專利名稱：一種生成人造微結構參數(shù)的方法
一種生成人造微結構參數(shù)的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及超材料領域，特別涉及一種生成人造微結構參數(shù)的方法。背景技術：
超材料技術是一個前沿性交叉科技，其設計的技術領域包括了電磁、微波、太赫茲、光子、先進的工程設計體系、通信、半導體等范疇。其核心思想是利用復雜的人造微結構設計與加工實現(xiàn)人造“原子”以對電磁場或者聲納進行響應。其核心理論是描述電磁波軌跡與超材料特性的變形光學。該技術的一大核心難點在于如何建模設計成千上萬個相互不同的人造微結構并按照合理的排布組成一個具有特殊功能性的超材料器件。這對建模、計算、理論分析、設計、調試都帶來了極大的困難。在超材料設計領域，由于人造微結構的復雜響應和實驗設計采樣點有限，故傳統(tǒng)參數(shù)模型難以擬合其電磁響應函數(shù)，無法實現(xiàn)精確的建模，造成了超材料自動化設計的瓶頸。由于超材料所提供的特殊功能，這都是取決于它異常復雜的單元微結構，每個由微結構所組成的單元結構都可以由一個參數(shù)組來定義，每個參數(shù)組包含多個屬性參數(shù)，例如單元微結構的長、寬、高、厚度、介電常數(shù)、材料材質等。其電磁響應參數(shù)是多維的，每改變一個屬性參數(shù)Pi都將改變其最終的電磁響應函數(shù)，如何尋找最佳的人造微結構屬性參數(shù)， 使它的電磁響應函數(shù)符合超材料的目標電磁響應函數(shù)，是全球科研人員一直在努力探索的。傳統(tǒng)的超材料單元結構體設計方法是，通過手動逐一改變人造微結構屬性參數(shù)， 測試某一頻率的電磁波通過該人造微結構后的電磁響應函數(shù)，并與目標電磁響應函數(shù)進行對比，如此不斷循環(huán)，最終找到與目標電磁響應函數(shù)最為相近的人造微結構屬性參數(shù)。由圖 1可以看出，對于每個人造微結構，調整其屬性參數(shù)是一項非常耗時的步驟，為了達到超材料設計的超高要求和特殊的電磁響應函數(shù)，人造微結構參數(shù)的微調單位可能達到毫米級， 甚至微米級、納米級，同時每個超材料可能包括上萬甚至上億個這樣的人造微結構，其工作量可想而知。傳統(tǒng)的超材料設計方法對人力、物力、時間都有極大的要求，如何縮短時間對提高超材料設計效率有著至關重要的作用。

發(fā)明內容本發(fā)明針對現(xiàn)有技術效率低下，只能通過手動設計的缺陷，提供了一種可以進行高效的生成超材料人造微結構參數(shù)的方法。本發(fā)明提供一種生成人造微結構參數(shù)的方法，人造微結構由參數(shù)組來定義，方法包括以下步驟Sl 生成一個均值和方差分別是μ t的正態(tài)分布函數(shù)，并在正態(tài)分布函數(shù)中， 使用多元正態(tài)隨機數(shù)函數(shù)生成N個參數(shù)組X1, X2,......，\，其中t的初始值為預先設定，t為迭代次數(shù)；S2 分別計算N個參數(shù)組對應的人造微結構的電磁響應函數(shù)與預先設置的目標電磁響應函數(shù)的距離D1, D2,......,Dn;S3:將距離進行排序并從最小的距離開始取Nel個距離，并根據(jù)前Nel個參數(shù)組更新均值μ t+1和方差Σ t+1，其中，Nel為小于N的自然數(shù)；S4 判斷距離Di是否滿足預先設置的循環(huán)條件，若否，則獲取Nel個距離對應的人造微結構的電磁響應函數(shù)，循環(huán)結束，其中，Nel個距離包括距離Di, i的值為預先設定。在本發(fā)明生成人造微結構參數(shù)的方法中，循環(huán)條件包括迭代次數(shù)t小于常數(shù)C，常數(shù)C為預設的大于2的自然數(shù)；或者選取最小距離Dmin，1 ^ min ^ N，最小距離Di大于ζ，ζ的值為預先設定。在本發(fā)明生成人造微結構參數(shù)的方法中，判斷最小的距離是否滿足預先設置的循環(huán)條件的步驟之后還包括若是，則將更新的均值μ w和方差Σ w代入Sl進行下一輪循環(huán)計算，直至循環(huán)結
