基于动态种群多邻域MOEA/D的污水处理过程优化控制

针对污水处理过程中以能耗和罚款为对象的多目标优化控制问题,对基于分解的多目标进化算法(multi-objective evolutionary algorithm based on decomposition,MOEA/D)进行改进,提出基于动态种群的多邻域MOEA/D用于污水处理过程中多目标优化控制。首先,将种群分为3个初始子种群,不同子种群由不同变异策略产生新解,并通过子代进化率对子种群规模进行动态调整,以适应不同进化时期对策略的需求;其次,分析种群在迭代过程中的进化状态,并结合各策略搜索的范围为每种变异策略分配一个邻域,以提升各策略的搜索性能。实验结果表明,该算法的收敛性和多样性相较于传统算法有明显的提升,该算法能够达到对污水处理过程中的目标进行优化的目的。

基于动态种群多策略差分进化模型的多目标进化算法

针对复杂的多目标优化问题,根据不同差分进化策略的特点,提出一种基于动态种群多策略差分进化模型和分解机制的多目标进化算法(MOEA/D-DPMD).该算法将种群划分为3个子种群,每个子种群分配一种差分进化策略.为了提高算法的性能,依据每种差分进化策略的贡献度,动态的调整子种群的规模,各差分进化策略之间相互配合协同进化.采用具有复杂的PS的LZ09系列基准函数,测试新算法的性能,仿真结果表明邻域规模为25时性能最好.通过不同差分进化策略之间的对比分析,新算法也具有较强的优势.将其与MOEAD/DE和NSGA-II算法对比分析,结果显示该算法的收敛性和多样性均优于另外两种算法,是求解复杂多目标问题的有效方法.

基于Maximin的动态种群多目标粒子群算法

针对粒子群优化算法在处理多目标函数优化问题的过程中,往往会出现局部收敛现象,在MOPSO算法基础上提出了一种新的多目标粒子群优化算法.该算法在运行过程中采用动态调整粒子群种群数目的方式使粒子摆脱局部最优解对其的吸引;同时为了克服粒子种群多样性降低带来的影响,将粒子的相对适应度方差引入到Maximin计算公式中.然后基于Pareto最优的概念,利用方差Maximin策略来评价最优解,并保存在可变的外部精英集中,以保证结果的分布性良好.最后,该方法在仿真中取得了良好效果,可以更广泛地应用到复杂工业多目标优化领域中.

基于动态种群的分布式遗传算法

提出了一种基于动态种群模型的分布式遗传算法并对其进行了理论分析 ,该模型由传统并行模型演变而来 ,但更适合于分布式并行处理。在一组由PC机构成的网络环境下给出了该算法求解TSP问题的数值结果 。

动态种群划分量子遗传算法求解几何约束

几何约束问题的约束方程组可转化为优化模型,因此约束求解问题可以转化为优化问题。针对传统量子遗传算法个体间信息交换不足,易使算法陷入局部最优的缺点,提出了动态种群划分量子遗传算法(dynamic population divided quantum genetic algorithm,DPDQGA),并将其应用于几何约束求解中。该算法种群中的个体按照一定规则自发地进行信息交换。在每一代进化的开始阶段,分别对两个初始种群中的个体计算个体适应度。将两个种群合并,使用联赛选择的方法为种群中的个体打分,并按照得分对种群进行排序。最后将合并的种群重新划分为两个子种群。实验表明,基于动态种群划分的量子遗传算法求解几何约束问题具有更好的求解精度和求解速率。

基于动态种群的GEP函数挖掘算法研究

对样本数据进行函数挖掘是GEP研究的一个重要内容。传统的GEP算法往往容易陷入局部最优,为了解决这个问题,本文在动态种群生成策略的基础上,提出了基于动态种群的GEP函数挖掘算法(FMGEP-DP)。实验表明,无论是在噪声数据不大的情况下,还是对于函数类型未知且复杂的数据,与传统的GEP和GP相比,FMGEP-DP的收敛速度要快,函数挖掘成功率要高。

