遗传算法用于傅里叶变换红外光谱的定量解析

本文利用遗传算法对混叠的傅里叶变换红外光谱图进行了定量的解析。文中分析了最多包含了十个组分的大气有毒有机物（苯，四氯化碳，氯苯，硝基苯，苯酚，甲苯，甲醇，邻甲酚，间甲酚和对甲酚）的混合谱图，建立了适当目标函数，使用了自适应变异技术，讨论了交叉和变异概率对结果的影响。结果证明遗传算法有着极好的非线性特征。在适当的条件下，结果的相对误差小于1％。     

应用遗传算法在FTIR图谱库中进行谱图检索

本文应用遗传算法在PC机上，WINDOWS操作系统上进行纯谱图的检索工作，使用了较简单的目标函数和选择函数，采用了自适应应变异技术，为了避免局优化的产生，在计算过程中的特定条件下引入新的染色体，并利用最佳个体的适应度用做收敛的判据，研究结果表明，即使是对较低浓度，峰形不尖锐的有机化合物来说，也可得到较好的检索结果。     

遗传算法在EXAFS谱图解析中的应用

扩展Ｘ射线吸收精细结构（ＥＸＡＦＳ）谱是研究物质原子近邻结构和表面结构的有力工具。ＥＸＡＦＳ谱的解析通常采用标准样品比较法或最小二乘曲线拟合方法。但前者对标样的要求很高，而后者则参数初值难以确定，且结果有时不唯一。本文提出一种ＥＸＡＦＳ曲线拟合的新方法一遗传算法，并对单配位层Ｃｕ样品的ＥＸＡＦＳ谱图进行了解析，取得满意的结果。     

基于遗传算法的夜天光光谱匹配方法研究

为了满足微光夜视仪室内性能测试的需求,对晴朗夜空满月光光谱和无月时星光光谱进行模拟.首先,对夜视仪的工作光谱范围进行研究,确定需要拟合的光谱波段.接着,对该波段的夜天光谱进行分析,选取合适的光源.采用简单夜天光谱拟合方法,根据目标光谱和光源光谱,得出所需的滤光片衰减曲线,找出该曲线近似对应的滤光片.提出基于遗传算法的光谱构造方法,根据光谱构造理论,采用现有的47种滤光片进行光谱构造,通过遗传算法求解该光谱构造函数,计算出不同滤光片的最佳匹配模式,并进行模拟.实验结果表明,采用基于遗传算法的光谱构造方法对夜天光谱拟合得到的光谱匹配度更高.     

一种近红外光谱特征子区间选择新算法

为了简化光谱模型和提高模型精度,在传统遗传算法中引入Metropolis接受准则,提出了一种新的模拟退火-遗传区间选择算法(SAA-GA-iPLS),用于快速提取近红外光谱特征子区间,采用偏最小二乘法(PLS)建立近红外光谱模型。以黄瓜叶近红外光谱数据及其类胡萝卜素含量为例,将全光谱分为40个区间,模拟退火-遗传算法能快速优选出7个子区间(分别为第3,5,14,18,21,32,33子区间),在所选7个子区间的基础上建立了黄瓜叶类胡萝卜素PLS光谱模型。与传统遗传算法的比较结果表明:无论是建模效果还是算法执行效率,模拟退火-遗传算法均优于传统遗传算法。     

波长优选对土壤有机质含量可见光/近红外光谱模型的优化

可见光/近红外光谱模型是土壤属性预测的有效工具。波长优选在光谱建模过程中起着重要作用。文中首先利用从安徽省涡阳县采集的130个砂姜黑土土壤样本获得可见光/近红外光谱,然后利用平滑与多重散射校正联合的光谱预处理方式消除光谱中的无关变量和冗余信息以提高模型预测结果的相关性,再利用SPXY方法挑选建模集样本,分别利用连续投影算法和遗传算法进行波长优选,最后利用留一法进行交互验证建立有机质含量的主成分回归模型。研究结果显示：连续投影算法和遗传算法都可以有效地减少参与建模的波长数并提高模型的准确度,尤其是遗传算法能够更好地提高土壤有机质含量预测精度,其相关系数、预测均方根误差和相对分析误差分别达到0.9316,0.2142和2.3195。通过合适的特征波长选取,不仅计算量可以大大减少,预测精度也会有效提高。     

