基于GP的創(chuàng)新設(shè)計(jì)技術(shù)研究及應(yīng)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(diǎn)之一是組成種群的個(gè)體有一種動(dòng)態(tài)的樹狀結(jié)構(gòu)。GP的基本遺傳算子包括選擇、交叉和變異。作為進(jìn)化計(jì)算的較新分支之一，GP受到了各領(lǐng)域?qū)＜业闹匾?。?994年以來(lái)，IEEE進(jìn)化計(jì)算國(guó)際會(huì)議就設(shè)置了“GP”的專題，對(duì)GP的算法、理論、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行研究。GP試圖解決計(jì)算科學(xué)的一個(gè)中心問(wèn)題：計(jì)算機(jī)在沒(méi)有明顯編程的情況下怎樣解決問(wèn)題。直到現(xiàn)在，

2、GP在設(shè)計(jì)、優(yōu)化控制、系統(tǒng)識(shí)別、函數(shù)學(xué)習(xí)、計(jì)算分子生物學(xué)等諸多問(wèn)題領(lǐng)域中得到了廣泛和深入的應(yīng)用，體現(xiàn)了GP的發(fā)展優(yōu)勢(shì)及突出特點(diǎn)。 設(shè)計(jì)在經(jīng)歷了萌芽階段，手工藝階段，到達(dá)了現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)階段?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)是一種創(chuàng)造性活動(dòng)，它要求考慮計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，綜合功能、技術(shù)、材料、經(jīng)濟(jì)、安全、審美等因素進(jìn)行規(guī)劃與設(shè)計(jì)，以使設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)作為適應(yīng)現(xiàn)今社會(huì)發(fā)展需求而產(chǎn)生的一種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，已經(jīng)得到諸多設(shè)計(jì)人員的重

3、視，其最本質(zhì)的特點(diǎn)是創(chuàng)新。創(chuàng)新意味著需要更多的跨學(xué)科的知識(shí)結(jié)構(gòu)、更復(fù)雜的技術(shù)支撐和更完善的創(chuàng)新理論。在后工業(yè)化時(shí)代，人們把產(chǎn)品的設(shè)計(jì)創(chuàng)新稱為繼科技創(chuàng)新之后的“第二次競(jìng)爭(zhēng)”。 將進(jìn)化計(jì)算應(yīng)用于創(chuàng)新設(shè)計(jì)，在國(guó)內(nèi)外都有一定的研究與實(shí)現(xiàn)。進(jìn)化計(jì)算應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)、藝術(shù)設(shè)計(jì)、服裝設(shè)計(jì)、圖像修補(bǔ)和音樂(lè)創(chuàng)作等領(lǐng)域已經(jīng)取得了一定的成績(jī)。 將GP的相關(guān)理論和技術(shù)應(yīng)用于創(chuàng)新設(shè)計(jì)領(lǐng)域，將進(jìn)化算法與設(shè)計(jì)師以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，綜合利用計(jì)

4、算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)得到新穎而能滿足設(shè)計(jì)要求的創(chuàng)新結(jié)果，是可行且又有深遠(yuǎn)意義的。本文所做主要工作如下： 1、對(duì)GP理論進(jìn)行研究。將GP與其它相關(guān)理論進(jìn)行比較，得到將GP應(yīng)用于創(chuàng)新設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)所在。 2、針對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法存在的問(wèn)題，以及現(xiàn)代設(shè)計(jì)的要求，指明創(chuàng)新設(shè)計(jì)的重要性。文章對(duì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的概念，創(chuàng)新設(shè)計(jì)的方法手段及創(chuàng)新設(shè)計(jì)的模型進(jìn)行了探討和研究。 3、根據(jù)將進(jìn)化計(jì)算應(yīng)用于創(chuàng)新設(shè)計(jì)的研究背景和現(xiàn)狀，文章將GP應(yīng)用于創(chuàng)

5、新設(shè)計(jì)，并體現(xiàn)在建筑設(shè)計(jì)的應(yīng)用上。在建筑設(shè)計(jì)中建筑構(gòu)件的生成主要是采用GP算法，實(shí)現(xiàn)由計(jì)算機(jī)自動(dòng)產(chǎn)生具有創(chuàng)新外觀造型的建筑構(gòu)件。并且，為了激發(fā)設(shè)計(jì)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(gòu)件進(jìn)行智能組裝，從而得到較優(yōu)秀的建筑體。 本文研究受國(guó)家自然科學(xué)基金《支持創(chuàng)新概念設(shè)計(jì)的協(xié)同進(jìn)化計(jì)算技術(shù)研究》(項(xiàng)目號(hào)：60374054)、山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目《支持創(chuàng)新設(shè)計(jì)的進(jìn)化計(jì)算技術(shù)研究》(項(xiàng)目號(hào)：Y2003G0