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自然计算的研究综述 被引量:15
1
作者 康琦 安静 +1 位作者 汪镭 吴启迪 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期548-558,共11页
自然计算是一种有效模仿自然界各类运行机制的优化理念与全新的计算智能思维范型.从自然辩证的视角思考并探讨自然计算的统一性与多样性的关系,首先提出一种自然计算研究框架模型;然后对启发源到研究分支,从计算模式到应用领域,从软硬... 自然计算是一种有效模仿自然界各类运行机制的优化理念与全新的计算智能思维范型.从自然辩证的视角思考并探讨自然计算的统一性与多样性的关系,首先提出一种自然计算研究框架模型;然后对启发源到研究分支,从计算模式到应用领域,从软硬件实现到计算机研制等方面进行系统性的综述,最后给出自然计算模式的统一性理念,提出自然计算的统一性计算分析框架. 展开更多
关键词 自然计算 计算智能 思维范型 统一性
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自适应动态控制种群规模的自然计算方法 被引量:16
2
作者 王蓉芳 焦李成 +1 位作者 刘芳 杨淑媛 《软件学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第7期1760-1772,共13页
提出了一种种群规模自适应动态控制策略,实现了种群规模根据进化过程自适应的动态变化.该策略的实现不依赖于算法进化操作的具体步骤,因而适用于各种基于种群优化的自然计算方法.首先给出了动态控制策略的框架;然后,在此框架下,充分利... 提出了一种种群规模自适应动态控制策略,实现了种群规模根据进化过程自适应的动态变化.该策略的实现不依赖于算法进化操作的具体步骤,因而适用于各种基于种群优化的自然计算方法.首先给出了动态控制策略的框架;然后,在此框架下,充分利用动态种群规模反馈的有用信息,提出了基于Logistic模型的增加/删除数目自适应变化的方法,设计了自适应地兼顾有效性和多样性的增加算子和基于多样性的删除算子.将该策略应用到两种不同的自然计算方法中,采用经典测试函数和新型CEC05测试函数验证其性能.实验结果均表明,结合了所提出的种群规模自适应动态控制策略的新算法,比原算法在求解精度和收敛速度上均有明显的提升. 展开更多
关键词 自然计算 种群规模 动态控制 LOGISTIC模型 数值优化
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自然计算的新分支——膜计算 被引量:69
3
作者 张葛祥 潘林强 《计算机学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第2期208-214,共7页
作为自然计算的新分支,膜计算是当前计算机科学、数学、生物学和人工智能等多学科交叉的研究热点.概述膜计算的最新动态,以一个简单膜系统为例介绍膜计算的基本概念和基本原理,从细胞型、组织型和神经型三类膜系统以及它们的计算能力和... 作为自然计算的新分支,膜计算是当前计算机科学、数学、生物学和人工智能等多学科交叉的研究热点.概述膜计算的最新动态,以一个简单膜系统为例介绍膜计算的基本概念和基本原理,从细胞型、组织型和神经型三类膜系统以及它们的计算能力和计算效率方面介绍膜计算理论研究进展,通过概括膜计算国内外应用研究成果讨论其应用前景和方向,并从软硬件发展历程分析膜系统软硬实现研究现状.最后给出有关膜计算研究的重要网络资源、热点研究领域和重点关注的问题. 展开更多
关键词 自然计算 计算 细胞 膜系统 计算能力 计算效率
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仿生自然计算研究综述 被引量:4
4
作者 寇光杰 马云艳 +1 位作者 岳峻 邹海林 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2014年第S1期37-41,共5页
介绍了仿生自然计算这一新兴交叉学科的含义及研究范围,讨论了仿生计算与其它自然计算分枝的关系。将几种常见种仿生自然计算模型,按照人类社会、生物群体、个体、组织器官、细胞、分子等不同的层次进行了分类综述,并介绍了各种算法的... 介绍了仿生自然计算这一新兴交叉学科的含义及研究范围,讨论了仿生计算与其它自然计算分枝的关系。将几种常见种仿生自然计算模型,按照人类社会、生物群体、个体、组织器官、细胞、分子等不同的层次进行了分类综述,并介绍了各种算法的最新研究进展。 展开更多
