基于遺傳算法的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)優(yōu)化探討

朱威威

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，帶動(dòng)計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代化進(jìn)程離不開(kāi)計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的支持。計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)是提升計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)性能的主要手段，為人們上網(wǎng)學(xué)習(xí)工作提供一定的保障。遺傳算法是生物遺傳法則中一種自然選擇最優(yōu)機(jī)制，是促進(jìn)生物不斷進(jìn)化的主要方法，遺傳算法不僅可以運(yùn)用與生物遺傳法則中，還可以應(yīng)用在計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作中，本文就基于遺傳算法來(lái)研究探討設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)優(yōu)化工作，希望可以為計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)優(yōu)化工作貢獻(xiàn)自己的綿薄之力。

關(guān)鍵詞：遺傳算法；計(jì)算機(jī)；通信網(wǎng)絡(luò)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

隨著社會(huì)的進(jìn)步發(fā)展，經(jīng)濟(jì)的繁榮，為了更加便捷的辦公學(xué)習(xí)，為了更有效、可靠的傳遞信息、處理信息，孕育出計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)。但是由于通信網(wǎng)的工作環(huán)境較為復(fù)雜，需要選擇最佳的通信網(wǎng)工作機(jī)制，因此，優(yōu)化計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)成為通訊工程研究領(lǐng)域備受關(guān)注的研究課題。本文基于生物遺傳法則中的遺傳算法來(lái)研究計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，在文中首先系統(tǒng)地介紹遺傳算法與計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)兩大概念；其次，根據(jù)遺傳算法研究計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的傳統(tǒng)方法大多是在經(jīng)驗(yàn)累積的基礎(chǔ)上，人們通過(guò)一些簡(jiǎn)單的計(jì)算方法完成的，計(jì)算簡(jiǎn)單但是也存在明顯的缺點(diǎn)，遺傳算法是在當(dāng)搜索范圍較大時(shí)，可以精準(zhǔn)找到解決問(wèn)題的方法，有較靈活解決問(wèn)題的空間。

一、概述

在這一板塊，筆者簡(jiǎn)要介紹遺傳算法與計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)這兩個(gè)基本概念，其中重要介紹遺傳算法的特點(diǎn)和計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)的主要任務(wù)。

（一）遺傳算法

1.含義。遺傳算法是1957年美國(guó)J.Holland教授首先提出的，是根據(jù)生物界適者生存，優(yōu)勝劣汰遺傳機(jī)制而演化而來(lái)的隨機(jī)化搜索方法。

2.特點(diǎn)。（1）可直接對(duì)結(jié)構(gòu)對(duì)象進(jìn)行操作，無(wú)求導(dǎo)和函數(shù)連續(xù)性限定；（2）具有內(nèi)在的隱并行性和更好的全局尋優(yōu)能力；（3）采用概率化的尋優(yōu)方法，能自動(dòng)獲取和指導(dǎo)優(yōu)化的搜索空間，自適應(yīng)地調(diào)整搜索方向，不需要確定的規(guī)則；遺傳算法是現(xiàn)代有關(guān)智能計(jì)算中的關(guān)鍵技術(shù)，是計(jì)算機(jī)科學(xué)人工智能領(lǐng)域中用于解決最優(yōu)化的一種搜索啟發(fā)式算法，是進(jìn)化算法中的一種，遺傳算法也可以應(yīng)用于計(jì)算機(jī)通信優(yōu)化的探討。

（二）計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)

1.含義。計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)是指將若干臺(tái)具有獨(dú)立功能的計(jì)算機(jī)通過(guò)通信設(shè)備以及傳輸媒體互連起來(lái)，在通信軟件的支持下，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的信息傳輸與交換系統(tǒng)，通信網(wǎng)為計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸和交換提供技術(shù)條件支持，計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展也促進(jìn)通信技術(shù)的發(fā)展，豐富通信網(wǎng)絡(luò)的功能。

2.計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)的任務(wù)。計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)的任務(wù)主要有數(shù)據(jù)傳輸、提供資源共享、提高系統(tǒng)可靠性、采取分布式處理、實(shí)時(shí)管理控制分散的管理對(duì)象、節(jié)省各類(lèi)軟件和硬件的開(kāi)銷(xiāo)等多個(gè)任務(wù)，計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)是信息現(xiàn)代化的主要標(biāo)志。

（三）計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)運(yùn)用遺產(chǎn)算法的優(yōu)勢(shì)

遺傳算法可以有效的解決組合優(yōu)化和復(fù)雜函數(shù)的優(yōu)化問(wèn)題，能夠推動(dòng)計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，其優(yōu)勢(shì)主要有：

1.搜索選擇范圍廣。在進(jìn)行優(yōu)化選擇時(shí)可以將全部?jī)?yōu)化變量編碼作為搜索對(duì)象，擴(kuò)大優(yōu)化選擇的范圍能夠更加利于問(wèn)題的解決。

2.工作效率高。計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程是由一個(gè)解群向另一個(gè)解群搜索，其效率要高于其他搜索方式。

