基于云模型量子进化算法的光学薄膜表征方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107391925A(43)申请公布日2017.11.24(21)申请号201710588944.9(22)申请日2017.07.19(71)申请人长春理工大学地址130000吉林省长春市朝阳区卫星路7089号(72)发明人匡尚奇张超(74)专利代理机构苏州谨和知识产权代理事务所(特殊普通合伙)32295代理人仲崇明(51)Int.Cl.G06F19/00(2011.01)G06N3/00(2006.01)权利要求书2页说明书9页附图6页(54)发明名称基于云模型量子进化算法的光学薄膜表征方法(57)摘要本发明公开了一种基于云模型量子进化算法(CQEA)的光学薄膜表征方法，其包括如下步骤：1)输入CQEA的初始参数；2)对光学薄膜微观结构参数进行量子编码，生成初始量子种群；3)基于薄膜掠入射X射线反射(GIXR)的拟合评价系数，评估表征光学薄膜结构的量子个体的适应度，选出最优量子个体；4)判断是否满足优化准则，若满足则输出最优的光学薄膜结构参数，算法停止，否则继续；5)通过单维云互补变异和交叉更新量子种群；6)采用精英保留策略对量子种群进一步更新，并转向第3)步。本发明的方法适用于基于GIXR的单层、多层光学薄膜的微观结构表征，具有计算复杂度低、收敛速度快和求解精度高等优点。CN107391925ACN107391925A权利要求书1/2页1.一种基于云模型量子进化算法的光学薄膜表征方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：输入基于云模型量子进化算法的薄膜结构表征的初始参数值，所述的初始参数包括：量子种群规模、量子基因参数个数、云变异次数、量子交叉周期、选择优秀量子个体个数、量子个体连续交叉次数、初始量子旋转角以及终止代数；步骤二：对光学薄膜的结构参数进行量子编码，生成表征光学薄膜结构的初始量子种群；步骤三：对光学薄膜的掠入射X射线反射进行拟合，通过拟合系数评估表征光学薄膜结构的量子个体，并选出最优的量子个体；步骤四：判断云模型量子进化算法是否满足终止条件，若满足，则云模型量子进化算法停止，输出最优的光学薄膜结构参数，若不满足，则进行步骤五；步骤五：通过单维云互补变异和交叉操作更新表征光学薄膜结构的量子种群；步骤六：采用精英保留策略对表征光学薄膜结构的量子种群进行更新，转向步骤三。2.根据权利要求1所述的光学薄膜表征方法，其特征在于：在所述的步骤一中，量子种群规模为10-100，量子基因参数个数为3-15，云变异次数为2-8，量子交叉周期为2-8，选择优秀量子个体个数为1-8，最优量子个体连续交叉次数为2-8，初始量子旋转角为0.01π-0.5π，终止代数为50-500。3.根据权利要求1所述的光学薄膜表征方法，其特征在于：在所述的步骤二中，对表征光学薄膜微观结构的参数进行量子编码，量子种群中第i个量子个体的基因表示为其中量子个体qi共n个量子基因位，代表光学薄膜微观结构的n个参数，xj,i为第i个量子T个体的第j个实数基因位，[cosθj,isinθj,i]为该基因的量子概率幅。4.根据权利要求3所述的光学薄膜表征方法，其特征在于：在所述的步骤二中，光学薄膜微观结构的n个参数包括光学薄膜的膜厚、膜层密度和界面粗糙度。5.根据权利要求1所述的光学薄膜表征方法，其特征在于：在所述的步骤三中，通过评价函数对薄膜结构量子种群中的个体进行评估，其中χ2为评价系数，m为掠入射X射线反射的实验点数，Ik,calc为第k个点的理论计算的反射强度，而Ik,meas为第k个点的实验反射强度，并且在该步骤中，采用菲涅尔系数法计算单层膜或多层膜的反射率和反射光强。6.根据权利要求1所述的光学薄膜表征方法，其特征在于：在所述的步骤五中，所述的单维云互补变异具体包括：21)构建以随机第i量子个体第j个实数基因位xj,i为期望，0.5(ui-li)cosθj,i为熵En，0.1En为超熵He的基因云，通过一维云算子生成云滴，即新生成子代的第i染色体的第j个实数基因位，此过程重复操作m1次，uj为第j个实数基因位参数值的上限，lj为第j个实数基因位参数值的下限，其中一维云算子的实现步骤包括：2CN107391925A权利要求书2/2页(1)生成以En为期望，以为方差的正态随机数ω；(2)生成以Ex为期望，以为方差的正态随机数α，其即为云滴值；22)再以随机实数基因位xj,i为期望，0.5(ui-li)sinθj,i为熵En，0.1En为超熵He构建基因云，通过与步骤1)相同方法生成云滴，此过程重复操作m2次。7.根据权利要求6所述的光学薄膜表征方法，其特征在于：在所述的单维云互补变异过程中，若云滴值α超出了可行解范围，则重复下式直到解位于可行解范围之内8.根据权利要求6所述的光学薄膜