簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 楊奇達
論文名稱: 訊息熵輔助之基因演算法用於求解非線性混合整數問題
Information Entropy based Genetic Algorithm as a Solution Method for MINLPs
指導教授: 鄭西顯
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 化學工程學系
Department of Chemical Engineering
論文出版年: 2005
畢業學年度: 93
語文別: 中文
論文頁數: 71
中文關鍵詞: 訊息熵基因演算法混合整數
外文關鍵詞: Information Entropy, Genetic Algorithm, MINLP
相關次數: 點閱:2下載:0
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 非線性混合整數問題(MINLPs),在工程上為重要的問題,因為同時包含結
    構變數(structure variables)與操作變數(operational variables);舉反應蒸餾塔來說,結構變數可為蒸餾段板數、反應段板數、熱交換器的使用與否..等,操作變數可為進料溫度、回流比..等。因此,此種數學模式可以很真實地表達所要解決的問題,故重要的應用在製程或單元的設計上。J.Stichlmair(1995)又提到,特別是對先進製程,因為我們缺乏相關的經驗,若用傳統方法來設計此類問題,往往不能達到最佳的效益,所以應用MINLP於此類問題是非常重要的。以往,解決此種問題的方法,不是有問題上的限制,就是解出來的全域最佳值不甚理想,尚未有一個非常有用且有效的方法。故我們以基因演算法為基礎,配合訊息熵的輔助,並加入區域搜尋,希望藉此能提供MINLP問題一個很有效且容易使用的解法。訊息熵的利用,是幫助我們挑選突變的基因;最佳化過程,訊息指標提供我們資訊,以讓我們知道哪些基因最少被突變到,藉此來幫助跳離區域最佳值,而找到全域最佳值。區域搜尋的利用,讓我們可以有較佳的收斂速度,與解的準確度。我們用於兩個問題,代謝反應網絡與批次多產品設計;代謝反應網絡,我們可以不用對原問題做任何數學轉換,不需增加問題的變數,即可求得不錯的解;並可提供多種不同的網絡架構,讓生化相關人員作可行性的評估。批次多產品設計,我們則以較少的函數呼叫次數,大幅提高命中全域最佳解的機率。最終,我們希望提供一個演算法,能有效的解決非線性混何整數問題。


    第一章 簡介 1 1-1 前言 1 1-2 發展歷史與文獻回顧 2 1-3 研究動機與目的 3 1-4 論文架構 5 第二章 非線性混合整數規劃 6 2-1 熱交換器網路設計7 2-2反應蒸餾塔設計 9 第三章 基因演算法 12 3-1 選擇 15 3-1-1 輪盤式選擇 18 3-1-2 隨機取樣式選擇 19 3-1-3 區域性選擇 20 3-1-4 刪減式選擇 20 3-1-5 淘汰式選擇 21 3-2 交配 21 3-2-1 非連續交配 21 3-2-2 實數交配 22 3-2-2-1 居中型交配 23 3-2-2-2 直線型交配 24 3-2-3 0-1變數型交配 25 3-2-3-1 單點交配 25 3-2-3-2 均勻交配 26 3-3 突變 26 3-3-1 實數型突變 27 3-3-2 0-1變數型突變 28 3-4 重組 28 第四章 原理介紹與方法 29 4-1原理基礎 29 4-1-1訊息熵 29 4-1-2懲罰函數 30 4-1-3區域搜尋突變 31 4-2 研究方法 32 4-3 測試問題 35 4-3-1測試問題一 35 4-3-2 測試問題二 37 第五章 實際例子 38 5-1代謝反應網絡 38 5-1-1問題介紹 38 5-1-2演算法架構與流程圖 46 5-1-3結果與討論 48 5-2 批次多產品設計問題 57 5-2-1 問題介紹 57 5-2-2 演算法架構與流程圖 60 5-2-3 結果與討論 62 第六章 結論與未來展望 68 參考文獻 70

    顏家煌,針對組合材料合成與大量變數設計之資訊引導採樣方法,國立清華大學化工所博士論文,2003

    Adjiman C.S. and Floudas C.A.(2000).Global Optimization of Mixed-Integer Nonlinear Problems.AICHE,Vol.46,No.9,pp1769-1797.

    Bussieck M.R.and Pruessner A. (2003).Mixed-Integer Nonlinear Programming.

    Cardoso M.F., Salcedo R.L. and Barbosa D. (1997).A Simulated Annealing Approach to the Solution of Minlp Problems.Computers Chem. Eng. ,Vol. 21,NO. 12,PP1349-1364.

    Ciric Amy R. and Gu Deyao(1994).Synthesis of Nonequilibrium Reactive Distillation Processes by MINLP Optimization. AICHE,Vol.40,No.9,pp1497-1487.

    Deb K.(2000).An Efficient Constraint Handling Method for Genetic Algorithms. Comput. Methods Appl. Mech. Engrg. 186,pp311-338.

    Floudas C.A. (1995).Nonlinear and Mixed Integer Optimization:Fundamentals and
    Applications,Oxford University Press,New York NY.

    Fogel D.B.(1994).An introduction to simulated Evolutionary Optimization.IEEE
    TRANS. On Neural Networks:Special Issue on Evolutionary
    Computation,Vol.5,No.1,pp.3-14.

    Grossmann I.E. and Roger W.H. Sargent(1979).Optimum Design of Multipurpose
    Chemical Plants. Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev. ,Vol. 18,No. 2,pp343-348.

    Hatzimanikatis Vassily, Floudas C.A. and Bailey J.E. (1996).Optimization of Regulatory Architectures in Metabolic Reaction Networks. Biotechnol. Bioeng.,Vol.52, pp485-500.

    Kocis Gary R. and Grossmann I.E.(1988).Global Optimization of Nonconvex Mixed-Integer Nonlinear Programming(MINLP) Problems in Process Synthesis. Ind. Eng. Chem. Res. 1998,27,pp1407-1421.

    Lemonge Afonso C. C. and Barbosa Helio J.C. (2004).An Adaptive Penalty Scheme for Genetic Algorithms in Structural Optimization.Int. J. Numer. Meth. Engng,59,pp703-736.,

    MINLP World. http://www.gamsworld.org/minlp/solvers.htm
    Ombuki B.M. and Ventresca M.(2004).Local Search Genetic Algorithms for Job Shop Scheduling Problem. Applied Intelligence, 21,99-109.

    Pohlheim H.(2004).GEATbx Introduction Evolutionary Algorithms
    Overview,Methods and Operators.(www.geatbx.com)

    Salcedo R.L. (1992).Solving Nonconvex Nonlinear Programming and Mixed-Integer Nonlinear Programming Problems with Adaptive Random Search. Ind. Eng. Chem. Res. ,31,pp262-273.

    Stichlmair J.and Frey Th.(2001).Mixed-Integer Programming Optimization of Reactive Distillation Processes. Ind. Eng. Chem. Res. ,40,pp5978-5982

    Voit E.O.(1992).Optimization in Integrated Biochemical Systems. Biotechnol. Bioeng. ,40, pp572-582

    Yokota T., Gen M. and Li Y.X.(1996).Genetic Algorithm for Non-Linear Mixed Integer Programming Problems and Its Application.Computers ind.Engng,Vol. 30 ,No.4,pp. 905-917.

    Zamora J.M.and Grossmann I.E.(1998).A Global MINLP Optimization Algorithm for The Synthesis of Heat Exchanger Networks With No Stream Splits.Computers chem.Engng Vol.22,No.3,pp.367-384.

    無法下載圖示 全文公開日期 本全文未授權公開 (校內網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)

    QR CODE