基于核主成分分析方法的标准化船型设计优化

城市综合竞争力评价研究 ［ 农业机械性能综合评价［、 ２ 】 、 ３ 土壤质量评价方法Ｌ 企业经济效益的评价 【、 ］ ４ ］ 、 ５ Ｊ 城镇化水平综合评价 、地震属性优化方法及应用［ ７ ］ 、食物安全评价［、机械故障模式识别 】 ８ ］ 等领域。
本 文 引用 Ｋ Ｃ 方法 ，对 内河 干散货 运输船 型 的多方案 择优排序 ，取 得 了较 好 的效果 ，从而 为该多指 ＰＡ
了 内河 水质 的污染 ；航道 通过 情况存 在 障碍 ，运输 效率较 低等 。业 内人 士一直 疾 呼 ，内河 船型 的杂 乱 无 章不仅 影 响航 运效益 ，又严重威 胁着航 运 安全 ，必须尽 快实施标 准化 。为适应 内河船 舶发展 的需要 ， 江 苏科技 大学 与泰州 市地方海 事局 联合研 究 ，成 功开 发 了 ｌ 内河 干散货 运输 船舶系 列标准 化船 型 。 ２种
５卷 １
第 ４期 （ 总第 １３ ） ９期
中 国 造 船 Ｖ １ １ Ｎｏ Ｓ ｒ ｌ ． ９ ） ｏ． ５ ． ｅ ａ Ｎｏ １ ３ ４（ ｉ
Ｄｅ ． ０ ０ ｃ ２ １
２１ １ 月 ００年 ２
Ｓ ＰＢ ＬＤＩ ＨＩ ＵＩ ＮＧ ＯＦ ＣＨＩ ＮＡ
文章编号：１０ ．８２（００ ０ ．１４７ ０ ０４ ８ ２ １） ４０ ９ ．
合于处理非线性 问题 ，对 内河干散 货运输船型设 计优化具有很好的实际应用价值和指导作用 。
关 键 词 ：内河干散货船；Ｋ Ｃ Ｐ Ａ方法；船型优化 中 图 分 类 号 ：Ｕ ６ ． ６２３ 文献标 识码 ：Ａ
０ 引 言
市场 调查 数据表 明，当前 长江和 京杭 运河运 输 的主力 船型 以干散 货船 为主 ，约 占长江 船舶 总运 力 的 ８％左右 ，承 担着长 江干线 及京杭 运河干 散物 品的绝 大部分运 输业 务 。然 而 ，现有 的干 散货运 输船 ５
核主成 分分 析（ Ｃ ，是在 确保系 统原 有数据 信息量 丢 失最小 的原则 下 ，在各 个变 量相关 关系研 ＫＰ Ａ） 究 的基础 上 ，将 多个 变量 的信 息压 缩为 几个 能反 映原 问题特 征 的综合 变量 指标 ；并据 此特 征信 息指标
对 系统进行 综 合分析 ，可 有效 地处 理变 量 间的非 线性 关系 ，为解 决 多指标 的综合 评价 提供 一种很 好 的 手段 。其基 本 思想 是 ：通 过 一个 非线性 映射 函数 ，将 输 入数据 （ ｋ＝ １ ，… ， ，）（ 为输入 数据 ， 的个 数 ）映射 到一 个特 征空 间 Ｆ，再在 特征 空 间 Ｆ上 进行 线性 主成分 分析 。通过 核技 巧， 只需在 原空 它 间进行 点积 运算 ，而 不必知 道 的具体 形式 ，只 要选取 适 当的核 函数 ，便 可使第 一主 成分 的贡献 率达
在船 型优 化论 证过程 中，最佳船 型方 案选 择是 一个 多变量 、 多 目标 的系统 优选 排序 问题 ， 以前 主 要 靠设计 者 的经验 来判别 。如 何减 小人 为因素 的参 与、 同时又 能得 到符合 实 际的最 优方案 ，是许 多 学
者 一直 以来研 究 的课题 。随着 船舶科 学和 计算 机技 术的 发展 ，在船 舶设 计和船 型论 证 中，通过 建立数
到 ８ ％以上 。 ５ Ｊ
１ 数 学模 型 ． ２
首先 把原 空 间的数据通 过非 线性变 换 函数 ：Ｒ
Ｆ ， ÷ 投 影到特 征 空间 Ｆ ；假 定特征 空 Ｘ＿
间 的 ， （） … ， （） 足 ∑ （） ０，非 线 性 Ｐ Ａ 就 可 以看 作 在 Ｆ 中对 矩 阵 （） ， 满 ： ＝ Ｃ
学模型、采用数学和系统科学方面的优化方法 以及多准则评价方法等 ，来求解船舶最佳主尺度要素及
进 行船型 论证 的研 究 已陆续 出现 。核主成 分分析 （ Ｐ Ａ）方法 ，是一种 操作 较简单 、在 实践 中适用性 ＫＣ 已被验 证合 理 的方 法 。近几 年来 ，该 方法 得到 了广 泛 的应用和 提 高 ；例 如 ：在 图像识 别方 法研 究 、 ｊ
标 决策 问题寻 找 了一种 客观 、科学 的方法 。
收稿 日期 ：２ １．９叭 ，修改稿 收稿 日期 ：２ １－１１ ０ ００． ０ ０１－２
５卷 第４ （ １ 期 总第 １３期） ９
杨永 祥 ， ： 于核 主成 分分析 方法 的标准 化 船型设 计优化 等 基
１ 基 本 理 论
１１ 基 本理论 简 介 ．
基于核 主成分分析方法 的标准化船型设计优化
杨永祥 ，李冬琴 ，蒋志勇
（ 江苏科技 大学船舶与海洋工程学院，镇 江 ２ ２ ０ ） １０ ３
摘
要
合理选择船 型、主尺度、船舶 型线 ，减少船舶 阻力 ，减少污染，降低 能耗 ， 护环境 ，是船舶设计过 保 程 中应注意的十分重要的 问题。但是最佳船型方 案选择是一个复杂的多变量 、多 目标的系统优化工程。核 主成分分析方法 （ Ｐ Ａ） 目 一种 常用 的综合评价 方法。它不仅具有优秀 的主元提取性能，更尤其适 ＫＣ 是 前
型 存在很 多 问题 ，如 ：船 型老 化现象 严 重 ，船 型 、尺度 、吨位 杂乱 ，不 利于规 范化 的建造 、检验 、保
养 维护和 管理 ；船 舶设施 配 备简 易，操 纵和维 护存 在 问题 ，技 术性 能差 ，综合 技术 经济指 标落 后 ；安
全 环保 设备不 齐全 ，部 分设备 不满足 规 范要求 ，油 污水 、生活 污水 得不 到妥善 处理 而任 意排放 ，加剧
专 ） Ｔ行 性 成 分 。 ∑ （ ） 线 主 分 析 （ 进
‘ ｔ１
显然 的所有特征值 （ ０和特征向量 满足： ＝ ） ， 因此有 （ ）Ｖ＝（ ） ） （ ‘ （ 。 ，
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ｋ １，， ． －￣ ａ， ２ … ， 得 ∑ （） ＝， ， ｇ ７ ２ ， ． ￣ １ ， ， 使 ＝ … ｇ 。