新型3D负泊松比多孔材料胞元的弹性性能研究

空间负泊松比多孔材料优异的多向能量吸收和体积变化可调特性,使其在航空航天和军工设备等领域具有广阔的应用前景。论文设计了一种正交各向同性的新型空间负泊松比多孔材料的胞元结构(REC胞元),并对其进行了增强设计。利用有限元仿真方法研究了胞元z向单轴压缩时的弹性力学行为,详细分析了几何参数对胞元无量纲弹性模量和泊松比的影响,并利用一组3D打印胞元试样的压缩试验对仿真结果进行了验证。所得结果可以为负泊松比多孔材料的功能设计和增强提供依据。

基于三维胞元空间的无线传感器网络路由算法

针对无线传感器网络路由算法中的3维空洞问题,该文提出3维胞元空间路由(3D Cell Space Routing,3D-CSR)算法。该算法针对贪婪算法中空洞区域无法路由的情况,利用3维胞元空间模型将这些空洞区域的边界加以确定,进一步运用胞元路由机制完成路由过程。同时,单个胞元内部采用了自适应选举机制,使其中的胞父节点保持活跃并参与路由而其余胞子节点保持休眠状态,以平衡网络能量消耗。仿真结果验证了3维胞元空间模型与3D-CSR算法的正确性和有效性,与3D-GPR(3D Grid Position-based Routing)和3D-CFace(3D Coordinate Face)算法比较,3D-CSR的消息发送率与节点存活率更高。

元胞空间结构下的文化算法

针对以往文化算法种群空间没有地域的概念,信念空间缺少文化的进化机制,以及求解优化问题时寻优精度不高且易陷入局部最优等缺陷,提出一种新的基于元胞空间结构的文化算法.将元胞空间网格分别嵌入文化算法计算框架中的种群空间和信念空间以模拟文化算法的双层进化体系;对于种群空间,将进化个体分布于下层元胞网格,并对网格进行地域划分,使每个地域内的个体均以差分进化算子独立进化;对于信念空间,将进化信息放入与种群空间地域对应的上层元胞网格当中,利用文化的扩散机制实现文化的进化.实验结果表明,该算法具有收敛精度高以及全局搜索能力强等优点,在处理高维复杂优化问题时同样具有优势.

基于三维胞元空间的自适应多跳能量高效路由

针对无线传感器网络中三维路由算法的能耗问题,提出了基于三维胞元空间的自适应多跳能量高效路由(3D-SMEER)。该路由算法根据自适应多跳机制确定跳数,利用协同节点转发消息包到邻居最优胞父,从而减轻当前胞父的传输负担。同时,对协同节点的选择区域进行了研究,并且考虑节点的剩余能量和相关位置信息选择协同节点,以平衡网络的能耗。仿真结果表明,与其他算法相比3D-SMEER算法节省了网络的平均能耗,有效地提高了网络的能耗平衡度。

基于三维胞元空间的MA双向并行路由算法

针对传统移动代理(MA)在监测无线传感器网络(WSNs)的感兴趣信息时产生的延迟较大和能耗较多问题,提出了基于三维胞元空间的MA双向并行(3D—BPMA)路由算法。3D—BPMA将MA与传统的客户/服务器(C/S)模式相结合,在胞元内利用C/S模式搜集信息,在单层胞元系统和路由器与路由器之间采用MA双向并行的策略进行传输。仿真结果表明:3D—BPMA与LCF,DSG—MIP算法相比减少了平均响应时间和网络平均能耗,提高了MA发送率。

基于地理空间实体的矢量元胞自动机研究

元胞自动机是能模拟复杂行为的离散动力学模型,GIs与元胞自动机的集成对于模拟地理时空过程具有很大的优势。但是标准 CA 的一些限制因素如空间尺度、精度及数据量问题、邻居定义等制约了其模拟真实世界的能力。本文通过分析地理现象和元胞自动机之间的关系,从元胞及状态、元胞空间、邻居、转换规则、离散时间五个方面对标准元胞自动机的组成部分进行了扩展,构建了在不规则的地理空间中基于地理实体的元胞自动机模型,同时提出了一个通用的基于地理实体的元胞自动机模型和地理信息系统集成的框架。

基于地理空间实体的矢量元胞自动机研究

元胞自动机是能模拟复杂行为的离散动力学模型,GIS与元胞自动机的集成对于模拟地理时空过程具有很大的优势。但是标准CA的一些限制因素如空间尺度、精度及数据量问题、邻居定义等制约了其模拟真实世界的能力。本文通过分析地理现象和元胞自动机之间的关系,从元胞及状态、元胞空间、邻居、转换规则、离散时间五个方面对标准元胞自动机的组成部分进行了扩展,构建了在不规则的地理空间中基于地理实体的元胞自动机模型,同时提出了一个通用的基于地理实体的元胞自动机模型和地理信息系统集成的框架。

