｏｇ，ｕｚｏｇＵｉｒｔｏｃｎｅＳｅｈｏｖｓｙｆｅｃｅｏｏ，ｕａ，３０４Ｃｉｈｇａ；２ＹｎａｌｔｃＰｗｒＴｓ＆ＲｓａｃｓｔｅＣ．ｄ，ｕｍｉ５０１Ｃｉ）．ｕｎｎＥｅｒｏｅｅｃｉｔｅｒｈＩｔｕｏ，．Ｋｎｎ６０５，ｈｎｅｎｉｔｇａ
１引言
遗传算法（ｅｅｃＡｇｒｍ，Ｇｎｔｌｏｉｓ简称Ｇ研究的ｉｈｔＡ）历史比较短，０世纪６２０年代末期到７０年代初期，主要由美国Ｍｉｉｎ大学的Ｊｈｏｌｄ与其同ｃｇｈａｏｎＨｌｎａ事、学生们共同研究而形成了一个比较完整的理论
构成了遗传算法的遗传操作；参数编码、初始群体的
设定、适应度函数的设计、传操作设计、制参数遗控设定五个要素组成了遗传算法的核心内容。作为一种新的全局优化搜索算法，遗传算法以其简单通用、鲁棒性强、于并行处理以及高效、适实用等显著特

《运用遗传算法实现智能算法的并行化》

《运用遗传算法实现智能算法的并行化》以下是为您生成的一篇符合您要求的文章：嘿，朋友们！今天我要和你们讲讲我亲身经历的一件关于运用遗传算法实现智能算法并行化的有趣事儿。

