免疫演算法詳解

2021-09-06 20:10:45 字數 2534 閱讀 3410

基本思想是將想要求解的各類優化問題的目標函式(約束條件)與抗原相對應,找到可以與抗原進行親和反應的抗體,該抗體就是要求的最優解。

最核心要解決的就是

1.計算抗原和抗體的親和度,親和度越高,越可能是最優解,

2.計算抗體和抗體間的相似度,調查抗體群具有的多樣性。

ia是必須要產生多樣性抗體和抗原去抗衡。具體的流程圖如下:

計算方式:資訊熵

利用資訊理論,用抗體的資訊量去描述抗體的多樣性,以及抗體和抗原的親和度

乙個免疫系統有n個抗體構成,也就是乙個抗體群

​多樣性用資訊熵來表示

生成新的抗體群過程中要控制相同抗體的數量,這就需要在這一過程中計算抗體的相似度。

每個抗體會計算它與其他抗體間的相似性,然後計算該抗體的濃度。

首先我們需要識別抗原(也就是要知道要解決的問題是什麼?)

ia是必須要產生多樣性抗體和抗原去抗衡,從而找到最優解。

當我們識別抗原以後,我們會隨機產生乙個初始抗體群,對於抗體群的大小,和抗體長度都是我們自定義的引數值

現在假設乙個免疫系統的初始抗體群如下圖所示:抗體群大小為n,遺傳因子共m位 ​

​針對抗體群計算各個遺傳因子的資訊熵再計算整體的資訊熵

​為了判斷抗體是否具有多樣性,根據資訊理論的定義,我們用資訊熵來表示抗體的多樣性,抗體由m位遺傳因子構成,先計算各個遺傳因子的資訊熵

​pij表示在j位置的遺傳因子取值i的概率(遺產因子的取值範圍是s個符號離散值)。

n個抗體對應共n個在j位置的遺傳因子。那麼這n個值中假設取值為i符號的有nij個,那麼 ​

再計算該抗體群的資訊熵,共m位遺傳因子組成乙個完整的抗體qun ​

​生成新的抗體群過程中要控制相同抗體的數量,這就需要在這一過程中計算抗體的相似度。 ​

h(u,v)----由u,v兩個抗體組成的新抗體群,計算對應的熵。(相當於計算新抗體群多樣性)

抗原抗體親和度計算

​核心問題就是設定好所求問題的目標函式,一般目標函式會有很多未知引數,

找出能夠完全親和抗原的抗體,也就是找到了最優的解。

若沒有找到,則需要ju,交叉具體異等方式去更新抗體庫,生成新的抗體,同時將更新記憶細胞。

具體步驟如下:

(1)抗原識別,即理解待優化的問題,對問題進行可行性分析,提取先驗知識,構造出合適的親和度函式,並制定各種約束條件。

(2)初始抗體群,通過編碼把問題的可行解表示成解空間中的抗體,在解的空間內隨機產生乙個初始種群。

(3)對種群中的每乙個可行解進行親和度評價。(記憶單元的更新:將與抗原親和性高的抗體加入到記憶單元,並用新加入的抗體取代與其親和性最高的原有抗體(抗體和抗體的親和性計算))

(4)判斷是否滿足演算法終止條件;如果滿足條件則終止演算法尋優過程,輸出計算結果;否則繼續尋優運算。

迭代:(5)(6)(7)​

​   (5)計算抗體濃度和激勵度。(促進和抑制抗體的產生:計算每個抗體的期望值,抑制期望值低於閾值的抗體;可以知道與抗原間具有的親和力越高,該抗體的轉殖數目越高,其變異率也越低)

(6)進行免疫處理,包括免疫選擇、轉殖、變異和轉殖抑制。

免疫選擇:根據種群中抗體的親和度和濃度計算結果選擇優質抗體,使其活化;

轉殖:對活化的抗體進行轉殖複製,得到若干副本;

變異:對轉殖得到的副本進行變異操作,使其發生親和度突變;

轉殖抑制:對變異結果進行再選擇,抑制親和度低的抗體,保留親和度高的變異結果。

(7)種群重新整理,以隨機生成的新抗體替代種群中激勵度較低的抗體,形成新一代抗體,轉步驟(3)。

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