免疫算法实例
第7章 免疫算法
7.1.2 免疫系统的生物学原理
从人的角度：免疫的主要作用是帮助人体自身的 免疫系统抵制由病毒和细菌引起的疾病。 从生物学角度：免疫或免疫接种是强化个体抵御 外部个体的能力的过程。
7.1.2 免疫系统的生物学原理
相关名词
抗原：被免疫系统看作异体，引起免疫反应的分 子。即能刺激人体免疫的细胞，使人体产生免疫 反应的物质。可以是人体本身固有的，如血液， 也可以是人体内根本不存在的，如某些细菌，病 毒，药物等。 抗体：免疫系统用来鉴别和移植外援物质的一种 蛋白质复合体。每种抗体只识别特定的目标抗原。 当某种抗原刺激人体后，人体对这种抗原会产生 一种能识别它，并抵抗或消灭它的物质。当这种 抗原再次入侵时，人体会产生抵抗（免疫）能力， 从而避免疾病的发生。
7.3.1 负选择算法
监视保护数据S
初始串集合S随机变异若 干部分
检测器R
两集合的串存在匹配 否 探测到非自体
是
没有探测到
7.3.2 克隆选择算法
克隆选择原理图
抗原 抗原决定基 抗体决定簇 10011001 11101001 01100110
成熟
2
12
47
128
死亡
骨髓
克隆选择
2
2
2
2
128
128
7.1.2 免疫算法的生物模型
病原体
皮肤 生理学环境
先天性 免疫应答
巨噬细胞
后天性 免疫应答
受体
B淋巴细胞
图 免疫系统层次示意图
7.1.3 二进制模型
轻链 抗体决定簇 Paratope
图 B细胞抗体结构图
抗体j 重链 抗原决定基 Epitope
抗体k B 淋巴细胞
免疫算法公式
免疫算法公式免疫算法是一种新型的优化算法，其基本思想是模拟生物体免疫系统对外界刺激的反应过程，以实现优化问题的求解。
免疫算法涉及到一些基本的公式，包括：1. 抗体与抗原的亲和度计算公式亲和度是指抗体与抗原之间相互作用的强度，通常使用欧几里得距离或哈密顿距离来计算。
欧几里得距离公式如下：$d(x,y)=sqrt{(x_1-y_1)^2+(x_2-y_2)^2+...+(x_n-y_n)^2}$ 其中，$x$和$y$代表两个向量，$n$代表向量维数。
2. 抗体的亲和力更新公式抗体的亲和力可以通过适当的更新策略来调整，以达到最优解。
典型的更新公式包括：$aff_j=aff_j+alphacdot(aff_i-aff_j)$其中，$aff_i$和$aff_j$分别代表两个抗体的亲和力值，$alpha$是调整因子。
3. 克隆选择算子公式克隆选择算子是免疫算法中的核心操作，它通过复制和选择策略来增加优秀抗体的数量。
克隆选择算子的基本公式如下：$n_i=frac{p_i}{sum_{j=1}^Np_j}$其中，$n_i$代表第$i$个抗体的克隆数量，$p_i$代表抗体$i$的适应度值，$N$代表总抗体数量。
4. 基因重组算子公式基因重组算子是免疫算法的另一个重要操作，它通过随机交换抗体基因的方式来产生新的解。
基因重组算子的公式如下：$x_k=left{begin{aligned}&x_{i,k},&rand()<p_c&x_{j,k},&rand( )>=p_cend{aligned}right.$其中，$x_{i,k}$和$x_{j,k}$分别代表两个抗体在第$k$个基因位置的取值，$p_c$是交叉概率，$rand()$是一个均匀分布的随机数。
以上是免疫算法中一些常用的公式，它们在免疫算法的求解过程中起到非常重要的作用。
免疫算法实例
智能控制课程综合报告学院自动化学院专业控制科学与工程学号学生姓名指导教师2016年6月7日基于免疫优化算法的物流中心选址1、建立模型在物流配送中心选址模型中做如下假设1）.配送中心的规模容量总可以满足需求点需求，并由其配送辐射范围内的需求量确定。
2）.一个需求点仅由一个配送中心供应。
3）.不考虑工厂到配送中心的运输费用。
然后要从n 个需求点中找出配送中心，并向需求点配送物品。
目标函数是各配送中心到需求点的需求量和距离的乘积之和最小。
目标函数如下：2、问题的求解2.1算法的实现步骤：1）.产生初始种群。
2）.对上述群体中各个抗体进行评价。
3）.形成父代群体。
4）.判断是否满足条件，是则结束，反之，则继续下一步操作。
5）.新种群的产生。
6）.转去执行步骤2。
2.2流程图如图1-1：∑∑=ij ij i Z d w F图1-1 算法流程图2.3初始群体的产生如果记忆库非空，则初始抗体群从记忆库中生成。
否则，在可行解空间随机产生初始抗体群。
此处 采用简单的编码方式。
每个选址方案可形成一个长度为P 的抗体（P 表示配送中心的数量），每个抗体代表被选为配送中心的需求点的序列。
如：考虑包含31个需求点的问题，从中选取6个作为配送中心。
抗体[2,7,15,21,29,11]代表一个可行解。
2.4、解的多样性评价1）.抗体与抗原之间的亲和力表示新的目标函数，分母的第二项表示对违反距离约束的解给予惩罚C 取比较大的正数。
2）.抗体与抗体之间的亲和力其反映抗体之间的相似程度，此处借鉴Forrest 等人提出的R 位连续方法计算抗体之间的亲和力，两个个体有至少R 位编码相同则两种抗体近似相同。
∑∑∑∑--==)0.1min(1F 1v v ij ij ij i Z C Z d w A ∑∑=ijij i Z d w F v F Lk sv s v ,,S =其中k 表示抗体v 和抗体s 之间相同的位数，L 为抗体的总长。
免疫算法介绍PPT课件
应用领域
免疫算法在多个领域得到广泛应用，如组 合优化、机器学习、数据挖掘、电力系统、 生产调度等。
研究现状
目前，免疫算法的研究已经取得了一定的 成果，但仍存在一些挑战和问题，如算法 的收敛速度和稳定性等。
研究展望
理论完善
未来研究将进一步完善免疫 算法的理论基础，包括免疫 系统的数学模型、算法的收 敛性和稳定性分析等。