基于动态种群和广义学习的粒子群算法及应用

为了提升粒子跳出局部最优解的能力,本文提出一种动态种群和广义学习粒子群算法(DCPSO)。在算法运行过程中,引入种群增加策略和减少策略以提升种群的多样性,进而提升粒子跳出局部最优解的能力;同时引入广义学习策略以增加粒子飞向全局最优位置的概率。在基准函数的测试中,结果显示DCPSO算法比其它PSO算法有更好的性能;在实际应用中,通过对起重机箱型主梁模型进行优化,结果显示DCPSO算法比其它算法获得了质量更高的解。

基于动态种群的双重学习粒子群优化算法

粒子群算法的全局勘探能力和局部开发能力的不协调往往会导致算法收敛不精、陷入早熟。针对上述问题,提出了基于动态种群的双重学习粒子群优化算法(DP-DLPSO)。首先将粒子种群划分为勘探子种群和开发子种群,让两个子种群以不同的学习机制引导粒子运动,粒子处于寻优期间时,子群体间无信息交流,如果开发种群陷入局部最优也不会影响到勘探种群的寻优能力;其次,采用动态种群思想,勘探种群将会把好的粒子输送到开发种群中去,增加开发种群中有效解的几率,提高粒子的收敛精度;最后,对开发种群采用高斯扰动策略以提高粒子跳出局部最优的能力。将DP-DLPSO与5个改进粒子群算法进行比较,实验结果表明DP-DLPSO在收敛精度和收敛速度上具有更大的优势。

两种诱虫灯下亚洲玉米螟种群动态及迁飞状态分析

【目的】亚洲玉米螟(Ostrinia furnacalis)是我国玉米生产中最具毁灭性的鳞翅目迁飞害虫之一,严重威胁玉米安全生产,比较和评价地面灯和探照灯诱集的玉米螟种群动态和迁飞状态,为玉米螟精准防控技术制定和迁飞监测预警提供科学依据。【方法】2019—2023年连续5年在山东烟台利用地面灯和高空探照灯对玉米螟进行监测,每年4月1日至10月31日逐日检查并统计两种诱虫灯下的玉米螟数量,通过绘制监测曲线分析玉米螟的种群动态;根据每日诱虫量占全年诱虫量的百分比研究分析玉米螟的上灯规律;根据迁飞性昆虫种群数量“突增突减”现象,以及探照灯和地面灯诱虫数量比值,分析玉米螟的迁飞状态。【结果】玉米螟发生数量在年度间和月份间呈差异变化,且探照灯对玉米螟的诱集量高于地面灯,经Pearson相关分析,两种诱虫灯年诱虫总量之间不存在相关性;地面灯和探照灯监测的玉米螟种群动态基本一致,但探照灯诱虫高峰明显,且开始时间早,结束时间晚;地面灯和探照灯下玉米螟上灯规律一致,只有高峰日、一般发生日和不发生日3种类型,且高峰日均以7月中旬为分界点呈现前后两个高峰阶段;迁飞状态分析显示,玉米螟总体上分为两个迁飞过程,5月下旬至6月下旬为第一个迁飞过程,虫量少、历期短,7月下旬至9月中旬为第二个迁飞过程,虫量多、历期长。【结论】地面灯和探照灯下玉米螟种群动态一致,两种灯均可用于监测玉米螟发生动态,但探照灯诱虫数量多、诱虫高峰明显、第一个高峰日早、高峰历期长,在监测玉米螟早期迁飞状态方面更具优势,可及时监控玉米螟发生情况,并做好防控准备;地面灯和探照灯下玉米螟上灯规律一致,其高峰日均分前后两个高峰阶段,且高峰日状态明显,均可用于监测玉米螟上灯规律;玉米螟5月下旬至6月下旬经烟台从南往北迁飞,7月下旬至9月中旬往南回迁,可提前在玉米螟迁飞路径上加强监测预警,并开展精准防控工作控制玉米螟迁飞种群数量。