关键词 仿生自然计算 进化计算 计算 免疫计算 DNA计算
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自然计算研究进展 被引量:6
5
作者 龚涛 蔡自兴 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第1期79-85,共7页
随着量子计算、DNA计算、免疫计算、进化计算和神经计算等新型计算机制的兴起,传统的计算正扩展为自然计算,因为这些新计算机制的产生都由自然系统启发而来.为了发展和应用自然计算技术,总结了自然计算的发展简史.然后,提出了计算机、... 随着量子计算、DNA计算、免疫计算、进化计算和神经计算等新型计算机制的兴起,传统的计算正扩展为自然计算,因为这些新计算机制的产生都由自然系统启发而来.为了发展和应用自然计算技术,总结了自然计算的发展简史.然后,提出了计算机、自动控制等系统的两种体系结构,分析了自然计算的新特征,包括自然法则、交叉性、革命性和复杂性,并给出了自然计算的复杂性分析定理.改进了自然计算的映射模型,提出了自然计算的算法流程.最后,探讨了自然计算的研究意义和应用.总之,自然计算是活跃的重要研究方向,定会推动许多学科的发展. 展开更多
关键词 自然计算 人工智能 映射模型 复杂性
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基于降维和聚类的大规模多目标自然计算方法 被引量:5
6
作者 季伟东 岳玉麒 +1 位作者 王旭 林平 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期41-56,共16页
在多目标优化问题中,随着决策变量数目增多,算法的寻优能力会显著下降,针对这种“维数灾难”的问题,提出基于LLE降维思想和K-means聚类策略的大规模多目标自然计算方法。首先通过LLE降维思想对决策变量进行优化,得到高维变量在低维空间... 在多目标优化问题中,随着决策变量数目增多,算法的寻优能力会显著下降,针对这种“维数灾难”的问题,提出基于LLE降维思想和K-means聚类策略的大规模多目标自然计算方法。首先通过LLE降维思想对决策变量进行优化,得到高维变量在低维空间中的表示,再通过K-means策略对个体分组,为种群选择合适的引导个体,提高算法的收敛性和多样性。为验证算法有效性,将该方法应用于多目标粒子群优化算法和非支配排序遗传算法中,对收敛性进行了分析,证明该算法以概率1收敛。通过ZDT、DTLZ系列8个测试问题进行仿真试验,与6个代表性算法进行对比,通过PF、IGD指标、HV指标的评价结果验证其综合性能,并将其应用于水泵调度问题中。综合实验结果表明,所提方法具有较好性能。 展开更多
关键词 降维 多目标优化 LLE 自然计算方法 K-MEANS
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不确定性与自然计算并行性的内在关联 被引量:3
7
作者 王鹏 李建平 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2010年第2期216-220,共5页
不确定性是量子力学中已获得证明的自然界基本规律。通过分析自然算法中的并行性与不确定性的内在关联认为,不确定性不但是并行性产生的根源,还是算法智能产生的根源。根据这一认识给出了算法的不确定性原理,并结合Shannon的信息熵原理... 不确定性是量子力学中已获得证明的自然界基本规律。通过分析自然算法中的并行性与不确定性的内在关联认为,不确定性不但是并行性产生的根源,还是算法智能产生的根源。根据这一认识给出了算法的不确定性原理,并结合Shannon的信息熵原理建立了自然计算的不确定性智能模型(UIM)。这一模型认为先验知识信息和由不确定性所提供的信息共同构成了智能系统的基本模型。智能系统本质上就是一个信息系统,先验知识信息保证算法按正确的方向进行搜索,不确定性所提供的信息实现了算法对解空间的并行搜索,通过提高系统信息的含量将有效提高系统的智能水平。这一模型在Pi值的计算算法中也得到了印证。 展开更多
关键词 不确定性 自然计算 并行 智能 信息熵 不确定性智能模型
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基于非线性降维的自然计算方法 被引量:3
