基于量子遺傳算法的盲源分離算法研究.pdf

1、中國科學(xué)技術(shù)人學(xué)博Jj論文摘要摘要盲信號處理是信號處理研究領(lǐng)域近年來一個高速發(fā)展的分支，其中的盲源分離研究因其在語音信號處理、通信和醫(yī)學(xué)信號處理等的潛在應(yīng)用而受到越來越多的重視。本文的研究重點包括盲源分離及其優(yōu)化算法——量子遺傳算法，課題研究具有重要的理論價值和應(yīng)用價值。其主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新之處包括：(1)盲源分離的瞬時混疊模型研究。首先研究了盲源分離的瞬時混疊模型；在基于信息論理論的盲源分離算法研究中，討論了負(fù)熵最大化的盲源分離準(zhǔn)則，

2、提出了基于最速下降法和牛頓迭代法的獨立分量分析快速算法。該算法能明顯加快收斂速度，且避免收斂速度不均勻問題。在基于高階統(tǒng)計理論的盲源分離算法研究中，討論了高階統(tǒng)計理論的盲源分離準(zhǔn)則，提出了基于高階統(tǒng)計理論和遺傳算法的盲源分離算法。算法利用了遺傳算法的全局尋優(yōu)特點，能獲得很好的分離效果，且解決了常規(guī)算法易陷入局部最優(yōu)的問題。(2)量子遺傳算法研究。首先介紹了量子計算的理論基礎(chǔ)，對量子遺傳算法進(jìn)行了改進(jìn)，并從理論上證明了算法的全局收斂性。算

3、法采用多狀態(tài)基因量子比特編碼方式和通用的量子旋轉(zhuǎn)門策略，采用動態(tài)調(diào)整旋轉(zhuǎn)角機制，并引入量子相干交叉操作擴大搜索范圍，利用量子非門實現(xiàn)量子變異，避免了早熟收斂。提出了多宇宙并行量子遺傳算法。算法中給出了不同宇宙數(shù)量下的并行結(jié)構(gòu)，以及宇宙內(nèi)采用量子旋轉(zhuǎn)門演化和量子變異、宇宙問采用移民和量子交叉的兩種信息交互方式，使得搜索效率和搜索能力得到更進(jìn)一步提高。(3)量子遺傳算法在盲源分離瞬時混疊模型中的應(yīng)用研究。將量子遺傳算法和多宇宙并行量子遺傳算

4、法應(yīng)用于盲源分離瞬時混疊模型，提出了一種基于量子遺傳算法和獨立分量分析的盲源分離新算法，仿真結(jié)果表明了采用量子遺傳算法的盲源分離算法的分離效果和運算效率優(yōu)于采用常規(guī)遺傳算法的盲源分離算法。提出了一種基于多宇宙并行量子遺傳算法和獨立分量分析的盲源分離新算法，通過對采用常規(guī)遺傳算法、量子遺傳算法和多宇宙并行量子遺傳算法的盲源分離算法的仿真結(jié)果比較，表明了基于多宇宙并行量子遺傳算法的盲源分離算法的分離效果更好，而且運算效率更高。中國科學(xué)技術(shù)大

5、學(xué)博士學(xué)位論文ABSTRACTABSTRACTBlindsignalprocessingisafastdevelopingbranchinsignalprocessingresearcharearecentlyTheresearchofBlindSourceSeparation(BSS)istakingmoreandmoreregardsbecauseofitspotentialapplicationsinspeechsignalpro

6、cessing，communicationandbiomedicalsignalprocessingThisdissertationdealswithBSSanditsoptimizationalgorithm———QuantumGeneticAlgorithm(QGA)ThemainworkandcontributionsofthedissertationaresummarizedasfoIlows：(1)Researchofinst

7、antmixedmodelinBSSAtfirst，instantmixedmodelinBSSisintroducedInthealgorithmresearchbasedoninformationtheoryNegentropymaximizationcriteriaisdiscussed，anewFastICAalgorithmcombinedNewtoniterationandgradientmethodisputforward

8、Theproposedalgorithmcanraisetheconvergencespeedandcanavoidthean—uniformityofconvergencespeedintheoriginalalgorithmInthealgorithmresearchusinghighorderstatistics，anovelBSSalgorithmbasedonthecombinationofgeneticalgorithman

9、dIndependentComponentAnalysis(1CA)isproposedTheproposedalgorithmcallacquirebeRerseparatingeffectandcansolvetheproblemoflocaloptimumthatiseasilystackedintobynormalnumericalsolutionusingtheglobaloptimizefeatureofgeneticalg

10、orithm，(2)ResearchofquantumgeneticalgorithmOntheintroductionoftheoreticbasisofquantumcomputation，animprovedQGAisproposedQGAadoptsmulti—qubittoexpressmulti—stategene，constructsaunitedquantumcrossoveramongeachindividual，pu

11、tforwardsageneralquantumrotationgatestrategyanddynamicadjustingrotationanglemechanism，usequantumNOTgatetealizequantummutationtoavoidprematureconvergenceTheglobalconvergenceisprovedtheoreticallyAnovelMultiuniverseParallel

12、QuantumGeneticAlgorithm(MPQGA)isputforwardInthealgorithm，thedefinitetopologicalstructureispresentaccordingtothenumberofuniversesTwoinformationexchangemethodsareproposed，whicharequantumrotationgatestrategyevolutionandquan

13、tummutationinsideuniverse，thebestemigrationandquantumcrossoveroperationbetweenuniversesAllthesemaketheMPQGAwithhigherefficiencyandapplicability(3)ApplicationresearchofQGAininstantmixedmodelofBSSQGAandMPQGAareappliedtoins

14、tantmixedmodelofBSSAnewBSSalgorithmbased0nthecombinationofQGAandICAisputforwardThesimulationresultshowsthattheeffectandefficiencyoftheBSSmethodusingQGAisbetterthanthatofConventionalGeneticAlgorithm(CGA)AnovelBSSalgorithm