缺点分析
计算量大
参数设置复杂
免疫算法需要进行大量的迭代和计算，尤 其在处理大规模优化问题时，计算量会变 得非常大，导致算法的运行时间较长。
免疫算法涉及的参数较多，参数设置对算 法的性能影响较大，如果参数设置不当， 可能导致算法的性能下降甚至无法收敛。
对初始解敏感
适用性问题
免疫算法对初始解有较强的依赖性，如果 初始解的质量较差，可能会导致算法陷入 局部最优解或无法收敛。
新方法探索
跨领域应用
针对免疫算法的改进和变种， 未来研究将探索新的免疫算 法，如基于免疫遗传算法、 免疫粒子群算法等。
随着大数据、人工智能等技 术的快速发展，免疫算法有 望在更多领域得到应用，如 医疗诊断、金融风控等。
与其他算法融合
未来研究将探索免疫算法与 其他优化算法的融合，如混 合算法、协同进化等，以提 高算法的性能和适应性。
控制系统
优化控制系统的参数，提高系 统的性能和稳定性。
02
免疫算法的基本原理
生物免疫系统概述
生物免疫系统是生物体内一套复杂的防御机制，用于识别和清除外来物质，维持内 环境稳定。
免疫系统由免疫器官、免疫细胞和免疫分子组成，具有高度的组织结构和功能分化。
免疫应答是免疫系统对外来抗原的识别、记忆和清除过程，分为非特异性免疫和特 异性免疫两类。
免疫算法的克隆选择过程
免疫算法的克隆选择过程% 二维人工免疫优化算法% m--抗体规模% n--每个抗体二进制字符串长度% mn--从抗体集合里选择n个具有较高亲和度的最佳个体进行克隆操作% A--抗体集合(m×n),抗体的个数为m,每个抗体用n个二进制编码(代表参数) % T--临时存放克隆群体的集合,克隆规模是抗原亲和度度量的单调递增函数% FM--每代最大适应度值集合% FMN--每代平均适应度值集合% AAS--每个克隆的最终下标位置% BBS--每代最优克隆的下标位置% Fit--每代适应度值集合% tnum--迭代代数% xymin--自变量下限% xymax--自变量上限% pMutate--高频变异概率% cfactor--克隆(复制)因子% Affinity--亲和度值大小顺序%%clear allclctic;m=65;n=22;mn=60;xmin=0;xmax=8;tnum=100;pMutate=0.2;cfactor=0.1;A=InitializeFun(m,n); %生成抗体集合A,抗体数目为m,每个抗体基因长度为n F='X+10*sin(X.*5)+9*cos(X.*4)'; %目标函数FM=[]; %存放各代最优值的集合FMN=[]; %存放各代平均值的集合t=0;%%while t<tnumt=t+1;X=DecodeFun(A(:,1:22),xmin,xmax); %将二进制数转换成十进制数Fit=eval(F); %以X为自变量求函数值并存放到集合Fit中if t==1figure(1)fplot(F,[xmin,xmax]);grid onhold onplot(X,Fit,'k*')title('抗体的初始位置分布图')xlabel('自变量')ylabel('每代适应度值集合')endif t==tnumfigure(2)fplot(F,[xmin,xmax]);grid onhold onplot(X,Fit,'r*')title('抗体的最终位置分布图')xlabel('自变量')ylabel('每代适应度值集合')end%% 把零时存放抗体的集合清空T=[];%% 把第t代的函数值Fit按从小到大的顺序排列并存放到FS中[FS,Affinity]=sort(Fit,'ascend');%% 把第t代的函数值的坐标按从小到大的顺序排列并存放到XT中XT=X(Affinity(end-mn+1:end));%% 从FS集合中取后mn个第t代的函数值按原顺序排列并存放到FT中FT=FS(end-mn+1:end);%% 把第t代的最优函数值加到集合FM中FM=[FM FT(end)];%% 克隆(复制)操作,选择mn个候选抗体进行克隆,克隆数与亲和度成正比,AAS是每个候选抗体克隆后在T中的坐标[T,AAS]=ReproduceFun(mn,cfactor,m,Affinity,A,T);%% 把以前的抗体保存到临时克隆群体T里T=Hypermutation(T,n,pMutate,xmax,xmin);%% 从大到小重新排列要克隆的mn个原始抗体AF1=fliplr(Affinity(end-mn+1:end));%% 把以前的抗体保存到临时克隆群体T里%从临时抗体集合T中根据亲和度的值选择mn个T(AAS,:)=A(AF1,:);X=DecodeFun(T(:,1:22),xmin,xmax);Fit=eval(F);AAS=[0 AAS];FMN=[FMN mean(Fit)];for i=1:mn%克隆子群中的亲和度最大的抗体被选中[OUT(i),BBS(i)]=max(Fit(AAS(i)+1:AAS(i+1)));BBS(i)=BBS(i)+AAS(i);end%从大到小重新排列要克隆的mn个原始抗体AF2=fliplr(Affinity(end-mn+1:end));%选择克隆变异后mn个子群中的最好个体保存到A里,其余丢失A(AF2,:)=T(BBS,:);enddisp(sprintf('\n The optimal point is:'));disp(sprintf('\n x: %2.4f, f(x):%2.4f',XT(end),FM(end)));%%figure(3)grid onplot(FM)title('适应值变化趋势')xlabel('迭代数')ylabel('适应值')hold onplot(FMN,'r')hold offgrid on。