辽宁盘锦地区稻飞虱天敌螯蜂种群动态研究

【目的】螯蜂科昆虫是稻飞虱的重要天敌,兼具捕食与寄生习性,其在发挥稻田生态系统有害生物的自然调控功能方面具有重要意义,连续4年在我国粳稻重要产区辽宁省盘锦市进行稻田螯蜂科昆虫调查研究,以明确我国北方稻飞虱天敌螯蜂的种类及田间发生情况。【方法】以寄主稻飞虱体背出现“背囊”(下称“背囊”寄主,螯蜂卵期至幼虫期)、蜂茧(螯蜂幼虫期至蛹期)、螯蜂雌成虫三个虫态为考查指标,开展盘锦地区稻飞虱天敌螯蜂种类调查,研究了常规稻田和养蟹稻田中不同虫态螯蜂的种群动态,分析了常规稻田中螯蜂与寄主稻飞虱种群动态的相关性。【结果】结果表明,盘锦地区稻飞虱天敌螯蜂共有2种,分别为黑腹单节螯蜂[Haplogonatopus oratorius(Westwood)]和稻虱红单节螯蜂[Haplogonatopus apicalis R.C.L.Perkins],优势种为黑腹单节螯蜂;8月15日盘锦地区养蟹稻田中,稻飞虱天敌螯蜂种群数量达到峰值(9.80±0.20头/点)。考查螯蜂的不同虫态,雌成虫的数量峰值(4.40±0.60头/点)、“背囊”寄主的数量峰值(6.40±0.51头/点)、蜂茧的数量峰值(3.20±1.24头/点)均出现在养蟹稻田,高峰期分别为7月30日、8月15日和9月15日。【结论】盘锦地区养蟹稻田中稻飞虱天敌螯蜂种群数量高于常规稻田,常规稻田中螯蜂与寄主稻飞虱种群动态无明显相关性。养蟹稻田几乎不施用杀虫剂,促使稻飞虱螯蜂科天敌种群密度增加,有利于其发挥稻田生态系统自然控害功能。

棉叶蝉种群动态及影响因素研究

为了探寻棉叶蝉种群数量田间动态变化规律及影响因素,为科学制定防治策略提供决策依据,于不同年份调查了不用药棉田的棉叶蝉数量及其消长规律,对比了常规用药棉田与不用药棉田的棉叶蝉种群动态差异,初步探索了抗虫棉和邻作作物对棉叶蝉种群的影响。结果表明,南昌和九江地区12月仍观测到棉株上有棉叶蝉的活动;2022年棉叶蝉虫口峰值明显高于2021年和2020年,且高峰期时间跨度较大,可能与当年7月-10月的旱情相关;不用药棉田年度间棉叶蝉种群变化趋势并无明显区别;常规用药棉田较不用药棉田棉叶蝉高峰期的时间推迟,但种群数量峰值无明显差异;抗虫棉与非抗虫棉上棉叶蝉个体数量变化动态基本一致,但抗虫棉上棉叶蝉的虫口峰值明显大于非抗虫棉;与玉米邻种的棉田棉叶蝉虫口峰值与对照处理无明显差异,但其峰值出现时间较其他栽培模式推迟;与玲珑菊和贡菊邻种的棉田棉叶蝉虫口峰值数量明显大于其他处理;与甜瓜和番茄邻种的棉田棉叶蝉虫口峰值明显低于其他处理。综上所述,棉叶蝉在赣北有越冬的可能;棉叶蝉的大发生可能与旱情相关;棉田用药可能仅推迟高峰期;抗虫棉有加重棉叶蝉发生的趋势;玲珑菊和贡菊与棉花邻作会加大棉叶蝉对棉田的为害;甜瓜和番茄与棉花邻作可能具有生态控虫的潜力。