基于三维元胞空间的多目标元胞遗传算法

元胞遗传算法是一种将元胞自动机与遗传算法相结合的进化算法,这种算法具有遗传算法的适用性、并行性和扩展性,但是在后期的二维元胞空间扩散速度过慢。提出了一种基于三维球形元胞空间的多目标元胞遗传算法,其基本思想是:取元胞空间为三维球,根据Pareto支配关系找出种群中的非支配解并保存到精英集,根据元胞自动机中拓扑结构和邻居等机制,使精英集中的Pareto非支配解在种群中扩散。指标分析和数值实验表明,新算法的解不仅多样性和均匀性较好,而且在后期具有较快的扩散速度。

林火蔓延模拟元胞自动机算法研究

二维元胞自动机模型常用于林火蔓延中,但其存在迭代次数过多、进化过程不充分以及结束迭代的条件不明确等缺点。针对上述问题,提出一种基于多目标遗传算法的三维元胞空间林火蔓延模型。首先,将影响和决定林火蔓延因子的主体作为元胞引进二维元胞自动机模型中;其次,为了减少二维元胞自动机模型的迭代次数,明确结束迭代的条件,首先对初始化方式改进,采用三维球形元胞空间对二维元胞空间进行改进,其次通过多目标遗传算法对元胞自动机算法进行改进,从而提高林火蔓延模型预测精度。通过仿真结果,对比分析传统的二维元胞自动机模型、王正非模型以及Rothermel模型与本文提出的方法,可知本文提出的方法迭代次数大幅减少,运行时间大幅下降,使得元胞自动机的运行效率得到了显著提高。此外元胞自动机的终止条件得到了明确,且实际林火蔓延过程与提出的林火蔓延模型的实验仿真结果具有较高的相似性。

薄膜生长的元胞自动机模型

在一定条件下 ,单个原子或原子团簇在液体基底表面无规律扩散和凝聚 ,并形成具有分形结构的分枝状凝聚体 ,形成此类凝聚体所需的时间非常短 (约 1-10s) ,直接观察原子或原子团簇在液体表面的成核、扩散及凝聚过程十分困难。元胞自动机是研究复杂体系的一种理想化模型 ,特别适合那些难以用数学定量描述的复杂动态体系实施计算机模拟。针对在液体基底表面的金属原子会凝聚形成具有特殊结构的分形凝聚体这一实验结果 ,建立了团簇 -团簇凝聚的元胞自动机模型 ,对此类液体基底表面的金属原子分枝状凝聚体的生长过程进行了计算机模拟。模拟结果表明 ,凝聚体的分形维数和回旋半径都与实验结果相一致 ,为研究薄膜生长机理提供了一种新的方法。

铁路选线中的元胞自动机模型

铁路选线设计是铁路建设的总体设计工作之一.考虑环境和交通运输业的可持续发展的的要求,改进传统的导向线,提出广义导向线定线法进行选线的方法.并依据此思想建立定线元胞自动机模型.藉助元胞自动机的离散动力演化功能,将多目标综合考虑,实现铁路选线设计中定线处动化.这种整体离散优化思想为平纵横整体优化设计提供了新思路,提高了铁路选线设计的工作效率.

元胞自动机研究进展

元胞自动机是一个具有简单运算规则的动态模型,但却能展现出复杂的行为.元胞自动机引起了许多研究者的关注,相关研究工作已经广泛展开.论文综述了元胞自动机的研究进展及在不同领域的一些应用.

基于元胞自动机的音乐传播模式仿真研究

传统音乐传播模式存在群众传播不积极、传播模式复杂等问题,为此,提出基于元胞自动机的音乐传播模式仿真研究。结合音乐传播的复杂性,利用元胞自动机基本原理构建动态模型,从中心度、关系强度两个方面对传播效果进行仿真实验。通过实验验证该模式的合理性,并由此得出结论。实验结果表明,在元胞空间弱关系条件下,音乐传播模式可具有良好的传播效率、模式简单,且群众核心人物对音乐传播的积极行为显著大于边缘位置参与群的积极性,为音乐传播模式提供了有效途径。

基于空间信息多级网格的CA模型研究

具备时空计算特征的元胞自动机(CA)模型与GIS集成极大促进了GIS对地理过程的模拟能力。论文简要介绍了空间信息多级网格(SIMG)——一种既能适合网格计算环境又充分考虑到地球空间的自然特征和社会属性的差异性及经济发展不平衡的特点的空间信息表示新方法。充分研究了SIMG与CA之间的联系,分别讨论了在SIMG上CA元胞及状态的确定、元胞空间的确定、规则的定义、时间粒度确定等,提出了空间信息多级网格元胞自动机模型(SIMGCA),并提出了SIMGCA模型在土地利用/覆被变化中的应用框架。

基于3维胞元空间的MA并行能量高效路由

针对无线传感器网络中移动代理在3维空间上的双向传输问题,提出了基于3维胞元空间的MA(mobile agent)并行能量高效路由算法(3D-PEMA).结合胞元空间模型和数据融合模型判断移动代理节点迁移时是否进行数据融合,提出了数据融合判定距离;同时在单层胞元系统中将派遣单MA和多MA的方法相结合,在MA双向并行路由算法(BPMA)基础上对其横向上的传输策略作了优化.仿真结果表明,3D-PEMA算法相比3D-BPMA和MIP(Mult I-agent Planning)算法节省了网络的平均能耗,响应时间快,系统可靠性高.