專利名稱：一種確定超材料單元結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超材料設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別是涉及一種利用遺傳算法確定超材料單元結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
目前，通常通過計(jì)算電磁波響應(yīng)的特性來設(shè)計(jì)超材料，在研究材料對電磁波響應(yīng)的時(shí)候，材料中任何尺度遠(yuǎn)小于電磁波波長的結(jié)構(gòu)對電磁波的響應(yīng)也可以用材料的整體參數(shù)，例如介電常數(shù)ε和磁導(dǎo)率μ來描述。通過設(shè)計(jì)材料每點(diǎn)的結(jié)構(gòu)使得材料各點(diǎn)的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率都相同或者不同從而使得材料整體的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率呈一定規(guī)律排布，規(guī)律排布的磁導(dǎo)率和介電常數(shù)即可使得材料對電磁波具有宏觀上的響應(yīng)，例如匯聚電磁波、發(fā)散電磁波等。該類具有規(guī)律排布的磁導(dǎo)率和介電常數(shù)的材料我們稱之為超材料。超材料通常包括基材以及附著在基材至少一側(cè)表面上的人造金屬微結(jié)構(gòu)，每一人造金屬微結(jié)構(gòu)與其附著的那部分基材可以看做是一個(gè)超材料單元。多個(gè)超材料單元按一定規(guī)律排列即可得到電磁波特定的響應(yīng)。超材料的電磁響應(yīng)的特征是由基材的特性及附著在基材至少一側(cè)表面上的人造金屬微結(jié)構(gòu)的特性共同決定，人造微結(jié)構(gòu)的特性包括其制備材料、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和幾何尺寸，基材的特性取決于其制備材料與尺寸。因此，在基材一定的情況下，通過設(shè)計(jì)改變?nèi)嗽旖饘傥⒔Y(jié)構(gòu)的特性，可以得到所需的電磁響應(yīng)參數(shù)，具體例如可為相對介電常數(shù)和相對磁導(dǎo)率，從而得到我們所需要的物理特性，如特定的電場響應(yīng)曲線、磁場響應(yīng)曲線和/或折射率響應(yīng)曲線等，進(jìn)而得到符合預(yù)設(shè)的物理特性目標(biāo)值的所需超材料單元結(jié)構(gòu)。目前，常用遺傳算法設(shè)計(jì)超材料單元的結(jié)構(gòu)。遺傳算法中起核心作用的是交叉算子?，F(xiàn)有的交叉運(yùn)算，主要是選擇適應(yīng)度大的個(gè)體，進(jìn)行保留，做下一次迭代。每一次迭代的具體步驟是:初始化設(shè)置η個(gè)個(gè)體，分別計(jì)算出η個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度，然后給適應(yīng)度較高的個(gè)體分配較大的概率，繼而選取適應(yīng)度高的部分個(gè)體進(jìn)行交叉或變異的處理后產(chǎn)生新的個(gè)體，對這些新的個(gè)體計(jì)算適應(yīng)度。將新的個(gè)體與原先的個(gè)體放在一起比較，選取其中適應(yīng)度高的η個(gè)個(gè)體保留，作為下一次迭代的個(gè)體。隨著迭代次數(shù)的增加，最后的種群中，每個(gè)個(gè)體都會(huì)接近于適應(yīng)度高、基因好的個(gè)體，因而陷入局部最優(yōu)，不能找到全局的最優(yōu)解。可見，使用上述現(xiàn)有處理方法易使處理結(jié)果限于局部最優(yōu)，浪費(fèi)資源。為了更合理的利用資源，則需要從海量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)中試驗(yàn)、分析出最優(yōu)結(jié)果，導(dǎo)致計(jì)算工作量增大、效率低。因此，需要提供一種確定超材料單元結(jié)構(gòu)的方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的計(jì)算工作復(fù)雜、效率低以及易于陷入局部最優(yōu)解的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種確定超材料單元結(jié)構(gòu)的方法，能夠降低計(jì)算工作的復(fù)雜度，能夠更好地收斂到最優(yōu)解，提高工作效率以及全局搜索能力。