计算智能第7章-免疫算法

第7章免疫算法目录免疫算法简介1基本流程2常用免疫算法3相关应用47.1免疫算法简介免疫算法是什么？免疫算法（ImmuneAlgorithm，IA）：是指以在人工免疫系统的理论为基础，实现了类似于生物免疫系统的抗原识别、细胞分化、记忆和自我调节的功能的一类算法。7.1.1思想来源免疫算法最先起源于1973-1976年间Jernel的三篇关于免疫网络的文章，Jernel在文中提出了一组基于免疫独特型的微分方程，这就是最早的免疫系统。免疫算法的主要会议:InternationalConferenceonArtificialImmuneSystems，ICARIS7.1.2免疫算法的生物模型皮肤生理学环境先天性免疫应答后天性免疫应答巨噬细胞B淋巴细胞受体病原体7.1.3二进制模型B淋巴细胞重链轻链抗原决定基Epitope抗体决定簇Paratope00000111111101010100抗体抗体k表现型抗体i抗体j抗体kkpke7.2免疫算法的基本流程免疫系统和免疫算法的比较免疫系统免疫算法抗原要求解的问题抗体最佳解向量抗原识别问题识别从记忆细胞产生抗体联想过去的成功解淋巴细胞分化（记忆细胞分化）维持最优解T细胞抑制抗体消除多余的候选解生命增加（细胞克隆）用遗传算子生成新的抗体7.2.1基本流程抗原识别亲和力计算初始抗体产生抗体产生的促进和抑制群体更新记忆细胞分化满足终止条件结束是否开始7.2.1基本流程免疫算法的七个要素识别抗体，生成初始化的抗体，计算亲和度，记忆细胞分化，抗体促进和抑制，产生新的抗体，结束条件。7.2.1基本流程计算亲和度抗体v和抗原的亲和度为axv其中optv表示抗体v和抗原的结合强度，对最优化问题，可以用抗体v的独特型的解和已知的最优解的相似程度表示。11vvaxopt7.2.2更一般化的基本免疫算法(1)求解多目标优化问题的免疫算法把抗体v和抗原w的亲和度axv,w重新定义为其中optv,w表示抗体v和抗原w的结合强度，即抗体v在目标函数w的解和此函数最优解的接近程度，,,11vwvwaxopt7.2.2更一般化的基本免疫算法(2)求解更一般问题的免疫算法VV7.2.2更一般化的基本免疫算法(2)求解更一般问题的免疫算法假设在形态空间内，抗体v和抗原的坐标分别为和，v=1,..,N，那么它们之间的距离为Manhattan距离Euclidean距离Hamming距离21()MiiviDabag1MiiviDabag11,if,0,otherwiseiiMviiiabagD7.3常用免疫算法7.3.1负选择算法7.3.2克隆选择算法7.3.3免疫算法与智能计算7.3.1负选择算法算法基本思想：需要两个字符串组成的集合R和R，通过先求一个和S不匹配的R集合，然后用R集合判断S集合是否发生了变化。算法分成两部分，第一步是初始化R，第二步监视保护数据S。7.3.1负选择算法初始化监测器R生成随机串R0把R0中不和S所有的串匹配的串放入R集合，作为检测器自体串集合S匹配拒绝7.3.1负选择算法监视保护数据S初始串集合S随机变异若干部分检测器R探测到非自体两集合的串存在匹配没有探测到是否7.3.2克隆选择算法克隆选择原理图212471282221281282抗原抗原决定基骨髓抗体决定簇011001101001100111101001死亡部分抗体克隆选择成熟7.3.2克隆选择算法克隆选择流程图MnPrP选择克隆成熟CC*dN重新选择(1)(2)(3)(4)(5)(6)7.3.3免疫算法与进化计算免疫遗传算法创建初始种群交叉变异注射疫苗免疫选择重新复制出新的种群是否满足结束条件计算个体的适应度否是Generation=0Generation+1开始结束7.4免疫算法的应用识别与分类问题优化问题机器人学习与控制数据挖掘