[发明专利]基于贝叶斯联合建模优化算法的超材料设计方法及设备

说明书

本发明提供一种基于贝叶斯联合建模优化算法的超材料设计方法及设备。所述方法将超材料设计问题转化为黑箱函数的优化问题，将超材料复杂函数型响应转化为两个简单响应函数，用高斯过程模型对两个简单响应函数建模，用贝叶斯联合建模优化算法求解目标设计。本发明可以实现超材料的快速设计。

技术领域

本发明涉及超材料技术领域，具体涉及一种基于贝叶斯联合建模优化算法的超材料设计方法及设备。

背景技术

近几年，随着材料科学的发展，超材料引起国内外学者广泛关注。超材料是一种由大量结构基元以特定方式排列而形成的具有特殊电磁性能的人造材料，其电磁性能不是由构成的材料决定，而是取决于结构基元的几何结构。在一定的设计下，超材料能够以全新的方式对电磁波进行操控，进而创造多种不寻常的电磁性能，例如负折射、相位全相片、超级透镜等。由于超材料超常的电磁性能是天然材料所不具备的，超材料应用前景十分广泛，可以用于隐身衣、超材料雷达天线、吸波材料、超材料通信天线等的制作。

超材料由大量的结构基元构成，每个结构基元的几何结构由一定的几何参数确定，通常每个结构基元的目标电磁响应值都不一样，因此超材料设计的工程量非常庞大。目前，超材料的设计方法主要以人工设计为主，即通过设计者的经验和直觉设计材料的几何参数，需要人为多次调整几何参数进行实验，需要耗费大量的人力和时间，效率极低。缺乏高效的超材料多目标设计方法严重束缚了设计出结构更多样、适用性更广的超材料。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提出一种基于贝叶斯联合建模优化算法的超材料设计方法及设备，其可以实现超材料的快速设计。

本申请的第一方面提供一种基于贝叶斯联合建模优化算法的超材料设计方法，所述方法包括：

(a)获取超材料的工作频段K个结构基元的目标电磁响应集合Z＝{z₁,…,z}和误差阈值集合ε＝{ε₁,…,ε}，其中f_l≤f_u；

(b)选择所述K个结构基元的初始的实验点集合在所述初始的实验点集合上仿真产生电磁响应集合

(c)定义均值函数和对数方差函数根据所述电磁响应集合计算所述实验点集合对应的均值集合e＝{e(x₁),…,e(x_n)}和对数方差集合v＝{v(x₁),…,v(x_n)}；

(d)根据所述均值集合e＝{e(x₁),…,e(x_n)}和所述对数方差集合v＝{v(x₁),…,v(x_n)}，用两个独立的高斯过程模型分别对所述均值函数e(x)和所述对数方差函数v(x)建模，得到所述均值函数e(x)和所述对数方差函数v(x)的后验分布；

(e)根据所述均值函数e(x)和所述对数方差函数v(x)的后验分布，计算所述K个结构基元中未找到目标设计的n_p个剩余结构基元的n_p个得分函数其中为未找到目标设计的第k个结构基元在实验点x上的得分函数，L_p为所述剩余结构基元对应的序号集合，n_p为L_p中元素的个数；

(f)通过最大化所述n_p个得分函数得到n_p个新的几何参数k∈L_p，Ω为几何参数的取值范围，在上仿真产生电磁响应根据电磁响应计算对应的均值和对数方差

(g)判断是否找到所述K个结构基元的K个目标设计；

(h)若未找到所述K个结构基元的K个目标设计，则将n_p个新的几何参数加入所述实验点集合将均值加入所述均值集合e，将对数方差加入所述对数方差集合v；