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是:提供一種確定超材料單元結(jié)構(gòu)的方法，超材料單元包括基材以及附著在基材至少一側(cè)表面上的人造金屬微結(jié)構(gòu)，該方法包括步驟:定義設(shè)計(jì)變量:將人造金屬微結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)區(qū)域劃分為多個(gè)呈矩陣排列的子單元，且以二進(jìn)制編碼表示在每一子單元上是否排列有金屬，并對應(yīng)以一個(gè)二進(jìn)制編碼序列來表征具有人造金屬微結(jié)構(gòu)的超材料單元的結(jié)構(gòu)特性，將二進(jìn)制編碼序列作為設(shè)計(jì)變量；初始化設(shè)置:初始化產(chǎn)生N個(gè)二進(jìn)制編碼序列作為初始設(shè)計(jì)變量，設(shè)置進(jìn)化代數(shù)計(jì)數(shù)器t，設(shè)定最大進(jìn)化代數(shù)為T ；個(gè)體評價(jià):計(jì)算各初始設(shè)計(jì)變量的物理特性參數(shù)和適應(yīng)度；交叉及變異操作:選擇適應(yīng)度高的前nl個(gè)初始設(shè)計(jì)變量進(jìn)行交叉和變異操作，交叉操作產(chǎn)生多個(gè)交叉設(shè)計(jì)變量，變異操作產(chǎn)生多個(gè)變異設(shè)計(jì)變量；終止條件判斷:計(jì)算交叉設(shè)計(jì)變量和變異設(shè)計(jì)變量的物理特性參數(shù)和適應(yīng)度，如計(jì)算結(jié)果中有符合所需的結(jié)果，則計(jì)算結(jié)束；如計(jì)算結(jié)果中沒有符合所需的結(jié)果，則從初始設(shè)計(jì)變量、交叉設(shè)計(jì)變量和變異設(shè)計(jì)變量中選擇適應(yīng)度高的前n2個(gè)設(shè)計(jì)變量，從n2個(gè)設(shè)計(jì)變量中再選擇復(fù)雜度從低到高排列的前n3個(gè)設(shè)計(jì)變量作為初始設(shè)計(jì)變量進(jìn)行下一次迭代，直至得到符合所需的結(jié)果或迭代次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)的T值。其中，個(gè)體評價(jià)步驟之前還包括:設(shè)定超材料單元物理特性參數(shù)的目標(biāo)值。其中，物理特性參數(shù)越接近目標(biāo)值的設(shè)計(jì)變量，其適應(yīng)度越高。其中，進(jìn)化代數(shù)計(jì)數(shù)器t的初始值為0，若進(jìn)化代數(shù)計(jì)數(shù)器t的值等于最大進(jìn)化代數(shù)T，則終止計(jì)算。其中，二進(jìn)制編碼的取值為I時(shí)，表示在子單元上排列有金屬，二進(jìn)制編碼的取值為O時(shí),表不在子單兀上未排列有金屬。其中，二進(jìn)制編碼的取值為O時(shí)，表示在子單元上排列有金屬，二進(jìn)制編碼的取值為I時(shí)，表不在子單兀上未排列有金屬。其中，若二進(jìn)制編碼序列的位數(shù)固定時(shí)，O越多的二進(jìn)制編碼序列其復(fù)雜度越低。其中，選擇復(fù)雜度從低到高排列的前n3個(gè)設(shè)計(jì)變量進(jìn)一步包括選擇I最連續(xù)的前n3個(gè)二進(jìn)制編碼序列。其中，物理特性參數(shù)為超材料單元在特定頻率下的相對介電常數(shù)和相對磁導(dǎo)率，或者是超材料單元在一個(gè)特定頻段內(nèi)的電場響應(yīng)曲線、磁場響應(yīng)曲線和/或折射率響應(yīng)曲線。其中，最大進(jìn)化代數(shù)T的取值為30代。本發(fā)明的有益效果是:區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的情況，本發(fā)明在兩次迭代過程中，先選擇適應(yīng)度高的前n2個(gè)設(shè)計(jì)變量，再從n2個(gè)設(shè)計(jì)變量中選擇復(fù)雜度從低到高排列的前n3個(gè)設(shè)計(jì)變量作為初始變量進(jìn)行下一次迭代。通過上述方式，一方面降低了處理工作的復(fù)雜度，另一方面減小超級個(gè)體對種群進(jìn)化的影響，從而避免出現(xiàn)早熟收斂的局部最優(yōu)解，能夠更好地收斂到全局最優(yōu)解，提高了工作效率以及全局搜索能力。上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。