上海崇明东滩湿地潮滩梯度下芦苇种群动态分析

芦苇(Phragmites australis)是崇明东滩湿地潮间带的优势种,具有良好的水土保持与净化功能。芦苇种群主要在中、高潮滩呈带状分布,但在低潮滩也有小斑块状分布。作为典型根茎型克隆植物的芦苇种群,在盐沼湿地不同潮滩表现出怎样的种群动态特征,进而反映出怎样的差异化的适应能力,值得深入研究。以分布在崇明东滩湿地低、中、高3个潮滩上的芦苇种群为研究对象,全程定位追踪起始于4、6月的同生群在整个生长季的生长、发育过程,并定量分析它们的动态生命表、生存曲线、生存率和累积死亡率,系统揭示分布于3个潮滩的芦苇种群典型动态特征。结果表明:(1)起始于4月的处于低、中、高3个潮滩上的芦苇同生群,其生存曲线存在差异,它们分别趋近于Deevey-Ⅰ型、Deevey-Ⅱ型和Ⅲ型的过渡型,以及Deevey-Ⅰ型和Ⅱ型的过渡型;(2)起始于6月的处于低、中潮滩上的芦苇同生群,其生存曲线呈现出与4月同生群相似的特征,高潮滩同生群则由Deevey-Ⅰ型和Ⅱ型的过渡型转变成Deevey-Ⅱ型和Ⅲ型的过渡型;(3)经综合分析,高潮滩芦苇同生群稳定性最强,低潮滩同生群相对不稳定,中潮滩同生群在生长初期不稳定而在生长中后期趋于稳定;(4)基于上述研究结果,针对东滩湿地沿潮滩梯度分布的芦苇种群的保育与管理提出了合理建议。

南疆苹果园绣线菊蚜种群时空动态与调查抽样技术

绣线菊蚜Aphis spiraecola是新疆南疆地区苹果园的一种重要害虫,本文在阿克苏地区调查了绣线菊蚜在苹果园的种群消长动态,并分析其种群在果园的空间分布格局、理论抽样数及序贯抽样方法。结果表明,5月至8月苹果园中绣线菊蚜的种群动态曲线呈现出明显单峰,6月为种群发生的高峰期。在发生高峰期,绣线菊蚜在果园呈聚集型分布,种群密度在苹果树不同方位间没有显著差异。该时期苹果园绣线菊蚜的最适理论抽样模型为N=t^(2)/D^(2)(163.90/m+0.16),当防治阈值为1500头/12枝条时,序贯抽样模型公式为T_(n)=1500 n±1534√n。本研究结果为南疆苹果园绣线菊蚜种群调查与测报提供了重要科学依据。

鄱阳湖长江江豚同步监测及种群动态分析

为助力鄱阳湖长江江豚(Neophocaena asiaeorientalis)保护方案制定,及时准确掌握其种群动态,2019年11月至2021年11月开展了4次同步监测,采用Distance 7.4软件估算了其种群数量和密度。结果表明,总有效航程为1846 km,在429个位点累计观测到长江江豚1001头(次),母子豚130对(次)。2019年11月在123个位点观测到225头个体;2021年11月在139个位点观测378头个体;2年间鄱阳湖长江江豚观测个体数量增长了68.0%,观测位点数量增长了13.0%,估算种群密度增长49.2%。在集群规模方面,以1~2头个体组成的群体频次最高,占60.4%~90.2%,年际间差别较大,占比逐年下降;5头及以上群体占比4.9%~12.2%,占比逐年上升,均与水位关系不明显。长江江豚平均遇见率为0.418~0.804头/km,不同水位差别较大,低水位遇见率高;2021年11月长江江豚以及母子豚的遇见率和幼豚占比均最高,说明江豚种群数量、幼体和可育雌性群体在种群中占比均呈现稳中有增趋势,表明鄱阳湖长江江豚种群可能已经实现了正增长。