基于非均匀B样条曲线的红外数据的精确拟合及校正

红外谱图数据的精确拟合是建立标准谱图的重要组成部分,是光谱仪器正确进行定性和定量分析的基础。文章采用非均匀B样条对红外谱图数据进行曲线拟合,通过采用基于最大范数距离的B样条拟合算法,不仅解决了大容量红外谱图的精确拟合问题,同时对谱图峰值精确定位也提供了方便。文章介绍了非均匀B样条曲线,以及二阶(三阶)非均匀B样条曲线拟合的实现,重点描述了红外谱图数据拟合精度的控制方法。     

中红外和近红外数据融合的香型风格判别

烤烟香型的判别一直是烟草行业的关注焦点。利用中红外和近红外光谱对189份不同香型的烟叶进行分析。分别从中红外谱图数据中提取21个特征波数处以及近红外谱图数据中13个特征波数处的吸光值作为影响因素。通过主成分分析方法分别对选取的中红外、近红外数据进行烟叶清香型、中间香型和浓香型三种香型风格的定性分析。结果表明基于中红外和近红外数据PCA投影图中三种香型混淆严重,区分界面不清晰。随后,将中红外、近红外数据进行融合,将提取的34个特征波数处的吸光值同时代入主成分分析, 得到基于中红外和近红外融合数据的PCA投影图。该投影图可以将不同香型的烟叶明显地区分出来。随后利用后退法和遗传算法对中红外和近红外融合后的34个吸光度值进行变量选择,后退法选择出了24个变量,遗传算法选择出了19个变量。对比34,24和19个变量的烟叶三种香型风格的主成分投影图,遗传算法虽然选择了比较少的变量,但其仍然可以将烟叶进行准确的分类。利用遗传算法对中红外和近红外融合后数据进行变量选择,剔除对烟叶香型分类影响小的因素。最后,利用支持向量机建立烟叶清香型、中间香型和浓香型分类判别模型。该模型的建模结果准确率为92.72%,其中清香型、中间香型和浓香型的准确率分别为93.75%,92.11%和91.84%。内部交叉验证留一法结果准确率为88.74%,其中清香型、中间香型和浓香型的准确率分别为90.63%,86.84%和87.76%。对未知样本预报结果的准确率为86.84%,其中清香型、中间香型和浓香型的准确率分别为88.24%,85.71%和85.71%。无论是建模结果、留一法结果和预报结果其准确率都大于85%。研究结果表明中红外和近红外数据融合可以提供更多的特征信息,利用这些信息可以建立烟叶香型风格的分类判别模型,为烟叶香型风格快速鉴别提供帮助。     

基于多适应度量子遗传算法的X射线荧光重叠峰分解

智能算法在对谱峰重叠严重的复杂地质样品进行分析时,往往存在计算量过大、弱峰误差较大、收敛于局部极小值或不收敛等问题。量子遗传算法因其具有良好的收敛性,可用于X射线荧光光谱重叠峰的分解。针对X射线荧光分析过程中经常遇到的谱峰重叠问题,提出了一种基于元素关联高斯混合模型（GMM-ER）和多适应度量子遗传算法的重叠峰分解方法。首先介绍了基于元素K系和L系特征X射线的重叠峰GMM-EB模型。然后基于X射线荧光光谱的物理特性,对传统量子遗传算法进行了改进,引入了多适应度函数。由锰、铁、钴和镍的特征X射线产生一段谱峰严重重叠的模拟光谱,然后基于GMM-EB模型,分别用传统量子遗传算法和改进的多适应度量子遗传算法对模拟光谱进行了10次解析。实验结果显示,改进后的量子遗传算法的重叠峰分解精度平均提高了32.1%,最佳分解精度提高了73.9%。应用改进量子遗传算法进行分解时,含量比例低的元素分解精度得到较大改善,最佳情况下元素分解的相对误差范围缩小了64.5%。并且,改进算法收敛速度快于传统算法。该方法适合严重重叠谱峰的分解,且对弱峰有较高的分解精度。     