免疫算法
二、免疫算法的基本模型及算法
• 2.二进制模型
主要涉及识别和刺激两个内容
识别：每个抗体可以用（e,p）的二进制串表示，e 表示抗原决定基，p表示抗体决定簇，长度分别为 le 和 l p（所有抗体或抗原的这两个长度都形同），s 表示一个匹配阈值。
二、免疫算法的基本模型及算法
• 2.二进制模型
主要涉及识别和刺激两个内容
免疫算法
（作者姓名）
免疫算法
• 一、免疫算法的生物学原理 • 二、免疫算法的基本模型及算法 • 三、常用的免疫算法 • 四、免疫算法的简单应用
一、免疫算法的生物学原理——免疫系统
一、免疫算法的生物学原理——免疫系统
• 1.基本概念
免疫系统
是由许多分布式的具有一定功能的个体（T细胞、B细胞、 抗体和细胞因子等）通过相互作用形成的一个复杂的动态大 系统的典型例子，具有个体特异性（一种免疫细胞仅对特定 的抗原起作用）和整体多样性（免疫系统几乎对所有抗原都 能进行处理）的双重特点，具备学习、记忆、自我调整、模 式识别和特征提取能力。
xi' = c[∑ m ji xi x j − k1 ∑ mij xi x j + ∑ m ji xi y j ] − k 2 xi
j =1 j =1 j =1
N
N
N
二、免疫算法的基本模型及算法
• 3.免疫算法的基本步骤
(1)识别抗原：免疫系统确认抗原入侵。 抗
(2)产生初始抗体群体：激活记忆细胞产生抗体，清除以 前出现过的抗原，从包含最优抗体(最优解)的数据库中 选择出N个抗体。
二、免疫算法的基本模型及算法
• 3.免疫算法的基本步骤
(3)计算亲和力：计算抗体和抗原之间，抗体与抗体之间 的亲和力 a.抗体v与抗原的亲和度为
基于免疫算法的迁移工作流实例安全工作位置选择
种基 于免疫算法 的迁 移策略 ，该 方法借鉴生物 免疫系统 的特 性 ，将迁移实 例的需求 以及 安全要求编码 为抗 原 ，
将工作位 置的服 务信 息 以及安全性 能编码为抗 体 ，模拟免疫系 统的匹配过程 从而动态 的得 到迁 移路线 。该方法
不仅考虑迁 移实例 的任 务需求 ，而且对 迁移实 例的需求信息划 分安全等级 ，考虑工作位置 的安全性 ，从而 为迁
ａ ｄ ｔｅｓｃ ｒｔ ｆｔｅｗｏｋ ｔｔ ｎ ａ ｃ ｒ ｉｇｔ ｅ ｔ ｉ ｒ ｅ ｃ ｉｖ ａｅ ｕｅｐａ ｎｎ ． ｈ ｉ ｌｔ ｎ ｎ ｅ ｕ ｉ ｏ ｒｓ ｉ ｃ ｏ ｄｎ Ａｇ ｎ ’ ｒｓ ｉ ｏ ｄ ｒｔ ａ ｈｅ ｅｓｆｒｒ ｔ ｌｎ ｉｇ Ｔ ｅ ｓ ｈ ｙ ｈ ａ ｏ ｏ Ｓ ｋ ｎ ｏ ｏ ｍｕａｉ ｏ
ｒｓ ｌ ｈ ｗ ｈ ｔ ｈ ｌｏ ｔｍ ｆ ｃｉｅｙ ａ ｏｄ ｅｍａｉｉｕ ｏ ｔ ｓｇ ｉ ｃｎｌ ｅ ｕ ｅ ｅｐｏ ａ ｉｔ ｆ ｇａｉｇ ｅｕｔ ｓｏ ｔａ ｅａｇ ｒ ｈ ｅ ｅ ｔ ｌ ｖ ｉｓｔ ｌ ｏ ｓｈ ｓ ｉｎｆ ａ ｔ ｒｄ ｃ ｓｔ ｒｂ ｂｌ ｏ ｒ ｔ ｓ ｔ ｉ ｖ ｈ ｃ ， ｉ ｙ ｈ ｉ ｙ ｍｉ ｎ ｉｓ ｎ ｅａ ａ ｋ ｄａ ｄｅ ｈ ｎ ｅｔｅｓｃ ｒｔ ｆ ｇａｉｇｉｓ ｎ ｅ ｎ ｔ ｃ Ｒ ｃ ｅ ｎ ｎ ａ ｃ ｅｕ ｉ ｏ ｒ ｔ ｔ ｃ ． ａ ｈ ｙ ｍｉ ｎ ｎａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｎ ｍｉ ｒ ｔ ｇ ｗｏ ｋ ｏ ｓ ｓ ｍ，ｔ ｅ ｓ ｃ ｒｔ ｎ ｏ ｔ ｆ ｍｉ ａ ｉ ｇ ｉ ｓ ｎ ｅ ｆ ｒ ｔ ｅ ｃ ｍｐ ｅｉ ｎ ｏ ｈ ｓｒ ｃ ：Ｉ ｇ ａｉ ｒ ｆ ｗ ｙ ｔ ｎ ｌ ｅ ｈ ｅ ｕ ｉ ａ ｄ ｒ ｕ ｅ ｏ ｇ ｔ ｎ ｔ ｃ ｏ ｈ ｏ ｌｔ ｆ ｔ ｅ ｙ ｒ ｎ ａ ｏ
请列举在临床工作中遇到的免疫学原理应用的具体实例一例,并描述处理的心得体
请列举在临床工作中遇到的免疫学原理应用的具体实例一例,并描述
处理的心得体
临床工作中遇到的免疫学原理应用的具体实例之一是在流行病学调查中使用ELISA技术来检测某种疾病的抗体水平。
ELISA是一种基于抗体-抗原相互作用原理的免疫学检测方法，它可以快速、灵敏地检测出血清中特定抗体的存在。
在流行病学调查中，我们可以采集到一定数量的血样，然后在实验室使用ELISA技术来检测这些血样中是否存在某种疾病的抗体。
如果检测结果为阳性，那么说明被检测者曾经感染过该疾病或者已经接种过该疫苗；如果检测结果为阴性，则说明被检测者未感染该疾病或者未接种该疫苗。
在进行ELISA检测时，我们需要注意以下几点：
1. 样品的处理：血样必须采集到干净的试管中，然后在离心机中离心，将血清转移到新的试管中，避免携带红细胞等干扰物。
2. 抗原的选择：ELISA检测需要选择与该疾病相关的抗原，以确保检测结果的准确性。
3. 阳性对照和阴性对照的设置：在每次实验中，必须设置阳性对照
和阴性对照，以确保检测方法的灵敏度和特异性。
4. 结果的解释：ELISA检测的结果需要结合临床表现和其他检查结果进行综合分析，不可片面地依赖ELISA检测结果作出诊断。
总之，ELISA技术在流行病学调查中有着广泛的应用，掌握好ELISA 检测方法及其应用原理，对于提高疾病诊断的准确性和敏感性具有重要的意义。
免疫算法的matlab代码
免疫算法的matlab代码摘要：1.免疫算法简介2.Matlab代码实现免疫算法的基本步骤3.免疫算法在实际问题中的应用4.代码运行结果与分析正文：免疫算法（Immune Algorithm）是一种模拟自然界免疫机制的优化算法，它具有较强的全局搜索能力，适用于解决复杂优化问题。
本文将介绍如何使用Matlab编写免疫算法的代码，并对其进行简要分析。
1.免疫算法简介免疫算法基于生物免疫系统的原理，通过模拟免疫细胞的作用机制进行问题求解。