3.針對(duì)性強(qiáng)。遺傳算法在尋找優(yōu)化方法時(shí)不會(huì)利用除目標(biāo)函數(shù)值外的數(shù)據(jù)信息，具有較強(qiáng)的針對(duì)性。

二、基于遺傳算法的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

（一）計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的要求

1.連通性。要保障在通信網(wǎng)中計(jì)算機(jī)之間的連通性，合理解決因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)設(shè)備有限或出現(xiàn)故障造成無(wú)法連通的情況，連通性是計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本要求之一。

2.可靠性。主要指的是通信網(wǎng)的信道和設(shè)備不易出現(xiàn)故障，或有備用信道和設(shè)備進(jìn)行迂回傳遞信息，保障通信網(wǎng)的通暢。

3.快速通信。計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)采用分組交換，需要分組在交換機(jī)中排隊(duì)等待，造成傳輸時(shí)延，在計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中盡量減少時(shí)延，保證快速通信。

4.高質(zhì)量。計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸工作時(shí)出現(xiàn)誤碼率低、信噪比大。

5.靈活性強(qiáng)。計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)需要逐步投資擴(kuò)建，在擴(kuò)建過(guò)程中不斷有新用戶(hù)加入通信網(wǎng)中，這就要求計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)能夠有不斷擴(kuò)容的靈活性。

6.經(jīng)濟(jì)適用性強(qiáng)。在計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中要充分考慮經(jīng)濟(jì)因素，盡量做到經(jīng)濟(jì)適用，減少經(jīng)濟(jì)開(kāi)支，實(shí)現(xiàn)利益最大化。

（二）計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要步驟

按照遺傳算法對(duì)計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，必須嚴(yán)格按照規(guī)定的步驟進(jìn)行，避免出現(xiàn)算法錯(cuò)誤，影響計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)優(yōu)化進(jìn)程，造成更大的經(jīng)濟(jì)損失。計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的步驟主要分為確立編碼方案、適應(yīng)度運(yùn)算、選擇運(yùn)算、交叉運(yùn)算、變異運(yùn)算等五個(gè)基本步驟，下面筆者進(jìn)行具體分析著五個(gè)基本步驟：

1.確立編碼方案：經(jīng)過(guò)程序編碼后的序列稱(chēng)為染色體，這些染色體隨機(jī)產(chǎn)生一組初始染色體，初始染色體又被稱(chēng)為計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案中的初始群體。

2.適應(yīng)度運(yùn)算：初始群體數(shù)據(jù)在上一環(huán)節(jié)已經(jīng)產(chǎn)生，在這一環(huán)節(jié)中要進(jìn)行適應(yīng)度運(yùn)算，形成組解，對(duì)于形成組解內(nèi)的各個(gè)染色體適應(yīng)度進(jìn)行求解。

3.選擇運(yùn)算：將計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)際所需要的染色體遺傳到下一代群體中，在遺傳完成后在進(jìn)行概率運(yùn)算，并且隨機(jī)產(chǎn)生符合條件的下一代染色體。

4.交叉運(yùn)算：對(duì)新形成的染色體進(jìn)行配對(duì)，計(jì)算交叉概率，然后進(jìn)行部分染色體互換。

5.變異運(yùn)算：在這一運(yùn)算環(huán)節(jié)以變異的概率為主，在變異點(diǎn)對(duì)染色體基因值進(jìn)行改變，重復(fù)進(jìn)行之前運(yùn)算步驟，直到產(chǎn)生符合條件的優(yōu)良個(gè)體，就是計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的最優(yōu)設(shè)計(jì)結(jié)果。

（三）計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果分析

計(jì)算機(jī)通信優(yōu)化設(shè)計(jì)需要有清晰明了的計(jì)算環(huán)境，而遺傳算法是在matlab環(huán)境下進(jìn)行計(jì)算的，種群大小為100，最大迭代次數(shù)為300次，交叉率為0.5，變異率為0.7。在計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用、時(shí)延、可靠性都是0.33，但是為了提高可靠性，達(dá)到低成本的目標(biāo)可以提高到0.5，這樣更有利于提高計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)成果。

三、結(jié)束語(yǔ)

由于經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，對(duì)計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的要求也越來(lái)越高，優(yōu)化計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)成為必然，使用遺傳算法能夠較明顯的優(yōu)化計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)，提高通信網(wǎng)的可靠性，保障通信網(wǎng)連通性，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的快速通信，減少時(shí)延，降低經(jīng)濟(jì)成本，提高通信網(wǎng)的靈活性，使之適應(yīng)新時(shí)期的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。筆者也堅(jiān)信遺傳算法不僅僅可以運(yùn)用到計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，在未來(lái)還能夠被更多領(lǐng)域開(kāi)發(fā)利用，為人類(lèi)社會(huì)提供更加便利的生活方式，提高人們生活水平，總而言之，筆者基于遺傳算法研究計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)的優(yōu)化，就是希望能夠提高計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)的可靠性，更好的服務(wù)于人類(lèi)的生活和工作。

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