圖1是本發(fā)明一種確定超材料單元結(jié)構(gòu)的方法的流程圖；圖2是以二進(jìn)制編碼序列作為設(shè)計(jì)變量以表征人造金屬微結(jié)構(gòu)的方法的示意圖。
具體實(shí)施例方式為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的方法詳細(xì)說明如下。有關(guān)本發(fā)明的前述及其他技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，在以下配合參考圖式的較佳實(shí)施例的詳細(xì)說明中將可清楚呈現(xiàn)。通過具體實(shí)施方式
的說明，當(dāng)可對本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定目的所采取的技術(shù)手段及功效得以更加深入且具體的了解，然而所附圖式僅是提供參考與說明之用，并非用來對本發(fā)明加以限制。本發(fā)明實(shí)施例中，超材料單元包括基材以及附著在基材至少一側(cè)表面上的人造金屬微結(jié)構(gòu)，其中，在基材一定的情況下，通過設(shè)計(jì)改變?nèi)嗽旖饘傥⒔Y(jié)構(gòu)的特性，可以達(dá)到所需的電磁響應(yīng)參數(shù)，即相對介電常數(shù)和相對磁導(dǎo)率，從而得到我們所需要的物理特性，進(jìn)而得到所需的超材料單元結(jié)構(gòu)。因而，通常是通過設(shè)計(jì)人造金屬微結(jié)構(gòu)來得到所需的超材料單元結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供一種確定超材料單元結(jié)構(gòu)的方法，該超材料單元結(jié)構(gòu)不但符合預(yù)設(shè)的物理特性目標(biāo)值且具有最簡單結(jié)構(gòu)，具體而言，請參閱圖1所示，圖1是本發(fā)明一種確定超材料單元結(jié)構(gòu)的方法的流程圖，其包括:步驟S1:定義設(shè)計(jì)變量:將人造金屬微結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)區(qū)域劃分為多個(gè)呈矩陣排列的子單元，且以二進(jìn)制編碼表示在每一子單元上是否排列有金屬，并對應(yīng)以一個(gè)二進(jìn)制編碼序列來表征具有人造金屬微結(jié)構(gòu)的超材料單元的結(jié)構(gòu)特性，將二進(jìn)制編碼序列作為設(shè)計(jì)變量。具體而言，請配合參閱圖2所示，在本發(fā)明中，采用如圖2所示的一種以二進(jìn)制編碼序列作為設(shè)計(jì)變量以表征人造金屬微結(jié)構(gòu)的方法。如圖2左側(cè)部分所示，將人造金屬微結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)區(qū)域劃分為離散網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，其包括多個(gè)呈矩陣排列的子單元，且以二進(jìn)制編碼表示在每一子單元上是否排列有金屬，并對應(yīng)以一個(gè)二進(jìn)制編碼矩陣來表征具有人造金屬微結(jié)構(gòu)的超材料單元的結(jié)構(gòu)特性。例如，如圖2的實(shí)施例中，將設(shè)計(jì)區(qū)域劃分為25個(gè)子單元，此時(shí)二進(jìn)制編碼的取值為I時(shí)表示子單元排列金屬，二進(jìn)制編碼的取值為O時(shí)表示子單元未排列金屬。由此，圖2左側(cè)部分的人造金屬微結(jié)構(gòu)可用圖2右側(cè)的0，I矩陣來表示。即:通過上述方式，人造金屬微結(jié)構(gòu)就轉(zhuǎn)化為O和I整數(shù)規(guī)劃。例如，可以用0111000000100010101000100這樣的一個(gè)二進(jìn)制編碼序列來表示如圖2左側(cè)所示的結(jié)構(gòu)。