基因表達(dá)式編程理論及其監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)模型研究.pdf

1、基因表達(dá)式編程是進(jìn)化算法的新成員，雖然得到了廣泛而深入的應(yīng)用研究，但至今尚未有系統(tǒng)和完善的理論研究成果，還無法揭示其運(yùn)行的數(shù)學(xué)機(jī)理，對(duì)于一些關(guān)鍵技術(shù)的改進(jìn)也就缺少了理論支撐，這對(duì)基因表達(dá)式編程和進(jìn)化算法的研究和發(fā)展都是非常不利的。此外，目前經(jīng)典的機(jī)器學(xué)習(xí)方法在解決分類和復(fù)雜函數(shù)關(guān)系發(fā)現(xiàn)問題時(shí)所構(gòu)建的監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)模型，在可理解性、精度以及泛化能力上，還存在諸多問題。
　　 有鑒于此，本文對(duì)基因表達(dá)式編程理論和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研

2、究。首先，通過分析基因表達(dá)式編程的運(yùn)行機(jī)理，利用一系列的數(shù)學(xué)推理，構(gòu)建了基因表達(dá)式編程的模式理論，給出了基因表達(dá)式編程的基因塊假設(shè)，分析了基因表達(dá)式編程的模式收斂性，其次，基于模式定理成立的必要條件，提出了自適應(yīng)遺傳算子的設(shè)計(jì)方案。最后，在理論研究的基礎(chǔ)上，對(duì)基本基因表達(dá)式編程中的染色體生成、個(gè)體解碼求值等關(guān)鍵技術(shù)提出了改進(jìn)方法。進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)分析后給出了改進(jìn)的基因表達(dá)式編程算法。
　　 在監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)模型研究方面，為了提高學(xué)

3、習(xí)模型的噪聲數(shù)據(jù)處理能力和泛化能力，本文基于改進(jìn)的基因表達(dá)式編程算法構(gòu)建了監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)模型，對(duì)算法的適應(yīng)值函數(shù)和算法提前終止條件進(jìn)行了重點(diǎn)研究，并通過兩類分類、多維分類、復(fù)雜函數(shù)關(guān)系發(fā)現(xiàn)問題等實(shí)驗(yàn)對(duì)此監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)模型的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　 本文的主要研究成果包括：
　　 (1)證明了基因表達(dá)式編程有效的同時(shí)為更深入地研究基因表達(dá)式編程奠定了理論基礎(chǔ)。本文通過研究和分析遺傳算法、進(jìn)化規(guī)劃、進(jìn)化編程、遺傳編程、基因表達(dá)式

4、編程各自的特點(diǎn)，對(duì)基因表達(dá)式編程進(jìn)行了形式化定義，在此基礎(chǔ)上，證明了個(gè)體編碼的合法性，給出了基因模式和基因表達(dá)式編程模式的定義，通過一系列的數(shù)學(xué)推理過程，構(gòu)建了基因表達(dá)式編程的模式理論，給出了基因表達(dá)式編程的模式定理和基因塊假設(shè)，利用數(shù)學(xué)分析的方法揭示了基因表達(dá)式編程的運(yùn)行機(jī)理，最后，給出了基因表達(dá)式編程的模式收斂性證明，指出了采用精英保留策略可以防止基因表達(dá)式編程中最優(yōu)模式丟失的問題。
　　 (2)提出了自適應(yīng)遺傳算子方案。本

5、文深入研究了優(yōu)勢(shì)模式在相關(guān)遺傳算子作用下的存活概率，給出了基因表達(dá)式編程模式定理成立的必要條件，在滿足模式定理成立的必要條件下，對(duì)遺傳策略和遺傳算子的參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，指出了相關(guān)遺傳算子的參數(shù)選擇上限，并提出了自適應(yīng)遺傳算子設(shè)計(jì)方案，最后就自適應(yīng)變異算子進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證了自適應(yīng)遺傳算子設(shè)計(jì)方案的可行性；
　　 (3)提出了改進(jìn)的基因表達(dá)式編程算法。本文在理論分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)基本基因表達(dá)式編程中的染色體生成

6、、多樣化種群、個(gè)體解碼求值等關(guān)鍵技術(shù)提出了改進(jìn)方法，給出了相異結(jié)構(gòu)染色體生成、個(gè)體快速解碼求值等算法，并進(jìn)行了相關(guān)理論和實(shí)驗(yàn)分析，最后，基于這些改進(jìn)思想給出了改進(jìn)的基因表達(dá)式編程算法；
　　 (4)構(gòu)建了有效的監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)模型。本文基于改進(jìn)的基因表達(dá)式編程算法構(gòu)建了監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)模型，用于解決分類和復(fù)雜函數(shù)關(guān)系發(fā)現(xiàn)問題。通過構(gòu)造獨(dú)特的適應(yīng)值函數(shù)和交叉驗(yàn)證方法來獲得改進(jìn)的基因表達(dá)式編程算法的提前終止條件，提高了所構(gòu)建的機(jī)器學(xué)習(xí)模型的