基于数字微镜的光谱可调星模拟器光源系统

为满足对星敏感器在各种谱线分布下对探测能力的高精度标定,提出了一种基于数字微镜的星模拟器光源系统设计方案,在一定程度上解决了由星模拟器与星敏感器观星的色温不匹配对星敏感器光信号定标精度产生的问题。从理论上分析了光谱不匹配影响定标精度的原理,设计了基于数字微镜器件的光谱可调的恒星光谱模拟系统。采用遗传算法作为光谱匹配,通过遗传算法求解不同的光谱构造函数实现对不同光谱的模拟。最后分别对5 nm分辨率和20 nm分辨率的光谱模拟系统在3 900,4 800,6 500 K 3种色温下进行了测试。测试结果表明,该星模拟器的恒星光谱模拟精度在5 nm分辨率下优于2%,在20 nm分辨率下优于5%。     

“0.618”法、Fibonacci法、抛物线法搜寻复摆周期极值点

在实验室条件下,用"0.618"法、Fibonacci法和抛物线法来搜寻钟摆复摆周期极值点位置.通过实验发现,Fibonacci法在搜索精度上比"0.618"法高,但在搜寻速度上不占优势,而抛物线法在搜寻速度和精度上比"0.618"法和Fibonacci法都好.     

FAAS法对三种制备样品方法的研究

在FAAS法分析中，样品预处理始终占有极为重要的位置。本文比较了三种样品消化方式，即传统酸消化法，灰化法及微波消化法。传统的消化方式过程长、速度慢、效率低、而且被测元素易受到损失及易污染等不足，而微波是一种非常快捷、省时、省试剂和无污染的消化方式。通过对校准物质贻贝中的铜、锌、铁的测定结果证明微波消化方式比传统的消化方式优点多。     

能量色散X射线荧光分析中改进型基本参数法研究

能量色散X射线荧光分析方法是目前常用的一种多元素分析方法,但该方法检出限和分析精度,受到分析基体的影响。基本参数法是目前一种常用的分析方法,但在使用过程必须获取净峰面积和基体所有成分,而在实际使用时,尤其在分析低含量样品时,净峰面积计算、基体中“暗物质”影响了测量精度,制约了基本参数法的应用。针对基本参数法的不足,将谱线解析方法与基本参数法融合,将重叠峰剥离过程嵌入基本参数法迭代过程中。在含量计算过程中,采用分析样品特征X射线分支比的理论系数,对重叠峰进行剥离,解决能量色散X射线荧光测量中净峰面积计算和定量分析问题;在计算过程中,对“暗物质”进行均一化处理。通过对标准物质测量分析,结果表明对于Ni,Cu,Zn三个元素改进型基本参数法(改进型FP)测量结果准确度高于影响系数法。     

An impulse integrator for Langevin dynamics

The best simple method for Newtonian molecular dynamics is indisputably the leapfrog Stormer-Verlet method. The appropriate generalization to simple Langevin dynamics is unclear. An analysis is presented comparing an ‘impulse method’ (kick; fluctuate; kick), the 1982 method of van Gunsteren and Berendsen, and the Brünger-Brooks-Karplus (BBK) method. It is shown how the impulse method and the van Gunsteren-Berendsen methods can be implemented as efficiently as the BBK method. Other considerations suggest that the impulse method is the best basic method for simple Langevin dynamics, with the van Gunsteren-Berendsen method a close contender.     

复化辛普森法和傅里叶法在衍射计算上的比较

通过快速傅里叶变换(FFT)法和复化辛普森法对衍射的数值进行计算,可以看出快速傅里叶变换法是一种积分变换法,而复化辛普森法则是迭代相加的方法.通过计算得出了FFT法的计算速度高于复化辛普森法,计算精度则远低于复化辛普森法;复化辛普森法适合近距离菲涅尔衍射和近场衍射,而FFT法不适合.     