于是，每個(gè)不同的人造金屬微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可作為利用遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化處理中的一條染色體，方法簡單易行。因?yàn)槌牧蠁卧ɑ囊约案街诨闹辽僖粋?cè)表面上的人造金屬微結(jié)構(gòu)。所以，當(dāng)入射波沿圖2中z方向傳播，并且電場的方向沿X軸、磁場方向沿y軸時(shí)，就可以按照圖2右側(cè)部分中給出的人造金屬微結(jié)構(gòu)的矩陣變量表示方法來計(jì)算其等效的物理特性參數(shù)，并結(jié)合仿真軟件進(jìn)行仿真處理，進(jìn)而確定所需的超材料單元結(jié)構(gòu)。由此，通過改變?nèi)魏味M(jìn)制編碼序列中的一個(gè)二進(jìn)制編碼就可以改變設(shè)計(jì)變量，從而得到另一新的人造金屬微結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，本發(fā)明中也可以二進(jìn)制編碼的取值為I時(shí)表示子單元未排列金屬，二進(jìn)制編碼的取值為O時(shí)表示子單元排列金屬，本發(fā)明不對此進(jìn)行限定。步驟S2:初始化設(shè)置:初始化產(chǎn)生N個(gè)二進(jìn)制編碼序列作為初始設(shè)計(jì)變量，設(shè)置進(jìn)化代數(shù)計(jì)數(shù)器t，設(shè)定最大進(jìn)化代數(shù)為T ；其中，進(jìn)化代數(shù)計(jì)數(shù)器t的初始值為O，本發(fā)明中，設(shè)定最大進(jìn)化代數(shù)T的取值為30代。應(yīng)理解，T的取值可以根據(jù)需要取其他值，在此不加以強(qiáng)制。步驟S3:設(shè)定超材料單元物理特性參數(shù)的目標(biāo)值。本發(fā)明實(shí)施方式中，通過設(shè)計(jì)改變?nèi)嗽旖饘傥⒔Y(jié)構(gòu)的分布特性，以得到超材料單元所需的電磁響應(yīng)參數(shù)，即相對介電常數(shù)ε和相對磁導(dǎo)率μ ,由公式η= 可進(jìn)一步得到超材料單元的折射率η，進(jìn)而得到符合預(yù)設(shè)的物理特性目標(biāo)值的超材料單元結(jié)構(gòu)。其中，預(yù)設(shè)的物理特性參數(shù)為超材料單元在特定頻率下的相對介電常數(shù)和相對磁導(dǎo)率，當(dāng)然也可是超材料單元在一個(gè)特定頻段內(nèi)的電場響應(yīng)曲線、磁場響應(yīng)曲線和/或折射率響應(yīng)曲線等。步驟S4:個(gè)體評價(jià):計(jì)算各初始設(shè)計(jì)變量的物理特性參數(shù)和適應(yīng)度值，并判斷所述計(jì)算結(jié)果中是否有符合所需的結(jié)果；在步驟S4中，計(jì)算各初始設(shè)計(jì)變量的物理特性參數(shù)，然后依照在進(jìn)化過程中物理特性參數(shù)越接近目標(biāo)值的設(shè)計(jì)變量，其適應(yīng)度越高的原則計(jì)算該設(shè)計(jì)變量的適應(yīng)度值，即在進(jìn)化過程中，每個(gè)設(shè)計(jì)變量分別具有對應(yīng)的物理特性參數(shù)值和適應(yīng)度值。本發(fā)明中，計(jì)算各初始設(shè)計(jì)變量的物理特性參數(shù)和適應(yīng)度值后，判斷步驟S4的計(jì)算結(jié)果中是否有符合所需的結(jié)果。其中，符合所需的結(jié)果是指符合預(yù)設(shè)的物理特性目標(biāo)值且具有最簡單的人造金屬微結(jié)構(gòu)分布的設(shè)計(jì)變量。若前述判斷結(jié)果為是，則結(jié)束計(jì)算，輸出符合所需的結(jié)果；若判斷結(jié)果為否，則轉(zhuǎn)到步驟S5和步驟S6。步驟S5:交叉操作:計(jì)算各交叉設(shè)計(jì)變量的物理特性參數(shù)和適應(yīng)度值，并判斷所述計(jì)算結(jié)果中是否有符合所需的結(jié)果選擇適應(yīng)度高的前nl個(gè)初始設(shè)計(jì)變量進(jìn)行交叉操作，計(jì)算各交叉設(shè)計(jì)變量的物理特性參數(shù)和適應(yīng)度值，并判斷所述結(jié)果中是否有符合所需的結(jié)果。