算法主要包括两个部分：抗原和抗体。
抗原表示问题空间中的目标函数，抗体则表示问题的解。
算法通过不断更新抗体，寻找最优解。
2.Matlab代码实现免疫算法的基本步骤以下是免疫算法在Matlab中的基本实现步骤：（1）初始化抗体群：随机生成一定数量的抗体，作为初始种群。
（2）计算适应度：根据问题特点，计算每个抗体对应的适应度值。
（3）选择操作：根据适应度值，选择一部分优秀抗体进行繁殖。
（4）变异操作：对选中的抗体进行变异，以增加算法的多样性。
（5）免疫操作：根据抗体之间的相似度，进行免疫更新。
（6）判断收敛条件：当满足收敛条件时，停止迭代，输出当前最优解。
3.免疫算法在实际问题中的应用免疫算法在许多实际问题中表现出良好的性能，例如物流配送中心选址问题、机器人路径规划等。
以下是一个免疫算法在物流配送中心选址问题中的应用实例：问题描述：假设有一个物流网络，包含多个需求点和仓库。
目标是选择一个最佳仓库作为配送中心，使得整个物流网络的运输成本最低。
解决方案：使用免疫算法求解配送中心选址问题。
首先，将仓库位置作为抗体，计算每个抗体对应的适应度值（即物流成本）。
然后，通过迭代更新抗体，直到满足收敛条件。
最后，输出最优仓库位置作为配送中心。
4.代码运行结果与分析运行免疫算法代码后，可以得到物流配送中心的最优选址。
通过对比不同算法的结果，可以发现免疫算法在求解此类问题时具有较快的收敛速度和较高的全局搜索能力。
免疫算法及应用实例图
免疫算法及应用实例图免疫算法是一种受生物免疫系统启发而设计的优化算法，其基本原理是模拟生物免疫系统中的免疫细胞识别和攻击外来入侵物质的过程。
这种算法可以用于解决一系列复杂的优化问题，例如组合优化、函数优化、图像处理、模式识别等领域。
免疫算法的研究和应用得到了广泛的关注和应用，下面将介绍一些免疫算法的基本原理和应用实例。
免疫算法的基本原理是通过模拟生物免疫系统中的免疫细胞识别和攻击外来入侵物质的过程。
免疫系统可以识别和攻击外来入侵物质，对抗疾病的侵袭。
在免疫算法中，借鉴了免疫系统中的各种免疫细胞的功能，如B细胞和T细胞等。
免疫算法中的抗原对应于问题空间中的解决方案，而抗体对应于免疫细胞产生的可行解。
算法通过模拟选择、克隆、变异、竞争等过程，创造出符合问题需求的最优解。
免疫算法的应用领域非常广泛，下面将介绍几个免疫算法的应用实例。
首先是在组合优化问题中的应用。
组合优化问题是指在满足一定约束条件的情况下，通过对若干个元素进行组合，找到符合特定目标函数的最优解。
免疫算法可以用于解决这类问题，例如在旅行商问题中，免疫算法可以通过模拟免疫细胞对待遇不同的路径进行选择、克隆和变异操作，找到满足旅行商访问各个城市的最短路径。
此外，在时间表调度、路由优化、网络设计等领域也都可以应用免疫算法进行优化求解。
其次是在函数优化问题中的应用。
函数优化问题是指通过对一个目标函数进行优化，找到使得函数值最小或最大的自变量。
免疫算法也可以用于解决这类问题，例如在工程设计中，通过对免疫算法的模拟选择、克隆和变异等操作，找到满足工程要求的最优设计方案。
此外，在金融风险控制、工业过程优化等领域也可以应用免疫算法进行函数优化。
另外，免疫算法还可以应用在图像处理、模式识别等领域。
在图像处理中，免疫算法可以通过模拟免疫细胞对图像中的特征进行识别和分类，找到满足图像处理需求的最佳方案。
在模式识别中，免疫算法可以通过模拟选择、克隆和变异等过程，识别模式中的特征，找到满足模式识别要求的最优解。
免疫学原理应用的具体实例
免疫学原理应用的具体实例引言免疫学是研究生物体对抗病原体和其他外界侵入因素的一门学科。
它研究生物体如何通过免疫系统识别并消除入侵的病原体，以及如何保护身体免受疾病的侵害。
免疫学的原理和应用在医学、生物技术和疫苗研发等领域具有重要意义。
本文将通过具体实例介绍免疫学原理在生物医学领域的应用。
免疫学原理应用实例1. 免疫组织化学检测免疫组织化学是一种通过免疫学原理来检测组织中特定蛋白质表达的方法。
通过使用特定抗体与被检测蛋白质发生特异性结合，然后通过染色或荧光技术来观察染色的组织。
这项技术广泛应用于癌症诊断和治疗中。
例如，通过检测癌细胞中的特定蛋白质表达，可以帮助医生判断肿瘤类型，指导治疗方案的选择。
在免疫组织化学检测中，常用的抗体标记技术包括免疫酶标记法和免疫荧光技术。
通过这些技术，医生可以观察到组织中的特定蛋白质的分布和表达水平，从而帮助诊断疾病和研究疾病机制。
2. 单克隆抗体治疗单克隆抗体是一类具有高度特异性和亲和力的抗体，可以通过生物技术手段大规模生产。
与传统的治疗药物不同，单克隆抗体可以与特定的抗原结合，并发挥抗原特异性杀伤或抑制作用。
在癌症治疗中，单克隆抗体已经被广泛应用。
例如，帕尼单抗是一种用于治疗结直肠癌的单克隆抗体药物。
它可以结合肿瘤细胞表面的特定抗原，激活免疫系统杀伤肿瘤细胞并抑制肿瘤生长。
这种抗体治疗方法具有相对较少的副作用和更高的治疗效果，成为临床治疗中的一种重要选择。
3. 免疫诊断技术免疫诊断技术是利用免疫学原理来识别和测量特定的生物分子的方法。
在临床诊断中，免疫诊断技术被广泛应用于病原体检测、肿瘤标志物检测等方面。
例如，酶联免疫吸附试验（ELISA）是一种常用的免疫诊断技术。
它可以通过检测血液或其他体液中的特定蛋白质或抗体来诊断疾病。
ELISA技术已经在疾病早期筛查、感染性疾病诊断和肿瘤标志物检测等方面发挥了重要作用。
4. 抗原表位设计抗原表位设计是利用免疫学原理来设计特定抗原表位，以引导机体产生特异性的抗体。
免疫算法在工程中的应用与展望
个抗体加 到记忆 库 中，按 （ ） 式 给 出 的接 种 概 率 ， ２ 对未进入记忆库 的抗体 中随机选择 ・ １一Ｏ ｎ个 （ １ ）・ 新个体 ，其 中 ｙ ∈ （ ，），进行疫苗接种 。 ０１
