一种求解集合覆盖问题的启发式算法 被引量：15

1

作者 陈端兵 黄文奇 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2007年第4期133-136,共4页

集合覆盖问题是运筹学研究中的一个基本的组合优化问题,它通常描述成如下的一个覆盖问题:从一个m行、n列的0-1矩阵(aij)m×n中选出若干列盖住所有的行,使得付出的代价最小。集合覆盖问题被广泛应用到航空人员行程安排、电路设计、... 集合覆盖问题是运筹学研究中的一个基本的组合优化问题,它通常描述成如下的一个覆盖问题:从一个m行、n列的0-1矩阵(aij)m×n中选出若干列盖住所有的行,使得付出的代价最小。集合覆盖问题被广泛应用到航空人员行程安排、电路设计、运输的车辆路线安排等领域。对这一问题,国内外学者提出了诸如遗传算法、模拟退火算法、蚁群算法、人工神经网络算法等求解算法。本文以贪心算法为基础,利用人类的智慧和经验,提出了一种求解集合覆盖问题的启发式算法。算法的主要思想为:从某个解出发,随机移除一定比例的列,再用贪心策略加入若干列。用本文提出的算法,对Beasley提出的45个测试实例进行了实算测试,所得结果和最优解的平均相对差值为0.44%,并且得到了其中33个实例的最优解,实算结果表明,本文提出的算法对求解集合覆盖问题是行之有效的。 展开更多

关键词 集合覆盖 启发式算法 贪心策略 随机跳坑

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动态环境下改进BIT^(*)算法的机器人路径规划 被引量：1

2

作者 王晓军 崔锡杰 李晓航 《计算机工程与应用》 北大核心 2025年第7期361-369,共9页

针对批量通知树算法在小样本中搜索路径成功率低、大样本中规划效率低、路径冗余节点多以及无法躲避未知障碍物的问题,提出动态环境批量通知树算法。利用改进批量采样点策略将样本点均匀等间距处理,并改进批量采样点数量以及偏置采样点... 针对批量通知树算法在小样本中搜索路径成功率低、大样本中规划效率低、路径冗余节点多以及无法躲避未知障碍物的问题,提出动态环境批量通知树算法。利用改进批量采样点策略将样本点均匀等间距处理,并改进批量采样点数量以及偏置采样点位置,弥补搜索路径成功率低的缺点;加入惩罚项改进启发式函数,弥补路径规划效率低的缺点;再引入路径拉伸优化减少路径长度以及冗余节点,缩小采样范围。面对未知障碍物,利用反向生长搜索树先验信息提出临时目标点选取策略,并结合改进随机点、转向角以及新节点的快速扩展随机树(RRT)算法,避免重规划路径过分偏离以及不能及时躲避。与其他算法进行对比,结果表明:动态环境批量通知树算法规划路径成功率和效率更高,路径长度和拐点数更少,躲避未知障碍物性能更高,重规划路径更接近全局路径。 展开更多

关键词 批量通知树算法 反向生长搜索树 批量采样点策略 启发式函数 快速扩展随机树(RRT)算法 路径重规划

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基于树木枝梢生长分枝过程的仿生计算算法

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作者 方旺盛 徐自勉 王慧 《计算机工程与设计》 北大核心 2017年第8期2240-2245,2268,共7页

借鉴树木枝梢向光性生长的形态特征,提出一种仿生智能优化算法——生长树算法。将树木具有生长发育的器官(主干和枝叶)抽象地定义为树木的枝梢个体,将其映射为生长树算法的编码,新一层次枝梢个体的编码是上一层次枝梢个体编码的继承和扩... 借鉴树木枝梢向光性生长的形态特征,提出一种仿生智能优化算法——生长树算法。将树木具有生长发育的器官(主干和枝叶)抽象地定义为树木的枝梢个体,将其映射为生长树算法的编码,新一层次枝梢个体的编码是上一层次枝梢个体编码的继承和扩展,通过判断每个可能的新一层次枝梢个体的生长素浓度的大小,选择其中生长素浓度较大的个体生成下一层次的枝梢种群,形成整个树木,即生长树,当生长树达到一定的层次时,加入枝梢个体编码的变形机制,增强枝梢个体在生长树生长空间的搜索能力,使算法趋近于最优解。算法由3个阶段组成:快速发育阶段、成长阶段、衰老阶段。通过利用经典的优化函数进行寻优实验,与遗传算法和蚁群算法的寻优结果进行对比,实验结果表明,该算法迭代次数少、收敛速度快、求解精度高,相比遗传算法和蚁群算法有更好的寻优能力。 展开更多