8
作者 季伟东 孙小晴 +2 位作者 林平 罗强 徐浩天 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第8期1982-1989,共8页
随着人工智能的发展,许多优化问题发展为高维的大规模优化问题。在自然计算方法中,针对高维问题虽然能避免算法陷入局部最优,但是在收敛速度和时间可行性上却不占优势。该文在传统自然计算方法的基础上,提出了非线性降维的自然计算方法(... 随着人工智能的发展,许多优化问题发展为高维的大规模优化问题。在自然计算方法中,针对高维问题虽然能避免算法陷入局部最优,但是在收敛速度和时间可行性上却不占优势。该文在传统自然计算方法的基础上,提出了非线性降维的自然计算方法(NDR),该策略不依赖具体的算法,具有普适性。该方法将初始化的N个个体看做一个N行D列的矩阵,然后对矩阵的列向量求最大线性无关组,从而减少矩阵的冗余度,达到降低维度的目的。在此过程中,由于剩余的任意列向量组均可由最大线性无关组表示,所以通过对最大线性无关组施加一个随机系数来维持种群的多样性和完整性。将该文所提策略分别应用到标准遗传算法(GA)和粒子群优化算法(PSO)中,并与标准粒子群算法、遗传算法以及目前主流的对维数进行优化的4个算法对比,实验证明,改进的算法对大部分标准测试函数都具有很强的全局收敛能力,其寻优能力超过了上述6个算法,同时改进后的算法在运行时间上远优于对比算法。 展开更多
关键词 自然计算方法 优化 降维 非线性
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自然计算研究进展 被引量:3
9
作者 莫宏伟 《智能系统学报》 2011年第6期544-555,共12页
自然计算是计算机科学与人工智能领域中重要的研究内容之一.经过几十年的发展,已经逐渐发展成为涉及多个学科的新兴交叉研究领域,其研究目的在于从自然界中寻求解决人类所面临的复杂问题的方法.早期自然计算主要集中在进化计算、人工神... 自然计算是计算机科学与人工智能领域中重要的研究内容之一.经过几十年的发展,已经逐渐发展成为涉及多个学科的新兴交叉研究领域,其研究目的在于从自然界中寻求解决人类所面临的复杂问题的方法.早期自然计算主要集中在进化计算、人工神经网络、模糊系统3个主要方面,近20年研究人员提出群体智能、人工免疫系统、DNA计算等新方法.对群体智能等新方法的研究现状、发展趋势、存在的问题进行分析,指出未来发展重点和方向. 展开更多
关键词 自然计算 生物启发的计算 群智能 分子计算
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自然计算及其智能观问题 被引量:2
10
作者 高新民 《上海师范大学学报(哲学社会科学版)》 CSSCI 北大核心 2020年第5期86-97,共12页
人工智能的自然计算研究在模拟广泛的自然事物的功能作用,建构诸如退火算法、进化算法等过程中,不仅在提升和拓展人类能力方面做出了积极的探索和贡献,而且为我们从哲学和工程技术角度进一步思考有关智能观问题、解决人工智能中深层次... 人工智能的自然计算研究在模拟广泛的自然事物的功能作用,建构诸如退火算法、进化算法等过程中,不仅在提升和拓展人类能力方面做出了积极的探索和贡献,而且为我们从哲学和工程技术角度进一步思考有关智能观问题、解决人工智能中深层次的基础理论问题提供了难得的素材。面对自然计算,人工智能哲学的迫切问题是区分开规范性问题和事实性问题,解决智能观中的本质循环问题。人工智能在模拟和超越自然智能上要想取得积极的进展,不能只以一种智能样式为解剖的原型实例,陷入“沙文主义”极端,而应在避免“自由主义”错误的同时放宽智能标准,坚持智能的复杂多样性理论,不犯以偏概全的错误,着力解剖尽可能多的智能样式的构成、作用方式和运作机理,以此为基础创造出更多、更有用的人工智能新样式。 展开更多
关键词 自然计算 智能观 本质循环问题 智能多样性
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基于LLE降维思想的自然计算方法 被引量:4
11
作者 张潞瑶 季伟东 程昊 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第10期1943-1955,共13页