具體而言，交叉操作是將交叉算子作用于群體，將進(jìn)行交叉操作的設(shè)計(jì)變量中的部分片段加以替換重組而生成新的設(shè)計(jì)變量。本發(fā)明中，交叉步驟以一定的交叉概率進(jìn)行，如交叉概率為0.8，交叉概率的值也可以根據(jù)具體需要具體設(shè)定。在交叉操作中生成的新的設(shè)計(jì)變量，稱之為交叉設(shè)計(jì)變量。計(jì)算交叉操作之后產(chǎn)生的交叉設(shè)計(jì)變量的物理特性參數(shù)和適應(yīng)度值，并判斷所述計(jì)算結(jié)果中是否有符合所需的結(jié)果，若判斷結(jié)果為是，則結(jié)束計(jì)算，輸出符合所需的結(jié)果；若判斷結(jié)果為否，則轉(zhuǎn)到步驟S7。步驟S6:變異操作:計(jì)算各變異設(shè)計(jì)變量的物理特性參數(shù)和適應(yīng)度值，并判斷所述計(jì)算結(jié)果中是否有符合所需的結(jié)果
選擇適應(yīng)度高的前nl個(gè)初始設(shè)計(jì)變量進(jìn)行變異操作，所述變異操作產(chǎn)生多個(gè)變異設(shè)計(jì)變量，計(jì)算所述變異設(shè)計(jì)變量的物理特性參數(shù)和適應(yīng)度，并判斷所述計(jì)算結(jié)果中是否有符合所需的結(jié)果。具體而言，變異操作是將變異算子作用于群體。每次變異操作會(huì)得到一個(gè)新的設(shè)計(jì)變量。在本發(fā)明中的具體步驟是:將進(jìn)行變異操作的設(shè)計(jì)變量的某些片段上的基因值作變動(dòng)。例如，設(shè)計(jì)變量為二進(jìn)制編碼序列時(shí)，將二進(jìn)制編碼序列的某些片段上的基因值O變成1，以產(chǎn)生新的設(shè)計(jì)變量。此外還可以將設(shè)計(jì)變量的某些片段上的基因值I變成O?？筛鶕?jù)具體情況作相應(yīng)的改變，本發(fā)明對此不加以具體限定。本發(fā)明中，變異操作以一定的概率進(jìn)行，如變異概率為0.2。變異概率的值也可以根據(jù)具體需要具體設(shè)定。變異操作之后生成新的設(shè)計(jì)變量，稱之為變異設(shè)計(jì)變量。計(jì)算變異得到的變異設(shè)計(jì)變量的物理特性參數(shù)和適應(yīng)度值，并判斷計(jì)算結(jié)果中是否有符合所需的結(jié)果，若判斷結(jié)果為是，則結(jié)束計(jì)算，輸出符合所需的結(jié)果；若判斷的結(jié)果為否，則轉(zhuǎn)到步驟S7。在前述的步驟中，如仍無符合所需的結(jié)果，則進(jìn)入步驟S7:從初始設(shè)計(jì)變量、交叉設(shè)計(jì)變量和變異設(shè)計(jì)變量中選擇適應(yīng)度高的前n2個(gè)設(shè)計(jì)變量，從該n2個(gè)設(shè)計(jì)變量中再選擇復(fù)雜度從低到高排列的前n3個(gè)設(shè)計(jì)變量作為下一次迭代的初始設(shè)計(jì)變量。

步驟S8:判斷迭代次數(shù)是否等于T，如果迭代次數(shù)等于預(yù)設(shè)的最大進(jìn)化代數(shù)T，則結(jié)束計(jì)算，輸出最接近目標(biāo)值的設(shè)計(jì)變量；如果迭代次數(shù)未達(dá)到T，則以步驟7中篩選出的前n3個(gè)設(shè)計(jì)變量作為初始設(shè)計(jì)變量進(jìn)行下一次迭代，直至在迭代中得到符合所需的結(jié)果或是迭代次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)的T值。具體而言，從初始設(shè)計(jì)變量、交叉設(shè)計(jì)變量和變異設(shè)計(jì)變量中選擇適應(yīng)度值最高的前η2個(gè)，由此可保證全局的優(yōu)良基因，有利于得到最優(yōu)解。再從前η2個(gè)適應(yīng)度最高的設(shè)計(jì)變量中選擇復(fù)雜度低的前η3個(gè)設(shè)計(jì)變量作為下一次迭代的基因，可減小處理的工作量，提高工作效率，且復(fù)雜度越低，結(jié)構(gòu)越簡單，易于加工，降低成本。詳細(xì)而言，如果I是表示設(shè)置有金屬時(shí)，在本發(fā)明實(shí)施例中，選擇二進(jìn)制編碼序列中O較多的設(shè)計(jì)變量或I最連續(xù)的設(shè)計(jì)變量，其中O越多或I最連續(xù)的設(shè)計(jì)變量表示其復(fù)雜度越低。