那是在一个阳光明媚的周末，我和几个小伙伴聚在一起，准备搞一个小型的科技研究项目。

我们几个对智能算法那可是充满了好奇和热情。

我叫上了小李、小王还有小张，大家围坐在一张大桌子旁，开始了我们的探索之旅。

“咱们这次可得弄出点名堂来！”小李兴奋地说道。

“那是必须的，不过这遗传算法到底怎么实现并行化呀？”小王挠着头问。

我清了清嗓子说：“别着急，咱们一步步来。

”于是，我们开始分工。

小李负责收集相关的资料和理论知识，小王呢，就负责整理和分析数据，小张则动手搭建实验的环境。

过了几天，小李风风火火地跑过来，手里拿着一沓厚厚的资料，喊道：“我找到了好多有用的东西，咱们有希望啦！”大家凑过去一看，确实收获不小。

可是在实际操作的时候，问题就一个接一个地来了。

小王看着那些复杂的数据，愁眉苦脸地说：“这数据处理起来可真麻烦，感觉脑袋都要炸了。

”“别灰心，咱们一起想想办法。

”我鼓励着大家。

经过不断地尝试和调整，我们终于有了一些进展。

小张兴奋地叫着：“快看，好像有点效果啦！”就在我们满心欢喜的时候，新的问题又出现了。

程序运行得不太稳定，总是出现一些奇怪的错误。

“哎呀，这可咋办？”小李着急地直跺脚。

“别急别急，咱们再仔细检查检查代码。

”我安慰着大家。

经过几天几夜的努力，我们终于成功地运用遗传算法实现了智能算法的并行化！那一刻，我们几个欢呼雀跃，互相拥抱。

这次经历让我深深感受到，运用遗传算法实现智能算法的并行化可不是一件容易的事儿，但只要大家齐心协力，就没有克服不了的困难。

这就是我和小伙伴们的精彩故事，希望以后还能有更多这样有趣又充满挑战的经历！。

基于遗传算法的并行处理技术研究

基于遗传算法的并行处理技术研究随着计算机技术的不断发展，人们对于处理复杂问题和大规模数据的需求越来越迫切。

而并行处理技术的出现为解决这些问题带来了希望。

在现有的并行处理技术中，基于遗传算法的并行处理技术是一种比较成熟和稳定的技术，已经广泛应用在各个领域。

本文将从遗传算法本身、并行化技术以及应用实例三个方面探讨基于遗传算法的并行处理技术的研究进展和应用前景。

一、遗传算法与并行处理技术遗传算法是一种基于生物进化原理的搜索和优化算法。

其基本思想是从随机初始种群出发，通过遗传操作（交叉、变异、选择等）不断迭代，最终得到适应度更高的新种群，并不断迭代优化，直至达到满意结果。

由于遗传算法具有全局寻优、鲁棒性强、对初始值不敏感、可处理高维非线性问题等优点，因此在目标函数优化、组合优化、布局设计等领域得到了广泛应用。

在传统的遗传算法中，由于需要大量的迭代和种群操作，计算时间较长。

因此，为了提高遗传算法的性能，引入了并行处理技术。

并行遗传算法是将遗传算法的操作分解成多个部分，将这些部分分配给不同的处理器并行计算，从而提高计算效率。

并行处理技术通常包括计算、通信、同步等过程。

其中，通信和同步是保证并行算法正确性的关键，而计算则是并行算法性能依赖的核心。

二、并行算法的分类与应用并行算法可通过不同的并行化方案进行分类。

从实现角度出发，可以将并行算法分为硬件并行和软件并行两种类型。

其中，硬件并行指的是利用硬件设备（如GPU、FPGA等）来并行计算数据，而软件并行指的是利用软件来对任务进行并行处理。

从同步策略出发，可以将并行算法分为同步和异步两种类型。

其中，同步算法在每次迭代中所有处理器需要同步数据，而异步算法不需要同步，每个处理器独立迭代，直到满足特定的终止准则。

基于遗传算法的并行处理技术已经在各个领域得到了应用。

例如，在图像处理领域，可以利用并行遗传算法来进行图像分割、特征提取等任务。

在智能优化领域，可以利用并行遗传算法来优化电力系统、车辆路径规划等问题。

基于CUDA平台的遗传算法并行实现研究概要

ＣＮ４３－１２５８／ＴＰＩＳＳＮ１００７—１３０Ｘ计算机工程与科学ＣｏＭ［ＰＵＴＥＲＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ＆ＳＣＩＥＮＣＥ２００９年第３１卷第Ａ１期Ｖ０１．３１。

Ｎｏ．Ａ１．２００９文章编号：１００７—１３０Ｘ（２００９）Ａ１—００６８—０５基于ＣＵＤＡ平台的遗传算法并行实现研究‘ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅＰａｒａｌｌｅｌＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆＧｅｎｅｔｉｃＡｌｇｏｒｉｔｈｍｏｎＣＵＤＡＰｌａｔｆｏｒｍ谭彩凤。

马安国，邢座程ＴＡＮＣａｉ－ｆｅｎｇ，ＭＡＡｎ－ｇｕｏ。

：ＫＩＮＧＺｕｏ－ｃｈｅｎｇ（国防科技大学计算机学院。

湖南长沙４１００７３）（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅ。

ＮａｔｉｏｎａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＤｅｆｅｎｓｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ。

Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００７３。

Ｃｈｉｎａ）摘要：ＣＵＤＡ技术方便程序员在ＧＰＵ上进行通用计算，但并没有提供随机数产生的应用接口。

为此，本文提出并实现在ＣＵＤＡ开发平台上并行产生均匀随机数算法，测试证明算法可行。

在此基础上优化基本遗传算法，并在ＧＰＵ上并行实现其所有操作，提高其运行速度和准确度；分析了种群大小和遗传代数对此算法加速比及准确度的影响，并与ＭＡＴ—Ｕ忸工具箱进行比较。

