細胞型膜系統(tǒng)設(shè)計方法研究.pdf

1、膜計算(Membrane Computing，MC)作為計算機科學(xué)的一個重要研究領(lǐng)域，旨在研究從生命細胞的結(jié)構(gòu)與功能中以及從組織和器官等細胞群的協(xié)作中抽象出的計算模型，其計算模型被稱為膜系統(tǒng)或P系統(tǒng)。膜系統(tǒng)是一類具有分布式、極大并行性的計算模型，大量研究表明，許多簡單膜系統(tǒng)在理論上具有與圖靈機同等的計算能力。
　　膜計算是當(dāng)前非?；钴S的一個研究領(lǐng)域，研究者們用數(shù)學(xué)、形式語言等工具來進行膜計算的理論研究，提出了各種P系統(tǒng)模型并取得很

2、多研究成果。目前已提出的P系統(tǒng)模型都是由研究者們精心設(shè)計而成，其設(shè)計過程都較為復(fù)雜，既需要扎實的專業(yè)知識，又需要仔細反復(fù)推導(dǎo)論證，費時費力。對于膜系統(tǒng)設(shè)計方法研究，目前相關(guān)工作還非常少，非常需要進一步研究。本文以細胞型膜系統(tǒng)作為研究對象，探討采用量子進化算法和P-Lingua軟件實現(xiàn)膜系統(tǒng)自動優(yōu)化設(shè)計的方法。
　　論文主要工作及研究成果如下：
　　1、概述膜計算基本理論，簡要介紹細胞型膜系統(tǒng)仿真軟件，對膜系統(tǒng)仿真軟件P-Li

3、ngua進行詳細介紹，并通過實例說明細胞型膜系統(tǒng)在P-Lingua軟件中仿真實現(xiàn)方法。
　　2、詳細描述和分析細胞型膜系統(tǒng)設(shè)計問題，給出簡單細胞型膜系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法，具體介紹了其設(shè)計思路、采用的量子進化算法、膜系統(tǒng)的編碼和評價方式。將此方法應(yīng)用于計算四平方膜系統(tǒng)的設(shè)計，獲得比遺傳算法更好的實驗結(jié)果。在此基礎(chǔ)上，對此方法進行拓展，用于計算任意自然數(shù)平方膜系統(tǒng)設(shè)計，并通過實驗驗證該方法的有效性。
　　3、通過改進評價方法和在量子

4、進化算法中加入局部擾動策略，實現(xiàn)膜系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法的改進。運用改進后的設(shè)計方法，在同樣的給定條件下，只通過改變評價函數(shù)，分別實現(xiàn)任意自然數(shù)平方P系統(tǒng)、代數(shù)式P系統(tǒng)、語言產(chǎn)生P系統(tǒng)的設(shè)計。此外，與采用傳統(tǒng)的量子進化算法、隨機搜索算法的設(shè)計方法分別進行對比實驗，結(jié)果表明改進后的設(shè)計方法能獲得更好的效果。
　　4、給出細胞型膜系統(tǒng)的蹤跡設(shè)計法，具體介紹了膜系統(tǒng)蹤跡的定義、設(shè)計思路、膜系統(tǒng)的編碼和評價方式。將此方法應(yīng)用于計算任意數(shù)平方P系