[发明专利]基于差分进化的谷氨酰胺太赫兹谱波长选择方法及装置

权利要求书

1.一种基于差分进化的谷氨酰胺太赫兹谱波长选择方法，其特征在于，该选择方法包括以下步骤：

1)随机生成一个大小为S的初始种群X；

2)对初始种群X进行基于差分的变异操作，以得到变异种群V，并对变异种群V进行交叉操作，以得到交叉种群U；

3)分别利用初始种群X和交叉种群U从谷氨酰胺样品的太赫兹吸收谱中进行选取，以得到初始种群X和交叉种群U中每个个体相对应的经过波长选择的谷氨酰胺样品的重构太赫兹吸收谱；

4)构建适应度函数，利用所构造的适应度函数分别计算初始种群X和交叉种群U中每个个体的适应度；

5)对初始种群X和交叉种群U中相对应个体的适应度值进行比较，将适应度值较大的个体保留下来，从而得到新一代种群X^next；

6)将新一代种群X^next作为新的初始种群，重复步骤2)-5)，直至进化代数达到设定阈值，并将最终代种群中适应度值最高的个体作为所选择的谷氨酰胺太赫兹吸收谱波长的最优解；

所述步骤4)中构建的适应度函数为：

其中F是适应度值，m是校正集中谷氨酰胺样品的总数量，qe是每个谷氨酰胺样品对应的定量分析误差，n代表校正集中谷氨酰胺样品的某一个，其中c_cal和c_real分别是谷氨酰胺样品的计算浓度和真实浓度；

所述步骤2)中的变异操作如下：

i＝1,2,…,S

j＝1,2,…,L

其中V_i,j表示变异种群V中第i个个体的第j个二进制元素；X_i,a、X_i,b和X_i,c分别表示初始种群X中第i个个体的第a，b和c个二进制元素，并且a，b和c是3个互不相同的正整数；

所述步骤2)中的交叉操作为：

其中U_i,j表示交叉种群U中第i个个体的第j个二进制元素，rand为0至1区间内的随机数，CR为预先设定的交叉概率，j_rand为1至L区间内的随机整数，X_i,_j表示初始种群X中第i个个体的第j个二进制元素；V_i,j表示变异种群V中第i个个体的第j个二进制元素；

所述步骤1)中的初始种群X由S个长度为L的二进制字符串组成，该二进制字符串与谷氨酰胺样品的太赫兹吸收谱中的L个频率点一一对应；

所述步骤3)中的波长选择过程如下：

对于初始种群X中的各个个体，若其某个二进制元素为“1”，则对应谷氨酰胺太赫兹吸收谱的频率点数据被保留，否则该频率点数据则被抛弃，将所有保留下的频率点数据整合在一起，组成经过波长选择的谷氨酰胺样品的重构太赫兹吸收谱；对于交叉种群U中的各个个体，若其某个二进制元素为“1”，则对应谷氨酰胺太赫兹吸收谱的频率点数据被保留，否则该频率点数据则被抛弃，将所有保留下的频率点数据整合在一起，组成经过波长选择的谷氨酰胺样品的重构太赫兹吸收谱；

所述新一代种群X^next满足下式

其中X_i^next为新一代种群X^next的第i个个体，F(U_i)为交叉种群U中第i个个体的适应度值，F(X_i)为初始种群X中第i个个体的适应度值。

2.一种基于差分进化的谷氨酰胺太赫兹谱波长选择装置，其特征在于，该选择装置包括初始种群生成模块、变异交叉操作模块、太赫兹吸收谱重构模块、适应度计算模块、比较模块和选择模块，

所述初始种群生成模块用于随机生成一个大小为S的初始种群X；

所述的变异交叉操作模块用于对初始种群X进行基于差分的变异操作，以得到变异种群V，并对变异种群V进行交叉操作，以得到交叉种群U；

所述的太赫兹吸收谱重构模块用于分别利用初始种群X和交叉种群U从谷氨酰胺样品的太赫兹吸收谱中进行选取，以得到初始种群X和交叉种群U中每个个体相对应的经过波长选择的谷氨酰胺样品的重构太赫兹吸收谱；

所述的适应度计算模块用于构建适应度函数，并利用所构造的适应度函数分别计算初始种群X和交叉种群U中每个个体的适应度；

所述的比较模块用于对初始种群X和交叉种群U中相对应个体的适应度值进行比较，将适应度值较大的个体保留下来，从而得到新一代种群X^next；

所述的选择模块用于将新一代种群X^next作为新的初始种群，重复执行变异交叉操作模块、选取模块、适应度计算模块和比较模块，直至进化代数达到设定阈值，并将最终代种群中适应度值最高的个体作为所选择的谷氨酰胺太赫兹吸收谱波长的最优解；

构建的适应度函数为：

其中F是适应度值，m是校正集中谷氨酰胺样品的总数量，qe是每个谷氨酰胺样品对应的定量分析误差，n代表校正集中谷氨酰胺样品的某一个，其中c_cal和c_real分别是谷氨酰胺样品的计算浓度和真实浓度；

所述变异交叉操作模块所采用变异操作如下：

i＝1,2,…,S

j＝1,2,…,L

其中V_i,j表示变异种群V中第i个个体的第j个二进制元素；X_i,a、X_i,b和X_i,c分别表示初始种群X中第i个个体的第a，b和c个二进制元素，并且a，b和c是3个互不相同的正整数；

所述变异交叉操作模块所采用交叉操作如下：

其中U_i,j表示交叉种群U中第i个个体的第j个二进制元素，rand为0至1区间内的随机数，CR为预先设定的交叉概率，j_rand为1至L区间内的随机整数，X_i,_j表示初始种群X中第i个个体的第j个二进制元素；V_i,j表示变异种群V中第i个个体的第j个二进制元素。