基于GP的創(chuàng)新設計技術研究及應用.pdf

1、J.R.Koza教授在1989年提出了GP(GeneticProgramming)算法。GP最重要的特點之一是組成種群的個體有一種動態(tài)的樹狀結構。GP的基本遺傳算子包括選擇、交叉和變異。作為進化計算的較新分支之一，GP受到了各領域專家的重視。自1994年以來，IEEE進化計算國際會議就設置了“GP”的專題，對GP的算法、理論、數(shù)據(jù)結構等方面進行研究。GP試圖解決計算科學的一個中心問題：計算機在沒有明顯編程的情況下怎樣解決問題。直到現(xiàn)在，

2、GP在設計、優(yōu)化控制、系統(tǒng)識別、函數(shù)學習、計算分子生物學等諸多問題領域中得到了廣泛和深入的應用，體現(xiàn)了GP的發(fā)展優(yōu)勢及突出特點。 設計在經(jīng)歷了萌芽階段，手工藝階段，到達了現(xiàn)代工業(yè)設計階段?，F(xiàn)代設計是一種創(chuàng)造性活動，它要求考慮計算機技術的應用，綜合功能、技術、材料、經(jīng)濟、安全、審美等因素進行規(guī)劃與設計，以使設計的產(chǎn)品與產(chǎn)品的使用者之間取得最佳的匹配。創(chuàng)新設計作為適應現(xiàn)今社會發(fā)展需求而產(chǎn)生的一種現(xiàn)代設計方法，已經(jīng)得到諸多設計人員的重

3、視，其最本質的特點是創(chuàng)新。創(chuàng)新意味著需要更多的跨學科的知識結構、更復雜的技術支撐和更完善的創(chuàng)新理論。在后工業(yè)化時代，人們把產(chǎn)品的設計創(chuàng)新稱為繼科技創(chuàng)新之后的“第二次競爭”。 將進化計算應用于創(chuàng)新設計，在國內(nèi)外都有一定的研究與實現(xiàn)。進化計算應用于建筑設計、工業(yè)設計、藝術設計、服裝設計、圖像修補和音樂創(chuàng)作等領域已經(jīng)取得了一定的成績。 將GP的相關理論和技術應用于創(chuàng)新設計領域，將進化算法與設計師以往的設計經(jīng)驗相結合，綜合利用計

4、算機技術、人工智能技術得到新穎而能滿足設計要求的創(chuàng)新結果，是可行且又有深遠意義的。本文所做主要工作如下： 1、對GP理論進行研究。將GP與其它相關理論進行比較，得到將GP應用于創(chuàng)新設計的優(yōu)勢所在。 2、針對傳統(tǒng)設計方法存在的問題，以及現(xiàn)代設計的要求，指明創(chuàng)新設計的重要性。文章對創(chuàng)新設計的概念，創(chuàng)新設計的方法手段及創(chuàng)新設計的模型進行了探討和研究。 3、根據(jù)將進化計算應用于創(chuàng)新設計的研究背景和現(xiàn)狀，文章將GP應用于創(chuàng)

5、新設計，并體現(xiàn)在建筑設計的應用上。在建筑設計中建筑構件的生成主要是采用GP算法，實現(xiàn)由計算機自動產(chǎn)生具有創(chuàng)新外觀造型的建筑構件。并且，為了激發(fā)設計師的創(chuàng)作靈感，利用群體智能之PSO算法，將得到的創(chuàng)新的優(yōu)良的建筑構件進行智能組裝，從而得到較優(yōu)秀的建筑體。 本文研究受國家自然科學基金《支持創(chuàng)新概念設計的協(xié)同進化計算技術研究》(項目號：60374054)、山東省自然科學基金項目《支持創(chuàng)新設計的進化計算技術研究》(項目號：Y2003G0