智能算法在土木工程的應(yīng)用

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［摘要］目前智能算法在各個(gè)領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用，比較經(jīng)典的有旅行商路徑的規(guī)劃以及管理系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)等等。隨著科技的不斷進(jìn)步，土木工程領(lǐng)域不論是設(shè)計(jì)還是管理方面也與時(shí)俱進(jìn)，由于智能算法有著較高的精確度、運(yùn)算速度快這樣的天然優(yōu)勢(shì)，智能勢(shì)必能夠在建筑領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。本文主要分析了智能算法的工作原理及步驟，在土木工程領(lǐng)域應(yīng)用存在的難點(diǎn)，自身存在的缺點(diǎn)最后對(duì)智能算法的研究作出展望。

［關(guān)鍵詞］智能算法；土木工程；優(yōu)化；工作機(jī)理

引言

智能算法一直是解決諸多大工程問(wèn)題時(shí)常用的方法，隨著社會(huì)不斷發(fā)展，出現(xiàn)了許多復(fù)雜的問(wèn)題，特別是在許多大工程項(xiàng)目中，這種問(wèn)題特別常見。傳統(tǒng)的方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，誤差也比較大，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的興起，智能算法成為一種行之有效的方法。從1992年蟻群算法的問(wèn)世起，智能算法經(jīng)過(guò)不斷發(fā)展與完善，在許多優(yōu)化問(wèn)題上取得了重大突破。目前在建筑領(lǐng)域內(nèi)，隨著綠色建筑這一概念的興起，出現(xiàn)了許多新型材料與結(jié)構(gòu)，這些新型結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)也帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，參數(shù)如何設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)是否合理都是我們需要解決的問(wèn)題。智能算法作為優(yōu)化問(wèn)題最好的解決方式之一，有著其可取之處，在人們實(shí)際解決這些問(wèn)題時(shí)，智能算法這種帶有啟發(fā)式的方法也逐漸從理論走向了實(shí)際基礎(chǔ)。

1智能算法的工作機(jī)理

大多數(shù)智能算法都是模擬自然界中的生物的一種啟發(fā)式算法。例如蟻群算法，這種算法是模擬蟻群搜索食物源的過(guò)程，再如粒子群算法，該算法是對(duì)鳥類捕食行為的模擬。大多數(shù)智能算法都被廣泛應(yīng)用與優(yōu)化問(wèn)題中，如上文提到的蟻群算法，主要用于求解TSP、二次分配、調(diào)度和指派等離散型的問(wèn)題，粒子群算法則應(yīng)用于連續(xù)問(wèn)題和離散問(wèn)題的參數(shù)優(yōu)化。以免疫遺傳算法作為例子作出詳細(xì)說(shuō)明，遺傳算法的工作步驟如下所示：（1）首先對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析：除了要對(duì)問(wèn)題還需對(duì)解的特性作出說(shuō)明，研究問(wèn)題解的恰當(dāng)闡述方法。（2）隨機(jī)生成原始抗體種群：主要利用生成的N個(gè)體然后從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取m個(gè)個(gè)體組合為原始群體；（3）對(duì)第二步中初始群體中所有的抗體進(jìn)行研究：在遺傳算法中對(duì)各個(gè)個(gè)體的分析研究是以m的期望繁殖率P作為衡量依據(jù)的。（4）組合為父代種群：將原始種群按上述的衡量依據(jù)降序排列的方式進(jìn)行排列，并提取N個(gè)獨(dú)立的元素組合成為父代種群；此時(shí)需要拿前m個(gè)元素選入數(shù)據(jù)庫(kù)中。（5）以最后的結(jié)果進(jìn)行選擇看是否滿足要求的條件，是，就結(jié)束；否，則繼續(xù)下一步操作。（6）轉(zhuǎn)去執(zhí)行第（3）步驟。

2智能算法應(yīng)用是難點(diǎn)

智能算法在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用難點(diǎn)主要分為兩個(gè)部分，其一是智能算法自身存在的缺點(diǎn)，第二部分則是因?yàn)榻ㄖI(lǐng)域中許多結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都是依靠經(jīng)驗(yàn)公式存在較強(qiáng)的主觀性，本文主要對(duì)智能算法自身存在的缺點(diǎn)進(jìn)行闡述。大部分的智能算法盲目性較大，這樣不僅僅很容易陷入局部尋優(yōu)當(dāng)中也造成了算法的運(yùn)算效率極差。對(duì)應(yīng)不同的算法也存在細(xì)微的差別，具體來(lái)說(shuō)，遺傳算法在全局域中優(yōu)化效果較其他算法來(lái)說(shuō)強(qiáng)一些但是局部尋優(yōu)的能力較弱，為了提升這種算法的能力需要花費(fèi)大量的計(jì)算時(shí)間。對(duì)于蟻群算法，卻相反，雖然其局部尋優(yōu)能力強(qiáng)卻容易導(dǎo)致所求結(jié)果只是局部最優(yōu)的狀況。想要合理的應(yīng)用智能算法需要不斷對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。從目前來(lái)看，要想在土木工程領(lǐng)域內(nèi)合理的應(yīng)用智能算法還需要不斷的努力。

3智能算法在土木工程領(lǐng)域內(nèi)發(fā)展的展望

目前智能算法在土木建筑工程領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用還存在一定的局限性。但是作為一種輔助手段，在許多的大工程中取得了較好的結(jié)果。在諸多交通信息領(lǐng)域內(nèi)都能夠看到智能算法的應(yīng)用。通過(guò)查閱相關(guān)資料，得知遺傳算法在土木工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化傳感器方面法優(yōu)化，蟻群算法在結(jié)構(gòu)次應(yīng)力反演分析及優(yōu)化這些應(yīng)用狀況。未來(lái)若智能算法更加成熟，勢(shì)必可以在優(yōu)化建筑材料、結(jié)構(gòu)方面有所成效。

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作者：翟琪 常文昌 賈帆 朱炯 劉志勇 單位：徐州工程學(xué)院土木工程學(xué)院