基因表達式編程理論及其監(jiān)督機器學(xué)習(xí)模型研究.pdf

1、基因表達式編程是進化算法的新成員，雖然得到了廣泛而深入的應(yīng)用研究，但至今尚未有系統(tǒng)和完善的理論研究成果，還無法揭示其運行的數(shù)學(xué)機理，對于一些關(guān)鍵技術(shù)的改進也就缺少了理論支撐，這對基因表達式編程和進化算法的研究和發(fā)展都是非常不利的。此外，目前經(jīng)典的機器學(xué)習(xí)方法在解決分類和復(fù)雜函數(shù)關(guān)系發(fā)現(xiàn)問題時所構(gòu)建的監(jiān)督機器學(xué)習(xí)模型，在可理解性、精度以及泛化能力上，還存在諸多問題。
　　 有鑒于此，本文對基因表達式編程理論和關(guān)鍵技術(shù)進行了系統(tǒng)的研

2、究。首先，通過分析基因表達式編程的運行機理，利用一系列的數(shù)學(xué)推理，構(gòu)建了基因表達式編程的模式理論，給出了基因表達式編程的基因塊假設(shè)，分析了基因表達式編程的模式收斂性，其次，基于模式定理成立的必要條件，提出了自適應(yīng)遺傳算子的設(shè)計方案。最后，在理論研究的基礎(chǔ)上，對基本基因表達式編程中的染色體生成、個體解碼求值等關(guān)鍵技術(shù)提出了改進方法。進行了理論和實驗分析后給出了改進的基因表達式編程算法。
　　 在監(jiān)督機器學(xué)習(xí)模型研究方面，為了提高學(xué)

3、習(xí)模型的噪聲數(shù)據(jù)處理能力和泛化能力，本文基于改進的基因表達式編程算法構(gòu)建了監(jiān)督機器學(xué)習(xí)模型，對算法的適應(yīng)值函數(shù)和算法提前終止條件進行了重點研究，并通過兩類分類、多維分類、復(fù)雜函數(shù)關(guān)系發(fā)現(xiàn)問題等實驗對此監(jiān)督機器學(xué)習(xí)模型的有效性進行了驗證。
　　 本文的主要研究成果包括：
　　 (1)證明了基因表達式編程有效的同時為更深入地研究基因表達式編程奠定了理論基礎(chǔ)。本文通過研究和分析遺傳算法、進化規(guī)劃、進化編程、遺傳編程、基因表達式

4、編程各自的特點，對基因表達式編程進行了形式化定義，在此基礎(chǔ)上，證明了個體編碼的合法性，給出了基因模式和基因表達式編程模式的定義，通過一系列的數(shù)學(xué)推理過程，構(gòu)建了基因表達式編程的模式理論，給出了基因表達式編程的模式定理和基因塊假設(shè)，利用數(shù)學(xué)分析的方法揭示了基因表達式編程的運行機理，最后，給出了基因表達式編程的模式收斂性證明，指出了采用精英保留策略可以防止基因表達式編程中最優(yōu)模式丟失的問題。
　　 (2)提出了自適應(yīng)遺傳算子方案。本

5、文深入研究了優(yōu)勢模式在相關(guān)遺傳算子作用下的存活概率，給出了基因表達式編程模式定理成立的必要條件，在滿足模式定理成立的必要條件下，對遺傳策略和遺傳算子的參數(shù)設(shè)計進行了研究，指出了相關(guān)遺傳算子的參數(shù)選擇上限，并提出了自適應(yīng)遺傳算子設(shè)計方案，最后就自適應(yīng)變異算子進行了相關(guān)實驗研究，驗證了自適應(yīng)遺傳算子設(shè)計方案的可行性；
　　 (3)提出了改進的基因表達式編程算法。本文在理論分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合實驗研究，對基本基因表達式編程中的染色體生成

6、、多樣化種群、個體解碼求值等關(guān)鍵技術(shù)提出了改進方法，給出了相異結(jié)構(gòu)染色體生成、個體快速解碼求值等算法，并進行了相關(guān)理論和實驗分析，最后，基于這些改進思想給出了改進的基因表達式編程算法；
　　 (4)構(gòu)建了有效的監(jiān)督機器學(xué)習(xí)模型。本文基于改進的基因表達式編程算法構(gòu)建了監(jiān)督機器學(xué)習(xí)模型，用于解決分類和復(fù)雜函數(shù)關(guān)系發(fā)現(xiàn)問題。通過構(gòu)造獨特的適應(yīng)值函數(shù)和交叉驗證方法來獲得改進的基因表達式編程算法的提前終止條件，提高了所構(gòu)建的機器學(xué)習(xí)模型的