计算智能——人工免疫算法

目录

    • 一、概述
      • 免疫算法是什么?
      • 生物学上免疫系统的基本概念
    • 二、生物免疫过程
    • 三、人工免疫算法
    • 四、免疫遗传算法
      • 疫苗的获取和接种
      • 例:TSP问题介绍疫苗的获取和接种过程
    • 五、克隆选择算法

一、概述

免疫算法是什么?

免疫算法(Immune Algorithm,IA)是基于免疫学理论和生物免疫系统机制而提出的计算智能算法,是对生物免疫机理的一种模拟。
免疫机理种类繁多,利用生物免疫系统的某一方面机制或原理就可以设计新算法。

生物学上免疫系统的基本概念

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二、生物免疫过程

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三、人工免疫算法

生物免疫系统和人工免疫算法的对应关系
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人工免疫算法主要可以分为三类:

  • 否定选择算法
  • 免疫进化算法
  • 克隆选择计算

这里主要讲的是免疫进化算法中的免疫遗传算法,以及克隆选择计算中的免疫克隆选择算法。


四、免疫遗传算法

在遗传算法的框架中引入免疫算子而形成
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免疫算子有:

  • 疫苗接种
  • 免疫选择

疫苗:

  • 待求问题的局部特征信息
  • 接种疫苗:它通过局部信息干预全局搜索,避免随机搜索的盲目性,有效抑制种群退化,提高种群的质量。

疫苗的获取和接种

  • 从最佳个体的基因中提取有效信息作为疫苗
  • 将原问题简化处理,简化后的求解规律越明显,就越容易获取疫苗
  • 以一定概率对种群中的所有抗体接种疫苗,以提高亲和度

例:TSP问题介绍疫苗的获取和接种过程

1.分析待求问题,搜集特征信息:相邻两城市间距离越短,总路径可能会最短
2.根据特征信息制作疫苗: Ai ——> Aj
3.对亲和度低的抗体接种疫苗

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注意:疫苗不是一个成熟或完整的抗体,它是抗体中一些优秀的基因

  • 疫苗与记忆细胞的区别:
    记忆细胞是亲和度高的抗体
    疫苗是一些基因,可以用来提高接种疫苗后抗体的亲和度

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五、克隆选择算法

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算法中:

  • 选择亲和度大的细胞进行扩增。
  • 克隆选择算子包括:
    • 克隆操作
    • 免疫基因操作(超变异)
    • 克隆选择操作

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克隆选择算法步骤

Step 1: 初始化:产生初始抗体种群

Step 2: 亲和度计算:计算抗体 - 抗原亲和度,即抗体的适应度值

Step 3: 选择 m 个与抗原亲和度高的抗体

Step 4: 克隆操作:对所选择的抗体进行克隆操作

Step 5: 免疫基因操作:对克隆个体实施超变异操作

Step 6: 克隆选择操作:对新产生的抗体进评估,选择亲和度高的 n 个抗体到下一代

Step 7: 终止条件判断。


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