改进的精英保护策略遗传算法及其在十杆桁架优化设计中.pdf

第24卷第1期结构工程师Vo1．24，No．1
2008年2月StructuralEngineersFeb．2008

改进的精英保护策略遗传算法及其在
十杆桁架优化设计中的应用

孟超尹久仁童宏贻
(湘潭大学土木工程与力学学院，湘潭41l105)

摘要本文针对标准遗传算法存在早熟的问题，从两个方面进行了改进，首先采用了精英保护策略和
自适应的交叉和变异算子，其次结合结构优化中的力学准则按照内力变化进行变异操作。最后将改进
的精英策略遗传算法应用于十杆桁架结构，并同标准遗传算法相比较，结果表明改进的遗传算法是可
行、有效的，而且收敛速度更快。
关键词遗传算法，结构优化

ImprovedElitistSelectionGAandItsApplication
inTen—TrussOptimizationDesign

MENGChaoYINJiurenTONGHongyi
(CivilEngineeringandMechanicsCollegeofXiangtanUniversity，Xiangtan41l105，China)

AbstractToovercometheprematureofsimplegeneticalgorithm(SGA)，thecalculatingeficiencywasim—
provedasthefollowingtwoways。Firstly，elitistselectionandserf-adaptedcrossoverandmutationoperator

wereadopted．Secondly，inlinewithmechanicscriterionthepapercarriedoutmutationtosomegenesinchro—

mosomeaccordingtovariationsofinternalforce。Finally，theimprovedelitistselectionGAwasappliedtothe

ten—trussoptimizationdesign，andwascomparedwithSGA，thefeasibilityandreliabilityofmodifiedGAand

thesearchingefficiencywereimprovedremarkably。

Keywordsgeneticalgorithm，structuraloptimigation

(3)采用动态自适应技术，在进化过程中调
1概述整算法控制参数和编码粒度；
(4)采用非标准的遗传操作算子；
自遗传算法的完整结构和理论被系统地提出(5)采用并行遗传算法。
以来，众多学者一直致力于推动遗传算法的发展，针对基本遗传算法存在早熟的问题，本文将在
对编码方式、控制参数的确定、选择方式和交叉机最优保护遗传算法的基础上引进一种自适应遗传算
理等进行了深入的研究，引入了动态策略和自适子来改进算法搜索精度和效率，结合力学准则并针
应策略以改善遗传算法的性能，提出了各种变形对结构最轻设计问题提出一种加快收敛的方法。
的遗传算法(VGA)，其基本途径概括起来有下面
几个方面：2含精英策略的遗传算法
(1)改变遗传算法的组成成分或使用技术，
如选用优化控制、适合问题特性的编码技术等；自从遗传算法在求解实际问题中获得成功以
(2)采用混合遗传算法；来，人们就试图对其进行理论分析，以解释其为什

收稿日期：2007—08—13

·结构分析·结构工程师第24卷第1期

么有效。韩炜⋯通过对遗传算法进行证明得出屏蔽字=，J，J，其中，i为个体编码
简单遗传算法(SGA)是不收敛的，而含精英策略串长度。
(也称为最优保护策略)的遗传算法是全局收敛(2)从4，B两个父代个体中产生出两个新
的。下面将介绍此算法。的子代个体4，B，规则如下：
①若=O，则A在第i个基因座上的基因
2．1目标函数的确定及优化
值继承4的对应基因值，B在第i个基因座上的
工程中许多实际问题是根据所要求的具体情基因值继承B的对应基因值；
况来建立起计算模型。通常目标函数中共有m②若Wi=1，则A在第i个基因座上的基因
个待确定的变量，一般计算模型如下：值继承B的对应基因值，B在第i个基因座上的
inax(rain)f()基因值继承4的对应基因值；
subjecttog()≤0(i=1Lm)均匀交叉操作的示例如下：
优化即是在此模型空间中找到一组(m个)参数，A：x％Af：xYYYYY

—-
使F为最小(理想情况下为0)或最大。B：yYYYYYYYYYBf：xYx，xYxYx
下面从模式的角度来讨论点杂交算子和均匀
2．2算法的主要操作环节
杂交算子的优缺点：
1)编码(1)由于点式杂交破坏模式的概念小，