基于FPGA的膜計算研究.pdf

1、隨著自然計算領域的不斷發(fā)展，各種模擬生物系統(tǒng)的算法被提出并應用于現(xiàn)實生活中。在自然計算蓬勃發(fā)展的前提下，模擬人類細胞生命功能的計算模型——膜計算被提出，該算法是自然計算中的一個新分支。膜計算的主要計算模式是根據(jù)細胞的結構、功能建立模型，在通過將活細胞的結構及功能抽象成形式化的過程中，并將各個進程進行綜合，從而得到了膜計算的計算模式，具有極大非確定性、并行性以及分布式等顯著的特點。通過眾多研究可以發(fā)現(xiàn)，在理論上膜計算的計算能力與圖靈機等同

2、。目前膜計算研究領域受到了大量研究者們的關注。研究者們運用各種數(shù)學工具對膜計算進行理論方面的研究，從而提出了多種類型的膜計算模型，并且利用膜計算的優(yōu)勢，將其應用到各個領域，其中膜計算在優(yōu)化領域的應用就是它的一個重要方向。
　　本文所提出基于酶因子的膜計算優(yōu)化方法（BCMC算法）是受到生物酶對生物系統(tǒng)運作具有重要影響的啟發(fā)，在一般膜計算優(yōu)化方法的基礎上改進了基本的交流規(guī)則，意在解決設置確定的交流對象而引起的這種交流過程中的缺陷問題。

3、該算法在標準膜計算的基礎上運用催化因子，它與進化對象的自適應值有關，通過控制膜與膜之間交流對象的個數(shù)，使膜與膜之間交流對象個數(shù)依據(jù)膜內環(huán)境情況的變化而改變，即如果膜內部的平均適應度值相比于膜內個體的適應度值偏大，則減少該膜交流對象的個數(shù)，反之，則增加。本文中的BCMC算法具有4層并行膜，使用了選擇規(guī)則、改進的交流規(guī)則等規(guī)則。采用了9個比較具有特點（如局部極小點多等）的測試函數(shù)來進行測試尋優(yōu)，并與遺傳算法的結果進行對比。
　　FPG

4、A(FieldProgrammableGateArray)，即現(xiàn)場可編程門陣列。由于FPGA具有并行特性，本文采用了FPGA對BCMC算法進行硬件實現(xiàn)。首先建立隨即地址模塊、控制模塊等總控模塊，其次對BCMC算法中的各種進化規(guī)則進行模塊劃分，主要有選擇模塊、交叉變異模塊，最后劃分出初始對象?？?、適應度值計算模塊和最優(yōu)輸出模塊。本文采用VHDL語言對硬件進行描述來實現(xiàn)各個模塊的功能，在QuartusⅡ8.0進行電路時序的仿真及RTL級電路