极小种群野生植物狭叶坡垒种群结构与动态特征

【目的】研究极小种群野生植物狭叶坡垒[Hopea chinensis(Merr.) Hand.-Mazz.]的种群结构特征和数量动态特征,探讨种群发展潜力和濒危原因,为狭叶坡垒种质资源的保护和恢复提供参考依据。【方法】采用样地调查法对广西十万大山区域8个狭叶坡垒自然集中分布区进行调查,以空间代替时间分析狭叶坡垒种群结构特征,绘制种群静态生命表和存活曲线,分析种群动态指数及种群生存函数,对种群未来发展趋势进行预测。【结果】狭叶坡垒野生种群龄级结构呈倒J型,幼龄个体数占比较高,表现为增长型结构,种群个体幼龄期淘汰率较高;种群动态指数、随机干扰敏感指标和随机干扰风险概率分别为52.61%、4.38%和8.33%,对外界干扰敏感,环境对个体有较强的选择作用。狭叶坡垒野生种群存活曲线为DeeveyⅡ型的B1亚型,狭叶坡垒种群生存率在Ⅰ~Ⅵ龄级期间随龄级增加而减小,累积死亡率随龄级增加而增加,危险率在Ⅵ龄级达最高值,狭叶坡垒种群在Ⅵ龄级之后进入生理衰退期。时间序列分析表明,除Ⅻ龄级的个体数经过4个龄级时间后保持不变,经过4、6、8、10个龄级时间后,狭叶坡垒各龄级的个体数均呈增加趋势,其中Ⅳ~Ⅷ龄级逐渐成为种群的主体,狭叶坡垒种群总体呈增长状态。【结论】狭叶坡垒野生种群为增长型,种群处于波动变化状态中,对外界干扰敏感。幼苗数量充足,在生境不被破坏的前提下,具有较好的恢复潜力。但幼苗向幼树、幼树向小树转换过程中存在增补限制,制约狭叶坡垒种群发展。

长江中游鳤的遗传多样性及种群历史动态分析

为研究长江中游鳤群体的遗传多样性,利用两个线粒体基因和两个核基因序列作为分子标记,分析了汉江下游、南洞庭湖、藕池河和长江公安段4个鳤群体的遗传多样性、遗传分化和种群历史动态。研究结果显示,长江中游鳤单倍型多样性较高,核苷酸多样性较低,整体遗传多样性处于中等水平。分子方差变异分析(AMOVA)和遗传分化指数FST显示长江中游鳤群体间不存在遗传分化现象。种群历史动态分析表明长江中游鳤群体在历史上可能发生过种群扩张现象,扩张时间约在16.54万年前,处于庐山冰期和大理冰期间较为温暖的间冰期。STRUCTURE分析表明长江中游和西江中下游鳤群体间存在较明显的分化,推算其分化时间约在5.55万年前,建议在制定保护策略时将这两个水系的鳤群体视作两个保护单元。

新疆库尔勒八字地老虎在不同温度下的种群生命表及灯下成虫种群动态

【目的】研究温度对新疆库尔勒八字地老虎Xestia c-nigrum生长发育和繁殖的影响,明确其对环境温度的适应能力。【方法】利用两性生命表方法比较15, 20, 25, 30和35℃下八字地老虎卵孵化率、幼虫存活率、化蛹率、羽化率、发育历期及繁殖力,分析不同温度对其种群生命表参数的影响,并计算不同发育阶段的发育起点温度和有效积温。利用灯诱监测数据分析2020-2022年期间新疆库尔勒农区八字地老虎种群动态与日平均温度变化的关系。【结果】15℃时八字地老虎幼虫存活率、化蛹率、羽化率均低于30%,30℃时幼虫存活率、化蛹率低于10%且蛹不能正常羽化,35℃时幼虫不能存活。八字地老虎各发育阶段历期随温度升高而缩短,15, 20, 25, 30和35℃时卵历期分别为15.52, 7.40, 5.47, 4.88和3.88 d;15, 20, 25和30℃时幼虫历期分别为109.43, 40.53, 26.48和24.55 d;15, 20和25℃时蛹历期分别为41.43, 18.00和12.54 d。15℃时种群呈负增长,20和25℃时种群呈正增长,其中25℃时内禀增长率(r_m)最大。八字地老虎卵、1-6龄幼虫和蛹的发育起点温度分别为9.81, 8.43,9.95, 10.26, 12.52, 13.58, 12.60和10.81℃,有效积温依次为79.62, 92.17, 56.09, 57.03, 39.35, 38.16, 80.72和172.39日·度。2020-2022年灯诱监测数据表明,八字地老虎在新疆库尔勒每年发生3代,成虫高峰期分别在5月中旬、7月下旬和9月上旬,对应的日平均温度在19.5~26.5℃之间。【结论】低于15℃时八字地老虎种群呈负增长,超过30℃时不能完成生活史,而20~25℃比较适合八字地老虎的生长与繁殖,该结果为明确新疆库尔勒八字地老虎的温度适应能力及其发生规律提供了科学依据。