关键词 枝梢向光性 继承式编码 枝梢分枝 变形机制 生长树算法

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基于改进渐进最优的双向快速扩展随机树的移动机器人路径规划算法 被引量：26

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作者 王坤 曾国辉 +2 位作者 鲁敦科 黄勃 李晓斌 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2019年第5期1312-1317,共6页

针对带启发式的快速扩展随机树(RRT-Connect)算法路径生成的随机性以及渐进最优的双向快速扩展随机树(B-RRT~*)算法收敛速度的缓慢性,提出了一种基于B-RRT~*改进的高效路径规划算法(EB-RRT~*)。首先引入一种智能采样函数,使随机树的扩... 针对带启发式的快速扩展随机树(RRT-Connect)算法路径生成的随机性以及渐进最优的双向快速扩展随机树(B-RRT~*)算法收敛速度的缓慢性,提出了一种基于B-RRT~*改进的高效路径规划算法(EB-RRT~*)。首先引入一种智能采样函数,使随机树的扩展更具方向性,从而减少寻路时间,并提高路径的平滑性;其次在B-RRT~*算法的基础上,在EB-RRT~*算法中加入了一种快速扩展策略,使改进后的算法在自由空间中使用RRT-Connect算法的扩展方式进行快速扩展,而在障碍物空间则使用改进的渐进最优的快速扩展随机树(RRT~*)算法进行扩展,在提高扩展效率的同时避免算法陷入局部最优。将EB-RRT~*算法分别与快速扩展随机树(RRT)、RRT-Connect、RRT~*和B-RRT~*算法进行仿真对比,仿真结果表明,改进后的算法在路径规划效率及路径平滑性方面均明显优于其他算法;且相对于B-RRT~*算法,其在路径规划时间上降低了68.3%,在迭代次数上减少了48.6%。 展开更多

关键词 移动机器人 路径规划 快速扩展随机树 带启发式的快速扩展随机树算法 渐进最优的双向快速扩展随机树算法

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基于MICE_RF的组合赋权—极限随机树岩爆预测模型 被引量：1

5

作者 温廷新 苏焕博 《黄金科学技术》 CSCD 2022年第3期392-403,共12页

目前岩爆预测的真实训练数据量小、数据存在缺失,为了更加准确地预测岩爆等级,提出了一种基于链式随机森林多重插补(MICE_RF)算法的组合赋权—极限随机树(ET)预测模型。首先,在选取岩爆灾害主要评判指标的基础上,采用MICE_RF算法插补缺... 目前岩爆预测的真实训练数据量小、数据存在缺失,为了更加准确地预测岩爆等级,提出了一种基于链式随机森林多重插补(MICE_RF)算法的组合赋权—极限随机树(ET)预测模型。首先,在选取岩爆灾害主要评判指标的基础上,采用MICE_RF算法插补缺失数据;然后,由改进层次分析法(IAHP)和基于指标相关性的权重确定方法(CRITIC)确定指标主、客观权重,并引入权向量距离概念对指标组合赋权;最后,将插补和赋权后数据集采用ET算法,构建岩爆等级预测模型。利用国内外工程实例数据进行20次随机抽样试验,并与其他模型进行对比分析。结果表明:MICE_RF插补后可显著提高岩爆模型预测效果;改进AHPCRITIC法较改进前更具优势,该模型平均预测准确率为93.10%,各比较指标结果均优于对比模型,预测结果更稳定。 展开更多

关键词 岩爆等级预测 数据缺失 链式随机森林的多重插补(MICE_RF)算法 组合赋权 权向量距离 极限随机树(ET)算法

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基于PG-RRT算法的移动机器人路径规划 被引量：8

6

作者 郗枫飞 曾晰 +2 位作者 计时鸣 陈国达 蔡超鹏 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2019年第4期247-253,共7页

路径规划问题是移动机器人领域的重点问题,也是发展移动式机器人智能工厂的基础。快速扩展随机树算法(RRT算法)由于其良好的求解性,广泛应用于移动机器人路径规划。针对RRT算法面对复杂地图时随机采样效率低、路径重复性差的问题,提出... 路径规划问题是移动机器人领域的重点问题,也是发展移动式机器人智能工厂的基础。快速扩展随机树算法(RRT算法)由于其良好的求解性,广泛应用于移动机器人路径规划。针对RRT算法面对复杂地图时随机采样效率低、路径重复性差的问题,提出一种基于模拟植物生长引导的RRT移动机器人路径规划算法(PG-RRT算法),提升了路径寻优的稳定性和效率。利用植物生长遵循的三大原则(向光性原则、遮挡物影响原则、负向地性原则),结合变步长技术、膨胀技术快速得到用于RRT算法采样的PG膨胀引导域,并得到最终路径。多组不同障碍物地图的仿真实验表明:相比于传统RRT算法和单一PG算法,PG-RRT算法减少了迭代次数,获得了更优的路径距离,而相比于A~*算法,该算法则大大缩短了计算时间。最后通过基于ROS系统机器人平台的实车测试,验证了PG-RRT算法的实用性。 展开更多