实验表明，相比ＭＡＴＬＡＢ遗传算法工具箱，基于ＣＵＤＡ平台实现的遗传算法性能更高，准确度更好。

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅＣＩｍＡｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｐｒｏｖｉｄｅｓｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅｓｏｆｇｅｎｅｒａｌｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｆｏｒｐｒｏｇｒａｍｍｅｒｓ，ｂｕｔｔｈｅｒｅｉｓｎｏａｐｐｌｉ－ｃａｔｉｏｎｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇｉｎｔｅｒｆａｃｅｏｆｇｅｎｅｒａｔｉｎｇｒａｎｄｏｍｎｕｍｂｅｒｏｎＣＩ『ＤＡ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔｓａｍｅｔｈｏｄｆｏｒｐａｒａｌｌｅｌｐｒｏｄｕｃｉｎｇｒａｎｄｏｍｎｕｍｂｅｒａｌｇｏｒｉｔｈｍｏｎＣＵＤＡ，ａｎｄｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓｉｓｐｒｏｖｅｄｆｅａｓｉｂｌｅｂｙｔｅｓｔｉｎｇ．Ｏｎｔｈｉｓｅｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｗｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｐａｒａｌｌｅｌｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆＧＡｏｎＧＰＵ，ｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄＧＡ，ａｎａｌｙｚｅｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｐｏｐｕｌａｔｉｏｎｓｉｚｅａｎｄｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｏｆｅｖｏｌｕｔｉｏｎｔＯｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｉｓａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉ－ｍｅｎｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈＧＡＴｏｏｌｂｏｘｏｆＭＡＴＬＡＢ，ｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｉｓｂｅｔｔｅｒ。

7遗传算法与并行处理

第七章遗传算法与并行处理7．1 遗传算法固有的并行性及其并行化的困难自然界的进化过程本身就是一个并行过程。

遗传算法来源于自然进化，是对自然进化过程的机器模拟，很自然地也就继承了自然进化过程所固有的并行性。

Holland在最早提出遗传算法的理论和模型时就阐述了它所包含的固有的并行性。

遗传算法在并行实现上的因难：标准遗传算法在并行化的过程中会遇到通信量过大的困难。

必须对标准遗传算法进行改造，尽量减少巨量通信从而获得高效率。

但是，任何对标准遗传算法的改造都必须以尽可能少地影响其进化效果为前提。

7．2 遗传算法的并行化途径7．2．1 主从式（master-slave）并行化方法当施行适应度评估时我们可以相互独立地评估群体内的每个个体的适应度，从通信量的角度来讲，这意味着在评估进程之间无需通信。

如单纯从减少通信量入手，也很自然地首先想到可将适应度评估等局部操作交给从处理器网络(slave)并行执行，而将选择、交叉等全局操作留给主处理器(master)串行执行、这就是所谓主从式并行化方法。

因为无论当哪个处理器运行主算法时都要有同步机制，所以像这样来开发存在于遗传算法中的并发性效率还是不高的。

这是由于主进程忙而子进程空闲以及子进程忙而主进程空闲等情况(即负载不均衡)所造成的。

在上述算法的并行实现中，选择操作应该对整个群体的适应度有个全局的了解，这部分地决定了通信要求。

主处理器必须知道每个个体的适应度值，所以必须支持多到一的通信。

放牧式(farming)：放牧式的思想或结构适用于有一组相互独立的工作可以并发完成的问题。

控制进程，即运行在根节点上的牧场主(farmer)进程将任务划分为工作包，然后将它们“放牧”到一组相同的工人进程上。

用放牧式的思想来实现并行遗传算法是，让牧场主进程保存有整个群体的适应度值，它负责执行遗传操作，而适应度评估工作则交由工人网(workers)完成。

接收到任务的第一个空闲的工人把它承担下来，完成它并将结果送回给牧场主。

遗传算法并行化的研究.doc

遗传算法并行化的研究学号：SC02011036姓名：黄鑫摘要本文是针对遗传算法并行化进行了研究，首先简要给出了基本遗传算法的形式化描述，然后做了并行性的分析，详细介绍了遗传算法的结构化并行模型：步进模型，岛屿模型，邻接模型，最后指出了进一步要研究的课题。

关键词：遗传算法，并行计算，结构化GA1引言遗传算法（GA）是根据达尔文进化论“优胜劣汰，适者生存”的一种启发式搜索算法。

采用选择，交叉，变异等基本变化算子在解空间同时进行多点搜索，本身固有并行性。

随着大规模并行机的迅速发展，将并行机的高速性与遗传算法并行性结合起来，从而促进遗传算法的发展。

然而，仅仅将基本遗传算法硬件并行化伴随着大量通讯开销等问题，从而必须对标准GA的进行改进，使得并行遗传算法不单单是遗传算法硬件并行实现，更重要的是结构化的遗传算法。