１
Ｐ （） ＝ － （ ＂ Ａ（ｉ － ）＋Ａ （ ）＋Ａ ＋Ａ （ ， ） ）
—
３ 工 程 应 用 实 例
目前 ，免疫算法用于工程实际主要解 决三方面 的
问题 。
・
６ ０・
全 国中文核心期刊
路 基工程
２０ ０ ８年第 ６期 （ 总第 １ １ ） ４ 期
３ １ 数据处理 ．
实际工程 中许多 问题都是通过实测 数据 、数据处 理 、分析建模 ，进而找 出待求 问题 的基 本规律 ，求得 其最优解 。但实测数据往往受到环境 、气候 、测试手 段和方法 、设备灵敏度及人为 因素等影 响 ，测得 的数 据通常 都含 有 噪声 、余冗 和 不 相关 的信息 ，甚 至失 真 。因此 ，通过数据处理 ，有效剔除这些 干扰 ，得到 反映 问题实质 的真实数据 非常重 要。文献 ［ ］ 以丹 ４ 巴滑坡为例 ，在如下 四方面进行 了分析研究 ： （ ）对 １ １ ０个监 测点 的一组 实测数 据 ，通过 确定 压缩 比、保真率和突变率及选择进化代数作 为终止条 件后 ，进行 了压缩处理 ； （ ）采 用 Ｍ Ｔ Ｍ ２ Ａ Ｌ Ｂ作为编程工 具 ，按 ２ ２流程 ， ． 用免疫算法对实际监测数据进行 了降 噪处 理 ，分析表 明免疫 算法 比常见 的降噪处 理方法具 有收敛 速度快 、 精度高的特点 ； （ ） 在前 面数 据 基础 上 ，提 出滑 坡 突变 点识 别 ３ 的判别依据 ，并进行对 比分析 ； （ ）最后 ，提 出 了滑坡 预 测 模 型 ，并 与 目前 常 ４ 用的预测模型进行 了对 比分析 ，分析表 明该模 型 比现 有的模 型更能反映滑坡体的实际特征 。 上述工程实例应用说明 ：用免疫算法进行 实测数 据处理时特点突 出，尤 其在滑坡实测数据 的降噪处理
《人工免疫算法》课件
05
人工免疫算法的优缺点
优点
自适应性
鲁棒性
人工免疫算法能够根据环境变化自我调整 ，以适应不同的任务和问题。
由于其内在的抗干扰能力，即使在噪声或 异常数据存在的情况下，人工免疫算法也 能得出相对准确的结果。
全局搜索能力
人工免疫算法的基本步骤
初始化
随机生成一组抗体作为初始解。
评估
计算抗体的适应度值，即与抗原 的匹配程度。
选择
根据适应度值选择优秀的抗体进 行复制和变异。
终止条件
重复上述步骤直到满足终止条件 ，输出最优解。
更新
用新产生的抗体替换原有抗体， 形成新的解集。
变异
对选中的抗体进行变异操作，产 生新的抗体。
03
THANKS
感谢观看
人工免疫算法在函数优化中常用的策略包括抗体克隆选择、变异、交叉等，通过 不断迭代和优化，最终找到函数的极值点或最优解。
在组合优化问题中的应用
01
组合优化问题是指在一组对象中寻找最优解的问题，
如旅行商问题、背包问题、图着色问题等。
02
人工免疫算法在组合优化问题中能够利用其全局搜索
和记忆机制，快速找到问题的近似最优解或精确解。
精英交叉
将精英个体与其他个体进行交叉操作，产生 新的个体。
精英变异
对精英个体进行变异操作，产生新的个体。
04
人工免疫算法的应用实例
在函数优化中的应用
函数优化是寻找函数最小值或最大值的过程，人工免疫算法通过模拟生物免疫系 统的自适应和进化机制，能够高效地求解多峰值、非线性、全局优化等复杂函数 优化问题。
第7章免疫算法
第7章免疫算法免疫算法（Immune Algorithm）是一种模拟人体免疫系统中免疫响应与进化过程的智能优化算法。
它作为一种新颖的和优化算法，可以用于求解许多实际问题，如工程设计、数据挖掘、图像处理等。
免疫算法的研究主要依据人体免疫系统的原理和特性，将免疫系统中的关键概念和过程转化为算法运算。
本章将介绍免疫算法的基本原理、算法流程和应用领域。
免疫系统是人体在抵抗病毒、细菌等有害入侵物质的过程中发挥重要作用的生理系统。
它具有识别和消灭外来入侵物质的能力，并具有自我保护和自主进化的特点。
免疫算法基于人体免疫系统的这些特性，通过模拟免疫细胞的选择、克隆和进化过程，实现对复杂优化问题的和解决。
免疫算法的基本原理包括：群体多样性、记忆机制和进化演化。
群体多样性指的是免疫系统中存在多种不同类型的免疫细胞，以应对不同种类的入侵物质。
免疫算法通过模拟不同类型的抗体和克隆选择过程，保持算法中个体的多样性，增加优化的广度和深度。
记忆机制指的是免疫细胞对入侵物质的记忆，以便在下次出现相似入侵物质时更加迅速和有效地进行响应。
免疫算法通过引入记忆机制来避免过程中重复生成已经出现的个体。
进化演化是免疫系统中个体的选择、复制和演化过程，通过自我适应和自我进化来提高整体的适应性和生存能力。
免疫算法通过模拟这些进化过程，不断更新并优化空间中的个体。
免疫算法的具体流程可以分为初始化阶段、选择阶段、演化阶段和终止条件判断阶段。
在初始化阶段，算法根据问题的特点和约束条件，生成一定数量的初始个体。
在选择阶段，根据个体适应度评价，选择出一定数量的个体作为新的种群。
在演化阶段，通过克隆、突变等操作，生成新的个体，并将它们加入到种群中。
在终止条件判断阶段，根据预设的终止条件判断是否结束算法的运行。
免疫算法的应用领域非常广泛。
在工程设计领域，免疫算法可以用于寻找最优的结构参数、优化控制策略等问题。
在数据挖掘领域，免疫算法可以用于分类、聚类和关联规则挖掘等问题。
免疫遗传算法实例
免疫遗传算法实例
免疫遗传算法是一种借鉴生物免疫系统和遗传算法的优化算法。
它通过模拟免疫系统的识别、学习、记忆等机制来解决优化问题。
以下是一个简单的免疫遗传算法的实例，用于解决旅行商问题（TSP）：
1. 初始化：
生成一个随机抗体种群，每个抗体代表一个可能的旅行路线。
设定免疫遗传算法的参数，如抗体种群大小、免疫选择比例、抗体克隆扩增的倍数、最大进化代数等。