在自然计算方法中,高维问题的出现使现有一些优化算法虽然能够避免算法陷入局部最优,但是使得算法的性能变差、运行时间变长。在传统自然计算方法的基础上,提出基于LLE(Local Linear Embedding)算法的自然计算方法,通过对算法中邻居粒子... 在自然计算方法中,高维问题的出现使现有一些优化算法虽然能够避免算法陷入局部最优,但是使得算法的性能变差、运行时间变长。在传统自然计算方法的基础上,提出基于LLE(Local Linear Embedding)算法的自然计算方法,通过对算法中邻居粒子k和维数d的取值进行分析,降维后使算法得到较好的寻优效果。在此过程中,将降维后的数据增加一个小偏置s来增加种群的多样性。将该策略分别应用于粒子群算法和遗传算法中,采用经典测试函数以及主流针对维数进行优化的4个算法来验证其性能。实验结果表明,改进的算法在求解精度和收敛速度上均有明显的提升。 展开更多
关键词 高维 自然计算方法 LLE 降维
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结合正交补空间反向学习策略的自然计算方法 被引量:1
12
作者 黄亮 张军 季伟东 《小型微型计算机系统》 CSCD 北大核心 2023年第3期544-552,共9页
反向学习策略可以提高自然计算方法性能,然而现有策略生成的反向解多样性不足,为此提出一种反向学习策略,算法根据群体最优个体计算其正交补空间的反向解,增加种群多样性以提高找到全局最优解的概率.将所提策略应用到标准粒子群与标准... 反向学习策略可以提高自然计算方法性能,然而现有策略生成的反向解多样性不足,为此提出一种反向学习策略,算法根据群体最优个体计算其正交补空间的反向解,增加种群多样性以提高找到全局最优解的概率.将所提策略应用到标准粒子群与标准遗传算法并在基准测试函数上进行验证,实验结果表明策略能提高算法在多数测试函数上的性能.最后,将策略与重心反向学习结合应用于随机拓扑粒子群算法,CEC13函数集作为测试函数,与四种经典或性能优异的反向学习粒子群算法进行对比,实验结果验证了策略的有效性. 展开更多
关键词 正交补空间 反向学习 多样性 粒子群算法 自然计算
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自适应动态控制种群分组的自然计算方法 被引量:3
13
作者 倪婉璐 季伟东 孙小晴 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第10期1884-1894,共11页
多种群优化方法可以解决数据量增大导致的优化难度增加的问题,现有的种群分组都采用随机分组或人为设定的方法,没有充分考虑粒子运动轨迹。针对此问题,提出一种种群分组自适应动态控制策略,使用高斯拟合函数作为种群分组的参考曲线,根... 多种群优化方法可以解决数据量增大导致的优化难度增加的问题,现有的种群分组都采用随机分组或人为设定的方法,没有充分考虑粒子运动轨迹。针对此问题,提出一种种群分组自适应动态控制策略,使用高斯拟合函数作为种群分组的参考曲线,根据函数单调区间划分子种群;对于有越过子种群上界趋势的粒子采用逆向策略,保持种群多样性同时提高收敛速度。该策略不依赖于算法的具体进化过程,适用于所有基于种群优化的自然计算方法。验证实验结果表明了所提新算法的有效性和普适性。 展开更多
关键词 种群分组 动态控制 高斯拟合 逆向策略 自然计算
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一种基于空间分割搜索策略的自然计算方法 被引量:2
14
作者 孙小晴 程昊 +2 位作者 张潞瑶 季伟东 王旭 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第11期2589-2605,共17页
在传统自然计算方法的基础上提出了基于空间分割搜索策略的自然计算方法,该策略利用对维数空间进行3维为一组的分组方式,可以使得高维空间映射到直观的三维空间直角坐标系中,同时对空间分割后的个体进行编号形成分个体,在减少维数的基... 在传统自然计算方法的基础上提出了基于空间分割搜索策略的自然计算方法,该策略利用对维数空间进行3维为一组的分组方式,可以使得高维空间映射到直观的三维空间直角坐标系中,同时对空间分割后的个体进行编号形成分个体,在减少维数的基础上间接增加了粒子数的规模,使个体分布于更广阔的搜索空间,有效增加了种群多样性。算法迭代到一定程度,可通过编号索引将分个体合成原个体,通过适应度值的计算,删除部分较差个体,平衡时间效能,加快运行时间。迭代最后可通过编号索引寻找组别中分个体的全局最优位置,合成最优个体输出适应度值,使得算法有更好的寻优能力。利用马尔可夫链对该策略进行收敛性分析。将空间分割搜索策略应用于粒子群算法、布谷鸟算法和差分进化算法中,并在标准测试函数中验证其性能。实验表明:该策略在收敛速度和寻优能力上均有明显的提升。 展开更多
