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生物启发计算研究现状与发展趋势
Research Status and Development Trends of the Bio-inspired Computation

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朱云龙 1   申海 2 *   陈瀚宁 3   吕赐兴 1   张丁一 1  
文摘 生物启发计算的宗旨是研究自然界生物个体、群体、群落乃至生态系统不同层面的功能、特点和作用机制,建立相应的模型与计算方法,从而服务于人类社会的科学研究与工程应用.它既是人工智能的继承与发展,同时也是从新的角度理解和把握智能本质的方法.本文阐述了生物启发计算所涉及的生物进化论、共生进化论和复杂适应系统的理论起源.在对生物启发计算进行分析、归纳和总结的基础上,介绍了现有生物启发计算算法研究成果,并从最优设计、最优分析和最优控制3个方面对生物启发计算的应用研究成果进行了梳理.以此为基础,进一步地提出了生物启发计算的统一框架模型.最后,围绕并行生物启发计算、具有学习推理和知识学习生物启发计算、生物动力学启发计算、基于微生物群体感应的生物启发计算以及人工大脑、进化硬件、大数据、群集机器人、虚拟生物和云计算等前沿热点理论问题和工程应用问题对生物启发计算的发展方向和研究挑战进行了展望及分析.
其他语种文摘 Bio-inspired computation aims to study the biology function,characteristic and mechanism of the various levels of nature,from biological individual,population,colony until ecosystem,and set up a relevant model and computing method,so as to serve the scientific research and engineering application of human society. It is not only the inheritance and development of artificial intelligence,but also from a new point to understand and grasp the intelligent intrinsic. First,we introduce the bio-inspired computation theoretical origin,involving the biological evolutionism theory,the symbiosis evolution theory and the complex adaptive system theory. Then,we review algorithm research progress and discuss about application research progress from three aspects including optimal plan,optimal analysis and optimal control. Based on comprehensive analysis and summarize existing bio-inspired optimization algorithms,a bio-inspired computation unified framework model is proposed. Finally,a few future directions and research challenges are presented,such as parallel bio-inspired computation,bio-inspired computation with reasoning and knowledge,bio-inspired dynamics computation, bio-inspired computation based on quorum sensing,artificial brain,evolutionary hardware,big data, swarm robot,virtual biological,cloud computing,etc.
来源 信息与控制 ,2016,45(5):600-614,640 【核心库】
DOI 10.13976/j.cnki.xk.2016.0600
关键词 生态系统 ; 复杂适应系统 ; 涌现 ; 生物启发计算 ; 优化计算
地址

1. 中国科学院沈阳自动化研究所, 机器人学国家重点实验室, 辽宁, 沈阳, 110016  

2. 沈阳师范大学物理科学与技术学院, 辽宁, 沈阳, 110034  

3. 天津工业大学计算机科学与软件学院, 天津, 300387

语种 中文
文献类型 研究性论文
ISSN 1002-0411
学科 自动化技术、计算机技术
基金 国家自然科学基金资助项目
文献收藏号 CSCD:5871050

参考文献 共 80 共4页

1.  朱云龙. 生物启发计算: 个体、群体、群落演化模型与方法,2013 被引 1    
2.  Holland J H. Hidden order: How adaptation builds complexity,1995 被引 22    
3.  Holland J H. Adaptation in natural and artificial systems: An introductory analysis with application to biology,control and artificial intelligence,2nd ed,1992:43-65 被引 1    
4.  Parpinelli R S. New inspirations in swarm intelligence: A survey. International Journal of Bio-Inspired Computation,2011,3(1):1-15 被引 7    
5.  Xing B. Innovative computational intelligence: A rough guide to 134 clever algorithms,2013 被引 1    
6.  Karafotias G. Parameter control in evolutionary algorithms: Trends and challenges. IEEE Transactions on Evolutionary Computation,2015,19(2):167-187 被引 6    
7.  Goh C K. A competitive-cooperative coevolutionary paradigm for dynamic multiobjective optimization. IEEE Transactions on Evolutionary Computation,2009,13(1):103-127 被引 41    
8.  Oca M A M D. Effects of inter-agent communication in ant-based clustering algorithms: A case study on communication policies in swarm systems. LNCS 3789: MICAI 2005: Advances in Artificial Intelligence,2005:254-263 被引 1    
9.  Garnier S. The biological principles of swarm intelligence. Swarm Intelligence,2007,1(1):3-31 被引 24    
10.  Nagpal R. A catalog of biologically-inspired primitives for engineering self-organization. LNCS 2977: Engineering self-organising Systems, Nature-Inspired Approaches to Software Engineering,2004:53-62 被引 1    
11.  Nedjah N. Parallel evolutionary computations,2006 被引 1    
12.  Zhang J. Evolutionary computation meets machine learning: A survey. IEEE Computational Intelligence Magazine,2011,6(4):68-75 被引 10    
13.  Blum C. Swarm intelligence,2008:43-85 被引 2    
14.  曾志波. 基于BP人工神经网络和遗传算法的船舶螺旋桨优化设计. 船舶力学,2010,14(1):20-27 被引 16    
15.  甘泉. 粒子群优化算法在船型优化设计中的应用仿真. 计算机仿真,2013,30(7):367-370 被引 2    
16.  Mcgookin E W. Ship steering control system optimization using genetic algorithms. Control Engineering Practice,2000,8(4):429-443 被引 8    
17.  Ali N. Optimal geometrical design of aircraft using genetic algorithms. Transactions of the Canadian Society for Mechanical Engineering,2003,26(4):373-388 被引 1    
18.  褚晓广. 基于涡旋机的新型压缩空气储能系统动态建模与效率分析. 电工技术学报,2011,26(7):126-132 被引 6    
19.  Choi J W. Performance analysis of an aircraft gas turbine engine using particle swarm optimization. International Journal of Aeronautical and Space Sciences,2014,15(4):434-443 被引 1    
20.  白国振. 基于改进粒子群算法的并联机械手运动学参数辨识. 信息与控制,2015,44(5):545-551 被引 7    
引证文献 5

1 乔俊飞 城市污水处理过程模型研究综述 信息与控制,2018,47(2):129-139
被引 3

2 孙健 基于混沌变异蝙蝠算法的无人机战场侦察目标跟踪 信息与控制,2018,47(2):140-148
被引 3

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