基于遺傳算法的含上下界約束混料試驗(yàn)處方優(yōu)化研究.pdf_第1頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

1、混料問(wèn)題是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)藥學(xué)領(lǐng)域及科學(xué)研究中經(jīng)常會(huì)遇到的一種配方配比問(wèn)題?;炝鲜怯蓭追N成分按照一定的比例制作而成的一些物品,這些物品的某些特性往往與其各混料成分百分比有關(guān),而不是其絕對(duì)值。在醫(yī)藥學(xué)領(lǐng)域中,人們往往需要尋求藥物試驗(yàn)的最優(yōu)處方,以使試驗(yàn)指標(biāo)在一定意義下達(dá)到最優(yōu)。如何安排混料試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案,構(gòu)建合理的數(shù)學(xué)模型,用什么方法優(yōu)化混料試驗(yàn),確定最佳配方配比,以達(dá)到提高試驗(yàn)效率、增加產(chǎn)量、降低成本等目的,這都是混料試驗(yàn)中需要解決的難題。

2、
   對(duì)于含上、下界約束的混料試驗(yàn)設(shè)計(jì)問(wèn)題,國(guó)內(nèi)外學(xué)者根據(jù)最優(yōu)設(shè)計(jì)的原理提出了極端頂點(diǎn)混料設(shè)計(jì)、D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)等。針對(duì)這類混料試驗(yàn)的單目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題,傳統(tǒng)優(yōu)化方法常采用直接法、等高線圖法等,但這些方法在一定程度存在極大的主觀性或局部最優(yōu)等問(wèn)題?;谝陨线@些情況,我們需要尋求一種適用于含上、下界約束混料試驗(yàn)的全局優(yōu)化的方法,而近幾年來(lái)新發(fā)展的遺傳算法(genetic algorithm,GA)是模擬生物自然進(jìn)化過(guò)程的一種隨機(jī)優(yōu)化

3、搜索方法,該方法在解決全局最優(yōu)化問(wèn)題時(shí),顯示了其突出優(yōu)勢(shì)。該方法的搜索效率很高,穩(wěn)健性好,搜索過(guò)程可以有效地避免局部?jī)?yōu)化。
   本課題在研究極端頂點(diǎn)混料設(shè)計(jì)、D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)以及含混料約束遺傳算法的原理、方法的基礎(chǔ)上,利用Genetic algorithm platforms v1.0軟件,探索遺傳算法在單目標(biāo)藥物混料試驗(yàn)處方優(yōu)化中的應(yīng)用。本課題主要研究?jī)?nèi)容有:
   第一部分含上、下界約束混料試驗(yàn)的概述。介紹了混料試

4、驗(yàn)的概念,適用于含上、下界約束混料試驗(yàn)中的極端頂點(diǎn)混料設(shè)計(jì)、D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)的原理、方法及適用范圍。
   第二部分含混料約束遺傳算法的概述。介紹了含混料約束遺傳算法的原理,隨機(jī)優(yōu)化搜索步驟,及與其他傳統(tǒng)單目標(biāo)優(yōu)化方法比較的突出優(yōu)勢(shì)之處。
   第三部分遺傳算法優(yōu)化含上、下界約束混料試驗(yàn)處方的效果評(píng)價(jià)。采用混料測(cè)試函數(shù)對(duì)單目標(biāo)遺傳算法進(jìn)行模擬測(cè)試。結(jié)果顯示:在自變量取值范圍內(nèi),遺傳算法可以得到與等高線圖法基本一致的最優(yōu)解

5、;求導(dǎo)法得到的最優(yōu)解超出了測(cè)試函數(shù)的自變量取值范圍,其最優(yōu)解不具有實(shí)際意義;等高線圖法確定最優(yōu)解時(shí)存在一定的主觀性。遺傳算法可以得到滿足函數(shù)約束條件的最優(yōu)解,且提供了多個(gè)精確的可供選擇的自變量組合,搜索結(jié)果穩(wěn)定,說(shuō)明該方法優(yōu)化單目標(biāo)混料試驗(yàn)效果理想,可用于實(shí)際混料問(wèn)題的優(yōu)化。
   第四部分基于遺傳算法的混料試驗(yàn)處方優(yōu)化的探索性研究。選用基于極端頂點(diǎn)混料設(shè)計(jì)和D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)的混料試驗(yàn)處方優(yōu)化的數(shù)據(jù),采用遺傳算法對(duì)其優(yōu)化,并與原

6、文中傳統(tǒng)方法優(yōu)化的結(jié)果進(jìn)行比較。
   柿子葉提取物的自微乳化釋藥系統(tǒng)最優(yōu)處方的研究中,采用了極端頂點(diǎn)混料設(shè)計(jì)安排試驗(yàn)方案,并采用遺傳算法對(duì)其優(yōu)化分析,大約在進(jìn)化30代以后,搜索結(jié)果趨于穩(wěn)定。得出自微乳化釋藥系統(tǒng)的三種成分油、表面活性劑、助表面活性劑所占的比例分別為33.0%、10.0%、57.0%時(shí),評(píng)價(jià)指標(biāo)目標(biāo)函數(shù)值達(dá)到最大為0.9558,并進(jìn)一步得到自微乳傳遞系統(tǒng)中總黃酮類化合物的溶解度為49.12mg/g,比等高線圖法求

7、得的值增大1.32mg/g;納米乳劑的液滴大小為22.92nm,比等高線圖法求得的值減小2.02 nm,更接近處方優(yōu)化的最優(yōu)值。
   對(duì)金黃色葡萄球菌有抑制作用的抗菌劑最優(yōu)處方的研究中,采用了D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)安排試驗(yàn)方案,并采用遺傳算法對(duì)其優(yōu)化分析,大約在10代以后,搜索結(jié)果趨于穩(wěn)定。得出抗菌劑的三種配方天然抑菌劑、殼聚糖、迷迭香提取物的比例分別為13.7%、60.9%、25.4%時(shí),試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌率達(dá)到最

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