关键词 空间分割 编号分粒子 自然计算 多样性保持
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基于多元竞争淘汰的自然计算方法
15
作者 胡建暄 马宁 +4 位作者 付伟 季伟东 刁衣非 刘聪 黄鑫宇 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2023年第8期2274-2280,共7页
在自然计算方法中,为解决高维数据优化问题,需提高种群规模以获得更高精度,但同时需要的时间复杂度较大,若种群规模降低又会因种群多样性不足导致算法陷入局部最优。为解决优化过程中种群规模难以平衡、算法收敛速度慢及易陷入局部最优... 在自然计算方法中,为解决高维数据优化问题,需提高种群规模以获得更高精度,但同时需要的时间复杂度较大,若种群规模降低又会因种群多样性不足导致算法陷入局部最优。为解决优化过程中种群规模难以平衡、算法收敛速度慢及易陷入局部最优等问题,提出一种基于多元竞争淘汰(multiple competitive elimination,MCE)策略的自然计算方法,其适用于各类优化算法,而不依赖于算法进化的具体步骤,具有普适性。首先将原始解空间划分为具有竞争关系的两类大空间,每类大空间中细化分解为N元小空间;然后在两类大空间中分别执行反向学习和混合变异两种不同的淘汰方法,淘汰较差个体;最后选取N元小空间的部分较优个体跨两类大空间进行竞争交换以保持整体种群的多样性,提高了算法收敛速度和收敛精度。将该策略分别应用到粒子群算法和遗传算法中,并与标准粒子群算法、遗传算法及目前较先进的改进群智能优化算法对比,利用高维经典测试函数验证其性能。实验结果表明,多元竞争淘汰改进算法较其他对比算法表现出了更好的寻优能力,具有普适性。 展开更多
关键词 自然计算方法 高维 多元空间 反向学习 混合变异
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多空间协同进化的自然计算方法
16
作者 孙小晴 季伟东 +1 位作者 林平 徐浩天 《小型微型计算机系统》 CSCD 北大核心 2022年第1期15-21,共7页
在自然计算方法中,种群规模大,计算复杂度高;种群规模小,容易陷入局部最优.本文提出多空间协同进化(Multispace Coevolution,简称MSC)的自然计算方法,该方法适用于各种基于种群进化的优化算法,不依赖于算法进化的具体步骤,具有普适性.... 在自然计算方法中,种群规模大,计算复杂度高;种群规模小,容易陷入局部最优.本文提出多空间协同进化(Multispace Coevolution,简称MSC)的自然计算方法,该方法适用于各种基于种群进化的优化算法,不依赖于算法进化的具体步骤,具有普适性.在传统的生物种群进化的基础上,将大种群分解为个数有限的小种群,部分小种群组成进化空间,另一部分构成指导空间,两个空间拥有不同的功能,指导空间通过特定的信息传递方式将经验概括信息传递到进化空间,从而使整个种群协同进化.将该策略分别应用到粒子群优化算法(PSO)和遗传算法(GA)中,并与标准粒子群算法、遗传算法以及目前主流的针对大规模问题进行优化的7个算法对比,在高维测试函数中,结果表明,寻优性能方面新的种群进化算法相比其他算法提高80%左右,具有普适性. 展开更多
关键词 指导空间 进化空间 协同进化 自然计算
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第7届自然计算国际会议暨第8届模糊系统和知识发现国际会议(英文)
17
《智能系统学报》 2010年第6期509-509,共1页
The 7th International Conference on Natural Computation (ICNC'11) and the 8th International Conference on Fuzzy Systems and Knowledge Discovery (FSKD'11) will be jointly held from 26-28 July 2011,in Shanghai,China.