基于B样条的拉曼光谱基线校正方法

基线漂移是光谱检测仪器普遍存在的现象,会对光谱信号的特征提取带来十分不利的影响,而基线校正是解决该问题的重要手段,也是拉曼光谱信号预处理的重要组成部分。基线校正的原理一般是通过拟合基线的方法来去除光谱信号中的基线漂移。传统的基线校正方法是利用多项式拟合的方法对拉曼光谱信号的基线进行拟合的,但是该方法容易出现过拟合和欠拟合现象,且拟合阶数难以确定。针对传统方法的缺点进行了改进,利用B样条方法对拉曼光谱信号的基线进行拟合,发挥B样条低阶光滑的优点,能够有效地克服多项式方法的缺陷。在实验中,利用该方法对孔雀石绿、罗丹明B的拉曼光谱信号进行了基线校正,观察并比较该方法和传统方法的校正结果。实验结果表明,该方法能够有效地消除拉曼光谱信号的基线漂移,在基线漂移较小和较大的位置,可以采用相同的拟合阶数,不会出现欠拟合和过拟合的现象,获得了良好的基线校正效果,为进一步分析光谱数据提供准确可靠的信息。     

用松弛法解薛定谔方程

求解定态薛定谔方程常常会涉及到常微分方程的本征值问题.目前解常微分方程本征值用的比较多的方法是以龙格-库塔方法为基础的打靶方法.打靶方法常用,但是计算时间长.当边界条件比较复杂或比较敏感的时候,用松弛法会有更好的效果.本文用松弛法解薛定谔方程,并和理论解进行比较.发现松弛法得到的数值解和理论解符合度很高,而且使用松弛法能够很快得到符合要求的解.     

微波器件微放电阈值计算的快速单粒子蒙特卡罗方法

为了计算微波器件的微放电阈值,提出了一种快速单粒子蒙特卡罗方法.该方法对二次电子出射能量、出射角度和相位等参数进行随机处理,结合四阶龙格库塔法和Furman模型模拟了电子运动和二次电子发射系数,并以多次连续碰撞的二次电子发射系数的算数平均值作为微放电效应发生的判据.以平板传输线横电磁模式为研究对象,分别采用快速单粒子蒙特卡罗方法、统计模型、传统蒙特卡罗方法以及粒子模拟方法计算其微放电阈值和敏感区域.计算结果表明,该方法不仅具有与统计模型和粒子模拟方法相当的计算精度,而且比统计模型方法的适应性更强,比传统蒙特卡罗方法的稳定性更好,比粒子模拟方法的计算效率高几十倍以上.     

基于经验模态分解和小波阈值的冲击信号去噪

冲击信号是非线性的并且容易受到噪声污染。为研究冲击信号去噪的问题,本文针对经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)去噪和小波阈值去噪方法存在的不足,提出了基于EMD的小波阈值去噪方法。单纯的EMD去噪方法会在去除高频噪声的同时压制高频的有效信息。本文将EMD与小波阈值去噪相结合,利用连续均方误差准则确定含噪较多的高频固有模态函数(Intrinsic Mode Function, IMF),对高频IMF分量进行小波阈值去噪,以分离并保留这些分量中的有效信息,同时保持低频IMF分量不变。对模拟数据和实际冲击信号进行去噪处理,结果表明,基于EMD的小波阈值去噪方法的去噪效果优于单纯的EMD去噪方法和小波阈值去噪方法。     

蒙特卡洛模拟漫辐射时两种确定表面发射方向方法的比较

介绍一种有效的确定能束发射方向的方法——切球法.分析传统方法和切球法确定发射方向的原理及实施过程,说明切球法更为方便.采用2种方法对一简单的几何模型的角系数进行蒙特卡洛计算,所得结果与文献中积分结果进行比较,说明了切球法的可行性,计算精度能满足工程要求.同时对2种方法的计算耗时进行比较,切球法可以节省计算时间.将切球法应用到复杂系统中其优越性将会得到更加充分体现.