自然樹的生長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)模型及實(shí)現(xiàn).pdf

1、自然樹的生長(zhǎng)過程是一個(gè)最優(yōu)化過程，在其生長(zhǎng)過程中，自然樹的趨光性會(huì)促使枝條向上向外生長(zhǎng)，而另一方面，枝條會(huì)因?yàn)楸舜苏趽跞鄙訇柟庹丈湟约暗叵吗B(yǎng)分供給不足而凋落，此過程總是伴隨著子枝條長(zhǎng)出，老枝條凋落，這樣經(jīng)過幾年或者幾十年不斷的循環(huán)更新，樹的形態(tài)基本穩(wěn)定，該形態(tài)是樹不斷調(diào)整自身以更好地適應(yīng)其生長(zhǎng)環(huán)境而形成的，是一個(gè)最優(yōu)化的結(jié)果。 基于上述思想，本文首先建立自然樹的生長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)模型來模擬樹的生長(zhǎng)過程，然后，將該生長(zhǎng)過程與最優(yōu)化問題的求解

2、過程相對(duì)應(yīng)，用于求解曲線擬合這樣的典型優(yōu)化問題。 從生物學(xué)原理看，自然樹的生長(zhǎng)受光照、水分、降水、溫度等環(huán)境因素的影響，其生長(zhǎng)過程是非常復(fù)雜的。本文通過對(duì)自然樹的生長(zhǎng)過程的認(rèn)識(shí)與分析，總結(jié)出了影響自然樹生長(zhǎng)的四個(gè)基本生長(zhǎng)特性：趨光性、屈地性、競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制以及概率生長(zhǎng)。本文利用自然樹生長(zhǎng)過程中生長(zhǎng)、凋落矛盾統(tǒng)一原理，只考慮陽光和營養(yǎng)對(duì)其生長(zhǎng)、凋落過程的影響，建立陽光適應(yīng)度函數(shù)和營養(yǎng)因子來體現(xiàn)自然樹的趨光性和屈地性的生長(zhǎng)特性；同時(shí)在自然

3、樹的生長(zhǎng)過程中，競(jìng)爭(zhēng)行為占很重要的地位，其競(jìng)爭(zhēng)行為表現(xiàn)為對(duì)資源和空間的競(jìng)爭(zhēng)、抑制分枝產(chǎn)生和導(dǎo)致生長(zhǎng)格局改變，各枝條之間的聯(lián)系是抑制性的，利用競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制和概率生長(zhǎng)生長(zhǎng)特性引入分枝、分層概念；這樣通過抓住這些主要影響特性，將自然樹的復(fù)雜生長(zhǎng)過程抽象出來，建立了生長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)模型。 基于上述思想，本文用VC++6.0實(shí)現(xiàn)了程序編碼，將生成的三維模擬樹顯示于繪圖軟件中。通過對(duì)自然樹形態(tài)的仿真，更好的認(rèn)識(shí)其生長(zhǎng)機(jī)理，然后將此最優(yōu)化生長(zhǎng)過程應(yīng)用于曲

4、線擬合問題。本文利用自然樹的趨光性，建立陽光適應(yīng)度函數(shù)，采用多項(xiàng)式去逼近數(shù)據(jù)序列進(jìn)行曲線擬合，同時(shí)利用營養(yǎng)因子和遮擋因子來控制自然樹的生長(zhǎng)，凋落過程，使得自然樹的形態(tài)一步一步地逼近問題的最優(yōu)解。 最后將兩條有代表性的振蕩函數(shù)的曲線擬合結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法曲線擬合結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示出:本模型相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法運(yùn)行快、擬合精度高，在曲線擬合中初步顯示出其優(yōu)越性。以此驗(yàn)證了生長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)模型的合理性和有效性，為今后在樹狀天線的結(jié)構(gòu)優(yōu)化等問