关键词 自然计算 国际会议 智能系统 模糊系统
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基于粒子群优化BP神经网络的耕地自然质量分计算模型 被引量:11
18
作者 潘润秋 马小淞 刘珺 《地理与地理信息科学》 CSCD 北大核心 2014年第5期78-82,共5页
针对常规农用地分等方法中因子权重计算存在人为因素干扰及BP神经网络模型自身优化过程中易陷入局部极小值的情况,通过粒子群算法的全局搜索能力对BP神经网络进行优化,建立耕地自然质量分计算的粒子群BP神经网络模型(PSO-BP网络模型)。... 针对常规农用地分等方法中因子权重计算存在人为因素干扰及BP神经网络模型自身优化过程中易陷入局部极小值的情况,通过粒子群算法的全局搜索能力对BP神经网络进行优化,建立耕地自然质量分计算的粒子群BP神经网络模型(PSO-BP网络模型)。对湖北省荆门市沙洋县进行实证研究,结果证明PSO-BP网络模型能避免常规方法因子权重确定的人为干扰,同时具有较高的优化效率,应用效果较好。 展开更多
关键词 农用地分等 自然质量分计算 BP神经网络 粒子群算法
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脉冲神经膜计算系统的研究进展及展望(英文) 被引量:13
19
作者 潘林强 张兴义 +1 位作者 曾湘祥 汪隽 《计算机学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第12期2090-2096,共7页
脉冲神经膜计算系统是膜计算的一个新分支,不仅具有计算机科学研究意义,而且在生物建模和仿真方面有潜在的应用价值.文中介绍了脉冲神经膜计算系统的基本概念并给出了脉冲神经膜计算系统的一个例子;除了介绍标准脉冲神经膜计算系统外,... 脉冲神经膜计算系统是膜计算的一个新分支,不仅具有计算机科学研究意义,而且在生物建模和仿真方面有潜在的应用价值.文中介绍了脉冲神经膜计算系统的基本概念并给出了脉冲神经膜计算系统的一个例子;除了介绍标准脉冲神经膜计算系统外,还介绍若干广义的脉冲神经膜计算系统;概述了脉冲神经膜计算系统计算完备性和计算有效性两个方面的主要结果;指出了进一步研究脉冲神经膜计算系统的两个方向. 展开更多
关键词 自然计算 计算 脉冲神经膜计算系统 计算完备性 计算有效性
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一种基于生化反应速率的新型膜计算方法研究与应用 被引量:1
20
作者 陈永 王晓明 +1 位作者 党建武 胡晓辉 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第10期61-66,共6页
作为自然计算的新分支,膜计算是当前计算机科学、数学、生物学和人工智能等多学科交叉的研究热点。本文结合基本膜计算方法论提出一种新型带有生化反应速率的膜计算方法。该方法对膜系统中的不同膜赋予不同的生化反应速率,用以描述生物... 作为自然计算的新分支,膜计算是当前计算机科学、数学、生物学和人工智能等多学科交叉的研究热点。本文结合基本膜计算方法论提出一种新型带有生化反应速率的膜计算方法。该方法对膜系统中的不同膜赋予不同的生化反应速率,用以描述生物膜系统中不同反应条件下所需要的不同生化反应时间,克服了基本膜计算方法盲目无约束并发的缺点,使膜计算方法得以实际应用。最后应用该方法分析欧洲列车控制系统(ETCS)在移动闭塞区间条件下无线通信系统的可靠性,以验证该方法的可行性。 展开更多
关键词 计算 膜系统 细胞 自然计算 仿真
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