系統(tǒng)分析的研究和在水利工程中的應(yīng)用.pdf

1、同電氣工程、機(jī)械工程等學(xué)科研究領(lǐng)域相比，土木工程則具有較大模糊性和隨機(jī)性，隨著該學(xué)科的繼續(xù)發(fā)展，許多問題已可通過系統(tǒng)分析的研究得到確定性的結(jié)果，并逐漸向最優(yōu)化方法分析確定結(jié)論方向發(fā)展，可見系統(tǒng)分析在土木工程理論研究和工程應(yīng)用中將會發(fā)揮越來越重要的作用。 系統(tǒng)分析的研究包括5部分。研究應(yīng)用在水利工程方面。 1．系統(tǒng)建模-混合Lotka-Volterra模型將Lotka-Volterra競爭模型與互利模型混合，得到混合的Lo

2、tka-Volterra模型。種群間的關(guān)系，表現(xiàn)為一個周期內(nèi)一段時期競爭，一段時期互利。并證明了混合模型正平衡點的局部漸進(jìn)穩(wěn)定性和全局穩(wěn)定性。 2．系統(tǒng)預(yù)測一考慮模糊區(qū)域的灰色馬爾可夫鏈應(yīng)用于防洪堤水平位移預(yù)測應(yīng)用灰色系統(tǒng)理論和模糊數(shù)學(xué)的方法，建立了考慮模糊區(qū)域的灰色馬爾可夫鏈?zhǔn)筋A(yù)測模型。 3．非線性優(yōu)化算法-工程結(jié)構(gòu)可靠度計算給出滿足響應(yīng)面法的功能函數(shù)求解結(jié)構(gòu)可靠度C++程序。 應(yīng)用劃分網(wǎng)格法與避免了維數(shù)災(zāi)的粗

3、格子點法求解幾何可靠度；通過并行粗格子點法求解可靠度。 在大型工程結(jié)構(gòu)分析中，應(yīng)用幾何可靠度求解，作為約束條件的結(jié)構(gòu)功能函數(shù)較復(fù)雜或結(jié)構(gòu)功能函數(shù)是隱式時，有必要采用罰函數(shù)將約束的優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為無約束的優(yōu)化問題。從結(jié)構(gòu)可靠度幾何意義及懲罰函數(shù)的作用出發(fā)，分析了懲罰結(jié)構(gòu)非極限狀態(tài)可能出現(xiàn)的欺騙性。提出應(yīng)用結(jié)構(gòu)失效區(qū)域的變量來求解幾何可靠度，得到一個不需引入懲罰函數(shù)的無約束優(yōu)化問題。 4．系統(tǒng)仿真-仿真算法自然界物種優(yōu)勝劣汰，

4、適者生存。在相互競爭的多個種群中，必然有某一個種群，其群內(nèi)的個體具有最大的多樣性(Most Diverse Population，MDP)。這個群我們稱之為MDP群。在每個種群內(nèi)，當(dāng)前每一代個體根據(jù)以下因素更新自己：個體自身情況、群內(nèi)最優(yōu)個體、群外最優(yōu)個體(也可取最優(yōu)個體)、MDP群內(nèi)隨機(jī)個體、個體多樣性較優(yōu)群(此種群判斷識別的個體多樣性最優(yōu)群)內(nèi)隨機(jī)個體。實現(xiàn)群個體的適應(yīng)性與種群的個體多樣性的雙重競爭。種群個體適應(yīng)性強(qiáng)，個體多樣性強(qiáng)，

5、種群產(chǎn)生更多的個體。在“雙重競爭”尋優(yōu)機(jī)制的作用下，逐步逼近最優(yōu)個體。 模仿棲息地破壞下種群對環(huán)境的適應(yīng)，提出棲息地破壞群競爭算法。 在GA個體選擇策略中，Holland提出賭輪盤的個體選擇策略，群優(yōu)秀個體被選中機(jī)率較大。DHCPA采用智能個體選擇策略：當(dāng)群個體較少時，下一代產(chǎn)生優(yōu)秀個體的幾率小，這樣會導(dǎo)致算法收斂速度慢，所以我們采用提高選中群內(nèi)優(yōu)個體概率的方法。當(dāng)群個體較多時，我們采用降低選中群內(nèi)優(yōu)個體概率的方法，避免

6、陷入局部最優(yōu)。 智能的選擇策略選中優(yōu)個體的概率逐代提高。 迭代初期，由于棲息地破壞，群個體逐漸減少，淘汰了群內(nèi)劣勢個體加快收斂；隨著種群對棲息地破壞適應(yīng)能力增強(qiáng)，群個體增加，避免陷入局部最優(yōu)，群個體適應(yīng)性和群個體多樣性決定了各群個體的增加快慢。 改進(jìn)PSO算法的慣性權(quán)重。慣性權(quán)重不僅考慮了隨代數(shù)縱向線性變化，也根據(jù)當(dāng)前和迄今粒子的適應(yīng)度重排序橫向線性變化。橫向線性變化上限不變，下限逐漸減小，使得線性變化數(shù)值范圍隨

7、代數(shù)逐漸增大。慣性權(quán)重隨著代數(shù)逐漸取負(fù)，并且適應(yīng)度差的粒子取負(fù)的幾率更大。 5．系統(tǒng)評價一層次分析法n階比較判斷矩陣，通過選擇判斷矩陣n-1個元素aij，ajk，…，alm，amn得到所有不同權(quán)重向量[Wi，wj，Wk，…，W1，Wm，Wn]T，組成權(quán)重向量集合。通過最小二乘法評價集合內(nèi)權(quán)重向量一致性，部分一致性最差權(quán)重向量對應(yīng)權(quán)重求和得到的權(quán)重向量，通過求解廣義偏差函數(shù)的最小二乘問題修正此權(quán)重向量。最終判斷陣權(quán)重向量由修正的權(quán)