2. 亲和度评价：
计算每个抗体的亲和度，亲和度表示该抗体（即旅行路线）的优劣。
在本例中，亲和度可以基于路线的总距离、旅行时间等因素进行计算。
3. 免疫处理：
免疫选择：选择亲和度靠前的部分抗体进行免疫处理，一般取前
NP/2，使其活化。
克隆：对活化的抗体进行克隆复制，产生更多的相似抗体。
变异：对克隆副本进行变异操作，保留被克隆抗体，主要针对亲和度。
克隆抑制：对变异结果进行筛选，保留亲和度高的变异结果。
4. 种群刷新：
随机生成部分新的抗体种群，与免疫处理的抗体合并，形成新一代抗体。
5. 重复步骤2-4直到达到最大进化代数或满足终止条件：
最大进化代数是为了避免算法陷入局部最优解，当达到最大进化代数时停止迭代。
6. 输出最优解：
最终剩下的高亲和度抗体即为最优解，即最优的旅行路线。
以上是一个简化的免疫遗传算法实例，实际应用中可能还需要考虑其他因素和步骤，如基于欧式距离或海明距离计算抗体之间的距离等。
此外，针对不同的问题和数据集，还需要调整算法参数和步骤以获得更好的优化效果。
Matlab技术人工免疫算法
Matlab技术人工免疫算法引言随着科学技术的不断发展，人工智能已经成为现代技术领域的热门话题。
在人工智能中，算法是至关重要的一环。
在众多算法中，免疫算法因其独特的原理和优越的性能备受瞩目。
本文将重点探讨Matlab技术中的人工免疫算法，介绍其原理、应用以及优势。
一、人工免疫算法概述人工免疫算法（Artificial Immune Algorithm，AIA）是一种基于免疫系统原理的优化算法。
它通过模拟人体免疫系统的特点和机制，实现对问题进行优化求解。
人工免疫算法与其他进化算法（如遗传算法、粒子群算法等）相比，其特点在于模拟了生物免疫系统中的免疫记忆、免疫选择、免疫检测等重要环节。
二、人工免疫算法原理人工免疫算法的原理源于对人体免疫系统的研究。
人体免疫系统是一个由多种免疫细胞和分子组成的复杂系统，具有自我识别、特异性识别和免疫记忆等特征。
在人工免疫算法中，根据这些特征，可以将算法过程分为免疫表示、免疫检测、免疫选择和免疫更新等步骤。
1. 免疫表示在人工免疫算法中，问题的解被表示为一个抗体（Antibody）的集合。
每个抗体代表了问题的一个可能解。
通过设计和优化抗体的表示方式，可以提高算法的搜索效率和求解精度。
2. 免疫检测在免疫检测阶段，通过度量抗体之间的相似性来评估其适应度。
相似性的度量可以采用欧氏距离、汉明距离等指标。
相似的抗体会被认为是冗余的，从而可以剔除或合并这些冗余的解，提高算法的搜索效率。
3. 免疫选择免疫选择是根据抗体的适应度进行选择操作。
适应度指的是抗体解决问题的质量。
适应度较高的抗体会被优先选择，而适应度较低的抗体则有可能被淘汰。
通过选择操作，可以不断进化和优化解的质量，提高算法的求解能力。
4. 免疫更新免疫更新是通过引入多样性操作来保持种群的多样性和鲁棒性。
多样性操作包括免疫记忆、抗体突变等。
免疫记忆允许算法保留一定数量的历史最优解，以保持对问题空间的探索能力。
抗体突变则引入了随机性，可以避免算法陷入局部最优解。
免疫学应用的案例和原理
免疫学应用的案例和原理引言免疫学是研究生物体对抗病原体侵袭和疾病发展的科学。
通过免疫学的研究，科学家们可以了解免疫系统的工作原理，并应用于疾病的预防、诊断和治疗。
本文将介绍一些免疫学应用的案例和原理。
免疫学应用案例1. 疫苗开发疫苗是通过激活人体的免疫系统来预防疾病的药物。
免疫学研究了病原体对人体的攻击方式，并找到了一些对抗病原体的免疫反应。
基于人体免疫系统的原理，研究人员开发了各种疫苗，如百日咳疫苗、流感疫苗和COVID-19疫苗等，用于预防疾病的爆发。
2. 抗体治疗抗体是免疫系统产生的一种特殊蛋白质，可以识别并结合到病原体上，从而标记病原体并促使其被认出并清除。
通过研究抗体的结构和功能，科学家可以设计并生产特定的抗体，用于治疗疾病。
抗体治疗已经应用于多种疾病治疗中，如癌症、风湿性关节炎和肠道炎症等。
3. 免疫诊断免疫学的研究还应用于疾病的诊断。
研究人员可以通过检测人体免疫系统对病原体的反应来判断是否感染某种疾病。
例如，ELISA（酶联免疫吸附实验）可以检测体液中特定抗体的存在，从而确定某种病原体是否存在于人体中。
4. 免疫监测免疫学的研究还有助于监测人体免疫系统的状态。
通过监测免疫指标如细胞免疫、体液免疫和炎症反应等参数的变化，可以了解人体免疫系统是否处于正常状态。
这对于评估人体对疫苗或治疗的反应以及诊断某些免疫相关疾病非常重要。
5. 免疫疗法免疫学的研究还推动了新型的免疫疗法的发展。
免疫疗法是通过激活、调节或增强人体免疫系统来治疗疾病。
免疫疗法已经应用于癌症治疗中，如采用免疫刺激剂激活免疫系统以攻击癌细胞。
免疫学应用的原理免疫学应用的背后是免疫系统的工作原理。
免疫系统由多种组织、细胞和分子组成，以协同工作来保护人体免受病原体的侵袭。
免疫系统的工作原理主要包括以下几个方面：1. 免疫记忆当人体首次暴露在某种病原体时，免疫系统会生成一种针对该病原体的免疫应答。
这个过程包括产生特定抗体和激活特定免疫细胞。
免疫算法的介绍及应用
免疫算法的介绍及应用摘要：免疫算法是在免疫系统识别多样性的启发下所设计出的一种新的多峰值函数的寻优算法。
免疫算法的研究，已成为人工智能研究领域的一个重要内容。
与遗传算法相似，免疫算法也是一种随机启发式算法。
对信息学科和计算机学科的发展具有重要意义，同时也为工程实践人员提供了许多富有成效的技术和方法。
因此，将人工免疫系统的原理应用在计算机领域有着重要的理论意义和实际应用价值。
关键词：免疫系统、抗体、抗原、亲和力1 课题背景及意义传统的遗传算法虽然自成体系且使用广泛，但是依然有许多不足，例如对于局部空间的搜索问题不是很有效，个体的多样性减少的很快等，这些缺陷的存在限制了遗传算法的应用。