本文首先给出了GA形式化描述，对基本GA的可并行性做出分析，然后给出了并行GA的模型，最后指出了并行遗传算法还需要解决的问题。

2 基本遗传算法在这里我们不对遗传算法做过多的介绍，只是给出基本遗传算法的形式化描述：begin(1)initialization(1.1)产生一个初始群体(1.2)评估第一代整个群体的适应度值（2）while running do(2.1)选择父代(2.2)交叉操作(2.3)子代变异(2.4)评估子代的适应度(2.5)子代取代父代，形成新的一带个体endwhileend3 遗传算法的并行性分析从第一节对遗传算法的描述，我们可以看出基本遗传算法模型是一个反复迭代的进化计算过程，通过对一组表示候选解的个体进行评价、选择、交叉、变异等操作，来产生新一代的个体(候选解)，这个迭代过程直到满足某种结束条件为止。

对应于基本遗传算法的运行过程，为实现其并行化要求，可以从下面四种并行性方面着手对其进行改进和发展。

并行性Ⅰ：个体适应度评价的并行性。

个体适应度的评价在遗传算法中占用的运行时间比较大。

并行遗传算法的研究

点。所谓适应度，是根据编码，到个体或解的优劣性。不同的就得
问题，应度函数的定义方式也不同适应度函数基本来说有以适
的子业务的组合数目记为ｘ将有：
Ｘ．Ｃｌ－２－＋＝１：ｋＣｋ … Ｃｋ２＿．ｑ４ｋｆ）１
的方法
下两种：）目标函数是求最大值问题时，接以待求解的目标ｆ当１直函数转化为适应度函数；１目标函数为最小值问题时，用 “ （当２采界限构造法 ”不过这种方法可能造成界限值预先估计困难、可能．不精确的问题『１４。选择的目的是为了从当前群体中选出优良的个体，使它们有机会作为父代为下一代繁殖子孙。遗传算法通过选择过程体现这思想．行选择的原则是适应性强的个体为下一代贡献一个或进
Ｋｅｙｗ０ｒｓｃｎｂｎ［ｎ１ｐｉｚｔｎＧｅｅｉｇｒｈ；ａａｌｌｄ：ｏ１ｉａｉａｏｔｏｍｉａｉ；ｎｔＡｌｏｔｍｓｒｌｏｃｉｐｅ
１引言
优化问题是各个研究领域都可能涉及的问题．合优化问题组是优化问题中的典型问题，是优化问题中的难题原因很简单．也因为组合优化问题涉及到的数量级会很大。比方说：一个业务，有假如整个优化业务分为ｎ个子业务，对于第ｉ类型的子业务．而个有ｋ选项满足其要求，方便起见记为ｋ，｛现实意义，个个为．Ｈ于每

遗传算法的并行实现

遗传算法的并行实现章衡 2007310437一、问题描述遗传算法是通过模拟自然界生物进化过程来求解优化问题的一类自组织、自适应的人工智能技术。

它主要基于达尔文的自然进化论和孟德尔的遗传变异理论。

多数遗传算法的应用是处理一个由许多个体组成的群体，其中每个个体表示问题的一个潜在解。

对个体存在一个评估函数来评判其对环境的适应度。

为反映适者生存的思想，算法中设计一个选择机制，使得：适应度好的个体有更多的机会生存。

在种群的进化过程中，主要存在两种类型的遗传算子：杂交和变异。

这些算子作用于个体对应的染色体，产生新的染色体，从而构成下一代种群中的个体。

该过程不断进行，直到找到满足精度要求的解，或者达到设定的进化代数。

显然，这样的思想适合于现实世界中的一大类问题，因而具有广泛的应用价值。

遗传算法的每一次进化过程中的，各个体之间的操作大多可以并列进行，因此，一个非常自然的想法就是将遗传算法并行化，以提高计算速度。

本报告中试图得到一个并行遗传算法的框架，并考察并行化之后的一些特性。

为简单起见（本来应该考虑更复杂的问题，如TSP 。

因时间有些紧张，请老师原谅），考虑的具有问题是：对给定的正整数n 、n 元函数f ，以及定义域D ，求函数f 在D 内的最大值。

二、串行遗传算法 1．染色体与适应度函数对函数优化问题，一个潜在的解就是定义域D 中的一个点011(,,...,)n x x x -，因此，我们只需用一个长度为n 的实数数组来表示一个个体的染色体。

