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基于混沌遗传算法的辐射屏蔽最优化研究

作　者: 郭景春
导　师: 刘春雨
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 辐射防护及环境保护
关键词: 辐射屏蔽混沌遗传 Cat映射混沌变异
分类号: TL328
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 18次
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内容摘要

本文通过对标准遗传算法的研究，针对标准遗传算法存在的弊端，利用遗传算法各环节具有很强的独立性和扩展性，提出将混沌优化理论加入到遗传算法中的混沌遗传算法，并将这一方法引入到辐射屏蔽计算中，设计出一种新颖的设计方案，有效的减少人为因素的干扰，提高辐射屏蔽最优化计算的计算效率。通过对Logistic映射、Tent映射、Cat映射优化性能的对比分析，可知Cat映射具有更好的搜索均匀性以及不易陷入小循环等优点，使用Cat映射所产生的初始种群能够均匀分布于解空间，能有效的提升算法的全局搜索能力。针对标准遗传算法在计算过程中选择算子、交叉算子存在的不足加以改进，尤其是混沌变异算子的提出，能够大幅提升算法的收敛速度。基于以上改进提出混沌遗传算法的基本步骤，并使用Matlab完成基于Cat映射的混沌遗传算法程序的编写及调试。随后，通过对Sphere函数、Rosenbrock函数、Rastrigin函数三个测试函数的测试计算，验证了本算法具有优异的计算性能和收敛准确度。本文结合反应堆辐射场的特性，建立n、γ混合辐射场。选取五种常用辐射屏蔽材料，建立组合屏蔽体数学模型。并根据所建立的数学模型，以ALARA理论为指导思想，建立组合屏蔽体的屏蔽优化多目标优化计算函数。然后，使用标准遗传算法和本研究所提出的基于Cat映射模型的混沌遗传算法分别进行6次模拟计算，计算结果与由标准遗传算法所算出的结果相较，本算法平均收敛速度提升334.7%，极值概率提升25%。最后，使用代价-利益计算模型，完成某医用回旋加速器的辐射屏蔽优化计算，计算结果同样证明本优化算法同样能够大幅度提高计算的收敛速度和计算精度。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第1章绪论  9-15
  1.1 选题的背景及意义  9-11
  1.2 研究现状  11-13
  1.3 本文的研究方法和内容  13-15
第2章基于 Cat 映射的混沌遗传算法  15-27
  2.1 遗传算法  15-17
    2.1.1 遗传算法的基本步骤  15-16
    2.1.2 遗传算法的缺陷  16-17
  2.2 基于混沌理论的混沌遗传优化算法  17-23
    2.2.1 混沌优化理论  17-19
    2.2.2 常用混沌动力学映射  19-21
    2.2.3 混沌映射优化性能对比  21-23
  2.3 基于 Cat 映射的混沌遗传算法理论基础  23-26
    2.3.1 Cat 混沌映射生成初始种群理论分析  23-25
    2.3.2 基于 Cat 映射的混沌遗传算法计算步骤  25-26
  2.4 本章小结  26-27
第3章基于 Matlab 的 Cat 混沌遗传算法的实现  27-41
  3.1 基于 Cat 映射的混沌优化算法的实现  27-37
    3.1.1 编码方式的选择  27-28
    3.1.2 Cat 映射模型产生初始种群的 Matlab 实现  28-30
    3.1.3 选择算子的改进与 Matlab 实现  30-33
    3.1.4 交叉算子的改进与 Matlab 实现  33-35
    3.1.5 基于 Cat 映射改进的变异算子与 Matlab 实现  35-37
  3.2 混沌遗传算法性能评价  37-40
  3.3 本章小结  40-41
第4章混沌遗传算法在辐射屏蔽最优化中的应用  41-67
  4.1 辐射场建模及屏蔽计算  41-46
    4.1.1 中子辐射场建模  41-42
    4.1.2 中子屏蔽计算  42-44
    4.1.3 γ辐射场建模  44-46
    4.1.4 γ射线屏蔽计算  46
  4.2 组合屏蔽体数学建模  46-51
    4.2.1 常用屏蔽材料性能分析  47-48
    4.2.2 屏蔽层厚度的选择  48-49
    4.2.3 组合屏蔽层数学建模  49-51
  4.3 多目标优化函数及适应度函数的建立  51-54
    4.3.1 多目标优化函数  51-53
    4.3.2 建立多目标组合屏蔽优化适应度函数  53-54
  4.4 组合屏蔽多目标优化计算  54-58
    4.4.1 标准遗传算法优化计算  54-56
    4.4.2 基于 Cat 映射的混沌遗传算法的优化计算  56-57
    4.4.3 屏蔽组合优化计算性能对比分析  57-58
  4.5 回旋加速器屏蔽优化计算  58-66
    4.5.1 代价利益优化基本思想  58-59
    4.5.2 建立回旋加速器优化计算函数  59-61
    4.5.3 标准遗传算法的回旋加速器屏蔽计算  61-63
    4.5.4 基于 Cat 映射的混沌遗传算法的回旋加速器屏蔽计算  63-65
    4.5.5 回旋加速器优化计算性能对比分析  65-66
  4.6 本章小结  66-67
结论  67-69
参考文献  69-72
致谢  72-73
附录  73-82
  附1：三种混沌映射分岔图的 Matlab 程序  73-75
  附2：三种映射搜索空间概率分布曲线程序  75-77
  附3：SGA 进行组合屏蔽优化计算的 Matlab 主程序（部分）  77-81
  附4：SGA 进行回旋加速器屏蔽优化计算的 Matlab 主程序（部分）  81-82

基于混沌遗传算法的辐射屏蔽最优化研究

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