而近年来在生物学领域的研究发现免疫原理对改进和提高传算法的性能具有重要的启迪作用，免疫行为可以很好的保持多样性，防止早熟收敛。
但是目前对于免疫遗传算法还是不太完善，所以研究这个课题很有意义。
2 免疫算法的发展史人工免疫系统是由免疫学理论和观察到的免疫功能、原理和模型启发而生成的适应性系统。
这方面的研究最初从20世纪80年代中期的免疫学研究发展而来。
1990年，Bersini首次使用免疫算法来解决问题。
20世纪末，Forrest等开始将免疫算法应用于计算机安全领域。
同期，Hunt等开始将免疫算法应用于机器学习领域。
近年来，越来越多的研究者投身于免疫算法的研究。
自然免疫系统所具有的显著的信息处理能力对计算技术的研究有很多重要的启发。
一些研究者基于遗传算法提出了一些模仿生物机理的免疫算法；人工免疫系统的应用问题也得到了研究；还有一些学者研究了控制系统与免疫机制的关系。
目前对免疫算法以及有关问题还没有明确、统一的定义，以下定义仅供进一步讨论参考。
定义1：免疫算法是模仿生物免疫学和基因进化机理，通过人工方式构造的一类优化搜索算法，是对生物免疫过程的一种数学仿真，是免疫计算的一种最重要形式。
当然还有其他定义方法:有的文献将免疫概念及理论应用于遗传算法，在保留原算法优点的前提下，力图有选择、有目的地利用待解问题中的一些特征信息或知识来抑制其优化过程中出现的退化现象，这种算法称为免疫算法。
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智能控制课程综合报告学院自动化学院专业控制科学与工程学号学生姓名指导教师2016年6月7日基于免疫优化算法的物流中心选址1、建立模型在物流配送中心选址模型中做如下假设1）.配送中心的规模容量总可以满足需求点需求，并由其配送辐射范围内的需求量确定。
2）.一个需求点仅由一个配送中心供应。
3）.不考虑工厂到配送中心的运输费用。
然后要从n 个需求点中找出配送中心，并向需求点配送物品。
目标函数是各配送中心到需求点的需求量和距离的乘积之和最小。
目标函数如下：2、问题的求解2.1算法的实现步骤：1）.产生初始种群。
2）.对上述群体中各个抗体进行评价。
3）.形成父代群体。
4）.判断是否满足条件，是则结束，反之，则继续下一步操作。
5）.新种群的产生。
6）.转去执行步骤2。
2.2流程图如图1-1：∑∑=ij ij i Z d w F图1-1 算法流程图2.3初始群体的产生如果记忆库非空，则初始抗体群从记忆库中生成。
否则，在可行解空间随机产生初始抗体群。
此处 采用简单的编码方式。
每个选址方案可形成一个长度为P 的抗体（P 表示配送中心的数量），每个抗体代表被选为配送中心的需求点的序列。
如：考虑包含31个需求点的问题，从中选取6个作为配送中心。
抗体[2,7,15,21,29,11]代表一个可行解。
2.4、解的多样性评价1）.抗体与抗原之间的亲和力表示新的目标函数，分母的第二项表示对违反距离约束的解给予惩罚C 取比较大的正数。
2）.抗体与抗体之间的亲和力其反映抗体之间的相似程度，此处借鉴Forrest 等人提出的R 位连续方法计算抗体之间的亲和力，两个个体有至少R 位编码相同则两种抗体近似相同。
∑∑∑∑--==)0.1min(1F 1v v ij ij ij i Z C Z d w A ∑∑=ijij i Z d w F v F Lk sv s v ,,S =其中k 表示抗体v 和抗体s 之间相同的位数，L 为抗体的总长。
例如，两个抗体[2,7,15,21,5,11]、[15,8,14,26,5,2]经比较有3个相同则亲和度为0.5。
3）.抗体浓度4）.期望繁殖概率 在种群中，每个个体的期望繁殖概率与抗体与抗原之间的亲和力A 和抗体浓度共同决定。
α是常数，可见个体的适应度越高，则期望繁殖率越大，个体的浓度越大，则期望繁殖率越大。
这样就鼓励了高适应度个体，抑制了高浓度个体。
2.5免疫操作1）.选择：按照轮盘赌机制进行选择操作，个体被选择的概率即为期望繁殖概率。
2）.交叉：采用单点交叉法进行交叉操作。
3）.变异：采用随机变异位进行变异操作。
3.模型的求解为证明算法的有效性和可行性，采集了31个城市的坐标，每个用户的位置以及物资需求进行仿真。
根据配送中心选址模型，按照免疫算法流程对该例求解。
参数设置：种群规模：50；记忆库容量：10；迭代次数：100；交叉率：0.5；变异概率：0.4；∑∈=Ni s v,v S N 1C ⎩⎨⎧>=其他0S 1S v,s v,s T ∑∑+=vv v v -1P C C A A ）（αα多样性评价参数：0.95；4. matlab仿真结果图4-1 适应度曲线图4-2 选址方案最后，结果选址方案是[5,25,18,9,12,27],如图中所标，可以看出免疫算法有较好的收敛性。
5.算法应用展望免疫算法能够增强系统的鲁棒性，从选址的模型上看，免疫算法就是解决了最优花费的一个聚类，因此，希望在后期的研究中能应用在多模式分类问题上。