由于问题中要求求函数f 的最大值，我们可以以个体所代表点011(,,...,)n x x x -在f 函数下的值来判断该个体的好坏。

因此，我们直接用函数f 作为个体的适应度函数。

2．选择机制选择是遗传算法中最主要的机制，也是影响遗传算法性能最主要的因素。

若选择过程中适应度好的个体生存的概率过大，会造成几个较好的可行解迅速占据种群，从而收敛于局部最优解；反之，若适应度对生存概率的影响过小，则会使算法呈现出纯粹的随机徘徊行为，算法无法收敛。

自动化控制系统中的遗传算法在优化问题中的应用研究

自动化控制系统中的遗传算法在优化问题中的应用研究随着科技的发展和工业化的进程，自动化控制系统在各个领域中扮演着至关重要的角色。

而在自动化控制系统中，如何对系统进行优化和改进则是一个不容忽视的问题。

近年来，遗传算法作为一种强大的优化工具在自动化控制系统中得到了广泛应用。

本文将深入探讨遗传算法在优化问题中的应用，并分析其优势和局限性。

一、遗传算法概述遗传算法是一种模仿自然界进化过程的智能搜索和优化方法。

它从生物学中得到启发，利用基因和遗传遗传的原理进行搜索和优化。

遗传算法的基本思想是通过模拟自然选择、遗传变异和交叉繁殖等过程，逐步迭代地优化问题的解。

具体而言，遗传算法由以下步骤组成：1. 初始化种群：将问题的解表示为基因型，随机生成一个初始种群。

2. 评估适应度：根据问题的目标函数，计算每个个体的适应度值。

3. 选择操作：按照适应度值选择部分个体作为父代，通常采用轮盘赌选择法或锦标赛选择法。

4. 交叉操作：通过交叉繁殖操作，生成新的个体，并保留部分父代遗传信息。

5. 变异操作：对新个体的基因进行变异，引入新的遗传信息。

6. 更新种群：用新个体替换原有种群中的个体。

7. 终止条件：根据预设的终止条件，判断是否满足终止搜索的条件。

8. 返回最优解：返回满足终止条件时的最优解。

二、遗传算法在自动化控制系统中的应用2.1 参数优化自动化控制系统中存在许多参数需要进行优化调整，以使系统的性能达到最佳状态。

遗传算法作为一种全局优化方法，可以帮助寻找到最优的参数组合。

例如，在控制系统中，PID参数的优化是一个常见的问题。

遗传算法可以通过对PID参数进行基因编码和适应度评估，快速找到最优的PID参数组合，从而提高系统的性能。

2.2 拓扑结构优化在自动化控制系统中，系统的拓扑结构对系统性能具有重要影响。

通过遗传算法的优化方法，可以对控制系统的拓扑结构进行优化，以提高系统的稳定性和响应速度。

例如，在电力系统中，选择最佳的拓扑结构可以有效减少能量损失并提高系统的稳定性。

并行遗传算法

隐含并行性
□ 设ε为一小正数，L< ε(l-1)+1,N=2l,2，则遗传算法一次处理的存活概率不小于1- ε且定义长度不大于L的模式数位O（N3）. □ 遗传算法表面上仅对每代的N个个体作处理，但实际上并行处理了大约O（N3）个模式，并且无额外的存储，这正是遗传算法具有高校搜索能力的原因，这就是遗传算法的隐含并行。
并行遗传算法
□ 传统的遗传算法出现的问题：局部搜索性能较差，对某些分布变化缓慢，面对大型计算问题速度难以达到要求 □ 并行遗传算法提出：在遗传算法并行运算的基础上，通过多种群并行进化和引入迁移算子进行进行种群之间的信息交流，实现多种群的协同进化。通过人工选择系数对每个种群最优化个体保存，通过对协调种群间的信息交换策略得到最好的进化效果。 □ 遗传算法的并行化实现就是将进化过程划分到不同的计算节点上，进行分布式进化，并通过一定的种群间信息交换策略实现优良基因的转换。