关键词 路径规划 植物生长 快速扩展随机树算法

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基于人工势场法和启发式采样的最优路径收敛方法 被引量：14

7

作者 李伟 金世俊 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2021年第10期2912-2918,共7页

具有渐进最优性的快速搜索随机树(RRT)算法在路径规划过程中确保了其概率完备性和渐进最优性,然而仍存在收敛速度慢且产生大而密集的采样空间等问题。为了加快算法的收敛速度,提出了一种基于人工势场法和启发集合采样来快速获取最优路... 具有渐进最优性的快速搜索随机树(RRT)算法在路径规划过程中确保了其概率完备性和渐进最优性,然而仍存在收敛速度慢且产生大而密集的采样空间等问题。为了加快算法的收敛速度,提出了一种基于人工势场法和启发集合采样来快速获取最优路径的方法。首先,利用人工势场法构建出一条由起点到目标点的初始路径;然后,以起点和目标点的位置和之间的距离以及初始路径的路径代价作为参数来构建初始启发采样集合;最后,限定在启发集合内进行采样,并且在算法进行的过程中调整启发采样集合的范围,进而加快路径收敛速度。仿真实验中,获取相同路径代价的路径时,所提人工势场结合启发式采样的方法为基础的结合人工势场法和启发采样策略的快速获取最优路径的RRT(PI-RRT)算法相较于RRT算法,采样点数减少了约67%,算法运行时间平均缩短了约74.5%;相较于启发式RRT(Informed-RRT)算法,采样点数减少了约40~50%,算法运行时间平均缩短了约62.5%。所提出的最优路径收敛方法大量减少了冗余采样次数并缩短了算法运行时间,具有更高的算法效率,收敛到最优路径的速度更快。 展开更多

关键词 路径规划 快速搜索随机树算法 人工势场法 启发采样集合 启发式渐进最优快速搜索随机树算法

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改进RRT的二阶段平滑搜索算法 被引量：6

8

作者 罗辉 蒋涛 +3 位作者 周楠 许林 谭学敏 程永杰 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2022年第12期74-84,共11页

在复杂的环境当中,智能车辆路径规划模块的职能是产生一条合适的路径让智能车路径跟踪模块进行跟踪。在路径规划模块中要考虑两个方面:第一个方面是算法能够快速地搜索出一条安全的路径;第二个方面是算法进行路径规划的同时能够考虑车... 在复杂的环境当中,智能车辆路径规划模块的职能是产生一条合适的路径让智能车路径跟踪模块进行跟踪。在路径规划模块中要考虑两个方面:第一个方面是算法能够快速地搜索出一条安全的路径;第二个方面是算法进行路径规划的同时能够考虑车辆自身模型的约束,即运动学约束限制。然而快速搜索随机树RRT算法进行大范围路径搜索的过程中存在收敛速度较慢、搜索路径曲折角度过大的问题,导致车辆跟随时转弯角度过大、转向不连续,不满足车辆运动学模型。二阶段RRT算法TSRRT(Two-Stage RRT)采用融合最大转向角度的三次Bezier曲线进行上边界曲率优化,使规划路径能够满足车辆运动的转向角度,让车辆在行驶过程中能够以不停车的方式进行连续平稳转向;同时为了加快算法的收敛速度,通过第一阶段的启发式函数采样搜索以及第二阶段Dubins曲线直接连接最终终点和第一阶段搜索终点,能够有效地提高算法的整体搜索效率。通过实验验证,改进的RRT算法TSRRT,相比于传统RRT算法搜索时间减少近43%,路径长度减少近25%,同时提高了路径的平滑性,使已搜索路径曲率能够满足连续,能够让车辆在不停止的情况下连续平稳转弯,以便车辆后续更好地进行路径跟踪。 展开更多

关键词 快速搜索随机树 TSRRT算法 搜索时间 平滑性 启发式函数 BEZIER曲线 Dubins曲线

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薄板件高精度测量线激光连续扫描路径规划 被引量：2

9

作者 徐诚智 赵文政 刘银华 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2024年第4期149-153,共5页