山东烟田烟蚜种群动态与空间分布

烟蚜在山东烟田发生普遍,危害严重。研究山东烟田烟蚜种群动态与空间分布对于提高山东烟田烟蚜预测测报准确率以及有效防控该害虫具有重要意义。试验开展了烟蚜的田间种群消长动态调查,并应用5个聚集度指标(丛生指数I,聚块指标m^(*)/m,久野指标Ca,扩散系数C,负二项分布K值)和2种回归方法(Iwao回归分析法与Toylar幂法则)研究其空间分布特征。结果表明,2020—2021年烟田烟蚜的种群动态均为双峰型曲线:第1个高峰出现在5月下旬至6月上旬,第2个高峰出现在7月上中旬。在垂直分布上,烟草植株上部叶片的烟蚜数量占比(49.07%~70.29%)显著高于中部叶片(27.64%~33.71%)和下部叶片(1.64%~19.85%)。数据分析结果显示,I(1.733 2~42.703 0)>0,m^(*)/m(2.368 3~10.414 2)>1,Ca(1.368 3~9.414 2)>0,C(2.733 2~43.703 0)>1,0<K(0.106 2~0.730 8)<8;在Iwao回归方程中,β(4.578 65)>1,α(0.190 57)>0,在Toylar幂法则回归方程中,lga(0.691 65)>0,b(1.817 05)>1,说明调查期间烟蚜种群呈聚集分布,分布的基本成分是个体群。利用空间分布参数确定了烟蚜的理论抽样数,并提出合理的田间抽样技术,即在烟田内采用“Z”字形取样法,每点选取烟草5~10株、每株烟草调查上中部叶片2~4片。

珍稀濒危植物江南油杉群落区系与种群动态分析

江南油杉为国家二级重点保护野生植物,以福建君子峰国家级自然保护区江南油杉群落为对象,通过样地调查和数据统计,分析物种组成及植物区系成分,编绘静态生命表、存活曲线和生存函数曲线,计算数量动态指数,并引用时间序列模型,以探明江南油杉群落现状及种群动态,为该物种保护提供理论依据。结果表明,1)该群落有维管束植物54科97属159种,划分为10个分布区类型和10个亚型,热/温比值(R/T)为1.81。2)种群年龄结构呈“金字塔”形结构,第Ⅶ龄级个体缺失,总体呈现“增长-稳定-衰退-增长-衰退”的波动结构动态关系。3)种群存活曲线属于“凹”形(Deevey-Ⅲ型),死亡率和消失率最大值均出现在第Ⅰ龄级,最小值均出现在第Ⅲ龄级。4)种群生存率逐渐下降,累计死亡率逐渐增加,死亡密度和死亡率的变化趋势从第Ⅱ龄级后基本表现一致,均在第Ⅲ龄级出现最小值,之后变化基本持平。5)时间序列模型显示,种群将以小树和中树为主,老年个体的数量波动不大。综上所述,江南油杉种群发展稳定性不高,幼苗死亡率高(94.1%),种群规模呈逐渐缩小趋势,需通过开展科学的人工措施,适当疏伐,创造林窗,改善林内生存环境,从而促进幼苗生长。

基于性诱剂监测山东烟田棉铃虫种群消长动态研究

为明确山东烟田棉铃虫发生情况,提高烟田棉铃虫防控效率,本试验开展不同类型诱捕器和性诱芯持续时间与棉铃虫诱集效果之间关系的研究,同时基于所得结果利用性诱剂诱捕法测定山东烟田棉铃虫成虫种群动态。结果显示,棉铃虫种群动态测报中应选用诱蛾率更高的蛾类高效诱捕器,性诱芯需要20 d左右更换一次;山东烟田棉铃虫成虫种群消长动态呈双峰型曲线,第一个高峰出现在6月中旬至下旬,第二个高峰期出现在7月下旬至8月上旬,第一个高峰明显高于第二个高峰,同时棉铃虫成虫主要在夜间活动。该结论可为明确新型栽培模式下山东烟田棉铃虫种群动态提供理论依据,同时可为当前山东烟田棉铃虫的精准防控提供技术指导。