pi fi
f
i 1
n
i
□ Pi反映了个体i的适应度在整个群体的个体适应度总和中所占的比例。适应度越高，被选中的概率越高。
算法终止条件
□ 在实际中算法是不允许无止境的发展下去的，而且对通常问题的最优解具有不确定性，因此需要一个条件来终止算法的进程。目前最常用的终止条件是事先给定一个最大进化步数，或者判断最佳优化值是否连续且经过若干步后都没有变化等。
算法参数选择
□ 种群的数目：影响算法优化性能和效率。种群太小导致采样点数目不足，算法性能低；而种群数目太大又会增加计算量，导致收敛时间过长。所以在设计算法时应该针对具体问题选择适宜的种群数目； □ 交叉概率：用于控制交叉操作的频率。概率太大，种群中串的更新很快，会使高适配值的个体很快被破坏掉；概率太小，交叉操作很少进行，会使搜索停止不前； □ 变异概率：增加种群多样性。基于二进制编码的GA中，一个非常小的变异率就会改变整个种群的基因。变异概率必须取一个适当的值，太小不会产生新个体，太大又会使 GA完全的随机搜索；总结：遗传算法参数的选择是非常重要的，同时也非常复杂，参数选取需要按照问题的实际大小来进行选择。

基于改进遗传算法的算法并行优化研究

基于改进遗传算法的算法并行优化研究第一章引言1.1研究背景在当今科技快速发展的时代，算法优化成为各行各业的研究热点之一。

特别是对于计算复杂度较高的问题，传统的串行算法已经无法满足需求，因此并行算法成为了一种重要的解决方案。

而在并行算法中，改进遗传算法应用广泛且有效，故本文基于改进遗传算法对算法的并行优化进行研究。

1.2研究目的本研究的目的是探索如何利用改进遗传算法的并行优化方法来提高算法的性能和效率。

通过分析已有的串行遗传算法在处理大规模问题时的瓶颈，进而提出并行化的改进策略，以期提高算法的搜索效率，降低时间复杂度。

第二章遗传算法基础2.1遗传算法原理遗传算法是一种模拟生物进化过程的优化算法。

通过模拟进化过程中的选择、交叉和变异等基本操作，逐步搜索问题的最优解。

该算法具有全局搜索能力、自适应性和并行性等优点。

2.2遗传算法改进方法为了进一步提高遗传算法的搜索效率，同时减少算法的收敛时间，研究者提出了一系列改进方法，如精英保留策略、多种群协同进化、自适应参数调整等。

这些方法可以使遗传算法更快地找到最优解。

第三章并行改进方法3.1并行遗传算法的基本原理并行遗传算法通过多个处理单元同时执行遗传算法的基本操作，如选择、交叉和变异，从而提高搜索效率和加快收敛速度。

并行遗传算法可以采用主从结构、岛屿模型等不同的并行框架。

3.2并行改进策略为了进一步提高并行遗传算法的性能，研究者还提出了一系列并行改进策略。

如并行种群初始化、任务分配策略、局部搜索策略等。

这些策略可以在保证搜索效果的前提下，提高算法的并行性能。

第四章实验与结果分析4.1实验设计为了验证并行改进遗传算法在算法优化中的有效性，我们选择了一组基准测试问题，包括旅行商问题、背包问题等。

通过设计不同的并行改进策略，对比串行算法和并行算法的性能指标，如搜索时间、收敛速度等。

4.2结果分析实验结果表明，采用并行改进策略的遗传算法相比于串行算法具有更高的搜索效率和更短的搜索时间。