线激光检测技术以其高精度的特点在复杂零部件检测中获得广泛应用,扫描路径规划结果对三维薄板件检测精度具有重要影响。由于线激光具有连续逐行扫描、单帧数据呈直线分布等特点,基于离散视点的规划方法难以实现被测件的各型面关键特征... 线激光检测技术以其高精度的特点在复杂零部件检测中获得广泛应用,扫描路径规划结果对三维薄板件检测精度具有重要影响。由于线激光具有连续逐行扫描、单帧数据呈直线分布等特点,基于离散视点的规划方法难以实现被测件的各型面关键特征点的自动覆盖测量。为此,提出一种面向检测精度的多目标优化连续覆盖路径规划算法。首先,综合考虑路径长度、传感器入射角等因素,构建线激光连续扫描路径的多目标优化模型;其次,引入搜索随机树规划策略,通过对不确定度指数的迭代优化实现复杂结构件的全型面上关键特征点覆盖路径规划;最后,结合车门总成扫描案例开展应用验证,并与传统三维覆盖路径规划方法进行对比分析。结果显示所提出方法的测点平均不确定度指数较比较方法有所降低,验证了所提出方法的有效性和可行性。 展开更多

关键词 复杂薄板件 线激光测量 连续路径规划 覆盖式生长随机树算法

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基于大流量止回阀实验系统的快速预测模型 被引量：2

10

作者 王江坤 赵晶 +3 位作者 查洒洒 王剑 曲洺剑 张俊飞 《机电工程》 CAS 北大核心 2024年第4期659-665,共7页

针对传感器在数据获取中的局限性和无法用于对实验系统进行全面的数据收集问题,对大流量止回阀实验系统的快速预测模型技术进行了研究,建立了实验系统的快速预测模型,进行了快速预测模型的结果分析。首先,搭建了实体模型,根据大流量止... 针对传感器在数据获取中的局限性和无法用于对实验系统进行全面的数据收集问题,对大流量止回阀实验系统的快速预测模型技术进行了研究,建立了实验系统的快速预测模型,进行了快速预测模型的结果分析。首先,搭建了实体模型,根据大流量止回阀实验系统的结构,结合实验系统的工作原理对其进行了简化,并进行了有限元分析;然后,利用快速预测模型的关键技术构建了实验系统数据库,进行了实验系统的样本采集;通过比对不同机器学习算法的预测准确率,选择了随机森林算法,并建立了实验系统内压与应力应变的关系;最后,进行了快速预测模型的结果分析,并完成了实验系统整体预测实验和实验系统部件单独预测实验。研究结果表明:采用随机森林(RF)算法建立的快速预测模型,拟合优度(R 2)达到了0.99,相较于深度神经网络(DNN)算法和梯度提升树(GBDT)算法,拟合优度(R 2)提高了68.97%和51.47%。实验系统整体预测与实验系统部件单独预测的对比试验结果表明:整体预测模型的预测速度更快,且精度可以达到97.43%。 展开更多

关键词 大流量旋启式止回阀 单向阀 随机森林算法 响应时间 深度神经网络 梯度提升树 决定系数

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复杂多场景下机械臂避障运动规划方法研究 被引量：7

11

作者 宋勇 张蕾 +1 位作者 田荣 王晓华 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期500-509,共10页

为提高工业机械臂在狭窄通道、多障碍物等复杂多场景下避障运动规划的成功率和效率,建立了基于圆柱体和球体包围盒机械臂与障碍物之间的碰撞检测模型,并提出了一种基于启发式概率融合人工势场法的改进型RRT^(*)算法(P-artificial potent... 为提高工业机械臂在狭窄通道、多障碍物等复杂多场景下避障运动规划的成功率和效率,建立了基于圆柱体和球体包围盒机械臂与障碍物之间的碰撞检测模型,并提出了一种基于启发式概率融合人工势场法的改进型RRT^(*)算法(P-artificial potential field-RRT^(*),PAPF-RRT^(*))。采样上引入概率目标偏向与随机采样点优选策略,对采样点进行位置优选约束,增强采样导向性和质量;为改变传统新节点扩展方向和特殊环境下局部最优问题,融合人工势场法的目标引力与障碍物斥力和自适应步长,使算法在APF产生的合力范围下实时引导新节点扩展方向和步长大小,降低过度的探索和碰撞区域扩展;对冗余节点进行删除,并采用三次B样条插值优化,提高机械臂轨迹的柔顺性。仿真结果表明,所提算法较传统RRT^(*)算法在平均路径搜索时间上降低了56.75%,路径长度缩短了17.74%。导入机械臂模型后可视化仿真结果证明,所提算法可使机械臂成功避障且快速平稳运行到目标点。 展开更多

关键词 机械臂运动规划 渐进最优快速拓展随机树算法 启发式概率 人工势场法 自适应步长 三次B样条

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