第5章 免疫算法

第5章免疫算法研究背景在生物科學領域，人們對進化、遺傳和免疫等自然現(xiàn)象已經(jīng)進行了廣泛而深入的研究；進化算法是建立在模仿生物遺傳與自然選擇基礎上的一種并行優(yōu)化算法，其性能優(yōu)異、應用廣泛；進化算子在為每個個體提供了進化機會的同時，也無可避免地產(chǎn)生了退化的可能；大多數(shù)待求問題有可以利用的先驗知識或特征信息，故可以利用這些信息來抑制進化過程中的退化現(xiàn)象；生物免疫理論為改進原有算法的性能，建立集進化與免疫機制于一體的新型全局并行算法奠定了基礎。

免疫學習算法非選擇算法（Forrest）；免疫學習算法（Hunt&Cooke）；免疫遺傳算法（Chun）；免疫Agent算法（Ishida）；免疫網(wǎng)絡調節(jié)算法（Wang&Cao）；免疫進化算法（Jiao&Wang）.AIS的應用

自動控制

故障診斷

模式識別

圖象識別

優(yōu)化設計

機器學習

網(wǎng)絡安全AIS在控制領域中的應用PID型免疫反饋控制器（Takahashi）；機器人控制（Mitsumoto,Ishiguro,Lee）；控制系統(tǒng)的設計（Ishida）；復雜動態(tài)行為建模和自適應控制（Kumak）；倒立擺的控制（Bersini）。AIS在故障診斷中的應用基于相關識別特性的免疫網(wǎng)絡模型用于故障診斷的方法（Ishida）；通過構造大規(guī)模獨特型免疫網(wǎng)絡來建立用于在線服務的故障診斷系統(tǒng)（Ishiguru）。AIS在模式識別中的應用Hunt等人開發(fā)了一種具有學習能力的人工免疫系統(tǒng)并用于模式識別。AIS在聯(lián)想記憶中的應用Gilbert等人采用免疫網(wǎng)絡模型設計了一種內容可訪的自動聯(lián)想記憶系統(tǒng)并用于圖像識別。AIS在優(yōu)化設計中的應用永磁同步電動機的參數(shù)修正的優(yōu)化設計；電磁設備的外形優(yōu)化；VLSI印刷線路板的布線優(yōu)化設計；函數(shù)測試；旅行商問題的求解；約束搜索優(yōu)化問題和多判據(jù)設計問題；AIS在網(wǎng)絡安全的應用數(shù)據(jù)檢測（Forrest）；病毒檢測（Kephart）；UNIX過程監(jiān)控（Forrest）。免疫進化算法生物免疫的啟示在生物自然界中，免疫現(xiàn)象普遍存在，并對物種的生存與繁衍發(fā)揮著重要的作用；生物的免疫功能主要是由參與免疫反應的細胞或由其構成的器官來完成的；生物免疫系統(tǒng)是通過自我識別、相互刺激與制約而構成了一個動態(tài)平衡的網(wǎng)絡結構。免疫生物學的基本概念

抗原是指能夠刺激和誘導機體的免疫系統(tǒng)使其產(chǎn)生免疫應答，并能與相應的免疫應答產(chǎn)物在體內或體外發(fā)生特異性反應的物質。

抗體是指免疫系統(tǒng)受抗原刺激后，免疫細胞轉化為漿細胞并產(chǎn)生能與抗原發(fā)生特異性結合的免疫球蛋白，該免疫球蛋白即為抗體。免疫系統(tǒng)的主要特點

免疫識別

免疫應答

免疫耐受

免疫記憶

免疫調節(jié)算法研究生物學概念與理論方法：工程計算方法進化＋免疫

傳統(tǒng)進化算法是在一定發(fā)生概率的條件下，隨機地、沒有指導地迭代搜索，因此它們在為群體中的個體提供了進化機會的同時，也無可避免地產(chǎn)生了退化的可能。

每一個待求的實際問題都會有自身一些基本的、顯而易見的特征信息或知識。然而進化算法中的交叉和變異算子在求解問題時，操作的可變程度較小?；靖拍?/p>

抗原 所有可能錯誤的基因，即非最佳個體的基因。

疫苗 根據(jù)進化環(huán)境或待求問題的先驗知識，所得到的對最佳個體基因的估計。

抗體 根據(jù)疫苗修正某個個體的基因所得到的新個體。免疫算子有兩種類型：

全免疫

非特異性免疫

目標免疫

特異性免疫免疫思想的實現(xiàn)

免疫算子即：群體中的每個個體在進化算子作用后，對其每一環(huán)節(jié)都進行一次免疫操作的免疫類型；即：在進行了進化操作后，經(jīng)過一定的判斷，個體僅在作用點處發(fā)生免疫反應的一種類型。免疫操作的基本過程

首先，對待求問題進行具體分析，從中提取出最基本的特征信息；

其次，對此特征信息進行處理，以將其轉化為求解問題的一種方案；

最后，將此方案以適當?shù)男问睫D化成免疫算子以實施具體的操作。免疫算子

算法中的免疫思想主要是在合理提取疫苗的基礎上，通過免疫算子來實現(xiàn)的；

免疫算子由接種疫苗和免疫選擇兩個操作完成的。TheImmuneoperator為了防止群體的退化。為了提高個體的適應度。設個體x，給其接種疫苗是指按照先驗知識來修改x的某些基因位上的基因或其分量，使所得個體以較大的概率具有更高的適應度。疫苗是從先驗知識中提煉出來的，它所含的信息量及其準確性對算法性能的發(fā)揮起著重要的作用。免疫算子接種疫苗之這一操作一般分兩步完成：第一步是免疫檢測，即對接種了疫苗的個體進行檢測，若其適應度仍不