附录：Matlab求解的主程序：%% 算法基本参数sizepop=50; % 种群规模overbest=10; % 记忆库容量MAXGEN=100; % 迭代次数pcross=0.5; % 交叉概率pmutation=0.4; % 变异概率ps=0.95; % 多样性评价参数length=6; % 配送中心数M=sizepop+overbest;%% step1 识别抗原,将种群信息定义为一个结构体individuals = struct('fitness',zeros(1,M),'concentration',zeros(1,M),'excellence',zeros(1,M),'chrom',[]);%% step2 产生初始抗体群individuals.chrom = popinit(M,length);trace=[]; %记录每代最个体优适应度和平均适应度%% 迭代寻优for iii=1:MAXGEN%% step3 抗体群多样性评价for i=1:Mindividuals.fitness(i) = fitness(individuals.chrom(i,:)); % 抗体与抗原亲和度(适应度值）计算individuals.concentration(i) = concentration(i,M,individuals); % 抗体浓度计算end% 综合亲和度和浓度评价抗体优秀程度，得出繁殖概率individuals.excellence = excellence(individuals,M,ps);% 记录当代最佳个体和种群平均适应度[best,index] = min(individuals.fitness); % 找出最优适应度bestchrom = individuals.chrom(index,:); % 找出最优个体average = mean(individuals.fitness); % 计算平均适应度trace = [trace;best,average]; % 记录%% step4 根据excellence，形成父代群，更新记忆库（加入精英保留策略，可由s控制）bestindividuals = bestselect(individuals,M,overbest); % 更新记忆库individuals = bestselect(individuals,M,sizepop); % 形成父代群%% step5 选择，交叉，变异操作，再加入记忆库中抗体，产生新种群individuals =Select(individuals,sizepop);% 选择individuals.chrom =Cross(pcross,individuals.chrom,sizepop,length); % 交叉individuals.chrom = Mutation(pmutation,individuals.chrom,sizepop,length); % 变异individuals = incorporate(individuals,sizepop,bestindividuals,overbest);% 加入记忆库中抗体end%% 画出免疫算法收敛曲线figure(1)plot(trace(:,1),'r','linewidth',2);hold onplot(trace(:,2),'--','linewidth',2);legend('最优适应度值','平均适应度值')grid ontitle('免疫算法收敛曲线','fontsize',12)xlabel('迭代次数','fontsize',12)ylabel('适应度值','fontsize',12)%% 画出配送中心选址图%城市坐标city_coordinate=[1304,2312;3639,1315;4177,2244;3712,1399;3488,1535;3326,1556;3238,1229; 4196,1044;4312,790;4386,570;3007,1970;2562,1756;2788,1491;2381,1676;1332,695;3715,1678;3918,2179;4061,2370;3780,22 12;3676,2578;4029,2838;4263,2931;3429,1908;3507,2376;3394,2643;3439,3201;2935,3240;3140,3550;2545,2 357;2778,2826;2370,2975];carge=[20,90,90,60,70,70,40,90,90,70,60,40,40,40,20,80,90,70,100,50,50,50,80,70,80,40,40,60,7 0,50,30];%找出最近配送点for i=1:31distance(i,:)=dist(city_coordinate(i,:),city_coordinate(bestchrom,:)');end[a,b]=min(distance');index=cell(1,length);for i=1:length%计算各个派送点的地址index{i}=find(b==i);endfigure(2)title('最优规划派送路线')cargox=city_coordinate(bestchrom,1);cargoy=city_coordinate(bestchrom,2);plot(cargox,cargoy,'rs','LineWidth',2,...'MarkerEdgeColor','r',...'MarkerFaceColor','b',...'MarkerSize',20)hold onplot(city_coordinate(:,1),city_coordinate(:,2),'o','LineWidth',2,...'MarkerEdgeColor','k',...'MarkerFaceColor','g',...'MarkerSize',10)grid onfor i=1:31x=[city_coordinate(i,1),city_coordinate(bestchrom(b(i)),1)];y=[city_coordinate(i,2),city_coordinate(bestchrom(b(i)),2)];plot(x,y,'c','LineWidth',2);hold onendtitle('物流配送中心选址方案')。