束ο在本發(fā)明生成人造微結構參數(shù)的方法中，Nel等于分位數(shù)P乘以參數(shù)組數(shù)N。在本發(fā)明生成人造微結構參數(shù)的方法中，根據(jù)前Nel個參數(shù)組更新均值μ w和方差Σ t+1的公式為
權利要求
1.一種生成人造微結構參數(shù)的方法，所述人造微結構由參數(shù)組來定義，其特征在于，所述方法包括以下步驟51生成一個均值和方差分別是μ JPEt的正態(tài)分布函數(shù)，并在所述正態(tài)分布函數(shù)中，使用多元正態(tài)隨機數(shù)函數(shù)生成N個參數(shù)組&，X2,......，Xn，其中所述PjnEt的初始值為預先設定，t為迭代次數(shù)；52分別計算所述N個參數(shù)組對應的人造微結構的電磁響應函數(shù)與預先設置的目標電磁響應函數(shù)的距離D1, D2,......,Dn;53將所述距離進行排序并從最小的距離開始取Nel個距離，并根據(jù)所述前Nel個參數(shù)組更新所述均值μ t+1和方差Σ t+1，其中，所述Nel為小于所述N的自然數(shù)；54判斷距離Di是否滿足預先設置的循環(huán)條件，若否，則獲取所述Nel個距離對應的人造微結構的電磁響應函數(shù)，循環(huán)結束，其中，所述Nel個距離包括距離Di, i的值為預先設定。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述循環(huán)條件包括迭代次數(shù)t小于常數(shù)C，常數(shù)C為預設的大于2的自然數(shù)；或者選取最小距離Dmin，1 ^ min ^ N，最小距離Di大于ζ，ζ的值為預先設定。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述判斷最小的距離是否滿足預先設置的循環(huán)條件的步驟之后還包括若是，則將更新的均值μ t+1和方差Σ t+1代入Sl進行下一輪循環(huán)計算，直至循環(huán)結束。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述Nel等于分位數(shù)P乘以所述參數(shù)組數(shù)N。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)前Nel個參數(shù)組更新所述均值 μ t+1和方差Σ t+1的公式為
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述距離還可用適應度函數(shù)計算，所述適應度函數(shù)Si = IF (Xi) -G (χ) I，其中，F(xiàn) (Xi)為所述參數(shù)組Xi的電磁響應函數(shù)，G (χ)是目標電磁響應函數(shù)而的數(shù)值越小，說明所述參數(shù)組的人造微結構的電磁響應特性與目標電磁響應特性越接近。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟3中，將所述距離進行排序并從最小的距離開始取Nel個距離之后，及根據(jù)所述前Nel個參數(shù)組更新所述均值μ t+1和方差 Σ t+1之前，還包括獲取所述Nel個距離對應的Nel個參數(shù)組。
全文摘要
本發(fā)明提供一種生成人造微結構參數(shù)的方法，方法包括以下步驟S1根據(jù)當前的均值和方差所示的多元正態(tài)分布生成N個參數(shù)組；S2分別計算N個電磁響應函數(shù)與目標電磁響應函數(shù)的距離；S3選取最小的前Nel個距離所對應的Nel個參數(shù)組同時更新均值和方差；S4判斷是否符合循環(huán)條件，若是跳至步驟S1，若否，退出循環(huán)。本發(fā)明提供了一種高效率生成人造微結構參數(shù)的方法，同時利用圖形處理單元GPU實現(xiàn)多線程計算，從根本上提高了對人造微結構參數(shù)的設計效率。本發(fā)明常運用于超材料領域。
文檔編號G06F17/50GK102479278SQ20111006180
公開日2012年5月30日 申請日期2011年3月15日 優(yōu)先權日2011年3月15日
發(fā)明者何振明, 劉斌, 劉若鵬, 季春霖, 趙治亞 申請人:深圳光啟創(chuàng)新技術有限公司, 深圳光啟高等理工研究院