二進(jìn)制編碼序列的位數(shù)固定時(shí),O越多時(shí)表示I越少，即表示金屬的數(shù)量越少。換而言之，二進(jìn)制編碼序列中，O越多的設(shè)計(jì)變量其復(fù)雜度越低。同理，二進(jìn)制編碼序列中I連續(xù)的設(shè)計(jì)變量表示金屬是連貫的一條金屬線，結(jié)構(gòu)簡單，即其對應(yīng)的設(shè)計(jì)變量的復(fù)雜度也越低。通過上述方式，本發(fā)明在兩次迭代過程中，先選擇適應(yīng)度高的前η2個(gè)設(shè)計(jì)變量，再從η2個(gè)設(shè)計(jì)變量中選擇復(fù)雜度低的前η3個(gè)設(shè)計(jì)變量作為初始變量進(jìn)行下一次迭代，由此一方面降低了處理工作的復(fù)雜度，減小超級個(gè)體對種群進(jìn)化的影響，從而避免出現(xiàn)早熟收斂的局部最優(yōu)解，能夠更好地收斂到全局最優(yōu)解，提高了工作效率以及全局搜索能力 ’另一方面，利用本發(fā)明確定的超材料單元結(jié)構(gòu)不但可達(dá)到預(yù)設(shè)的物理特性目標(biāo)值且其實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)簡單，易于加工，降低加工成本。以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種確定超材料單元結(jié)構(gòu)的方法，所述超材料單元包括基材以及附著在所述基材至少一側(cè)表面上的人造金屬微結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 定義設(shè)計(jì)變量:將所述人造金屬微結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)區(qū)域劃分為多個(gè)呈矩陣排列的子單元，且以二進(jìn)制編碼表示在每一所述子單元上是否排列有金屬，并對應(yīng)以一個(gè)二進(jìn)制編碼序列來表征具有所述人造金屬微結(jié)構(gòu)的所述超材料單元的結(jié)構(gòu)特性，將所述二進(jìn)制編碼序列作為設(shè)計(jì)變量； 初始化設(shè)置:初始化產(chǎn)生N個(gè)二進(jìn)制編碼序列作為初始設(shè)計(jì)變量，設(shè)置進(jìn)化代數(shù)計(jì)數(shù)器t，設(shè)定最大進(jìn)化代數(shù)為T ; 個(gè)體評價(jià):計(jì)算各初始設(shè)計(jì)變量的物理特性參數(shù)和適應(yīng)度； 交叉及變異操作:選擇適應(yīng)度高的前nl個(gè)初始設(shè)計(jì)變量進(jìn)行交叉和變異操作，所述交叉操作產(chǎn)生多個(gè)交叉設(shè)計(jì)變量，所述變異操作產(chǎn)生多個(gè)變異設(shè)計(jì)變量； 終止條件判斷:計(jì)算所述交叉設(shè)計(jì)變量和所述變異設(shè)計(jì)變量的物理特性參數(shù)和適應(yīng)度，如所述計(jì)算結(jié)果中有符合所需的結(jié)果，則計(jì)算結(jié)束； 如所述計(jì)算結(jié)果中沒有符合所需的結(jié)果，則從所述初始設(shè)計(jì)變量、交叉設(shè)計(jì)變量和變異設(shè)計(jì)變量中選擇適應(yīng)度高的前n2個(gè)設(shè)計(jì)變量，從所述n2個(gè)設(shè)計(jì)變量中再選擇復(fù)雜度從低到高排列的前n3個(gè)設(shè)計(jì)變量作為初始設(shè)計(jì)變量進(jìn)行下一次迭代，直至得到符合所需的結(jié)果或迭代次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)的T值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述個(gè)體評價(jià)步驟之前還包括: 設(shè)定超材料單元物理特性參數(shù)的目標(biāo)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，物理特性參數(shù)越接近所述目標(biāo)值的設(shè)計(jì)變量，其適應(yīng)度越高。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述進(jìn)化代數(shù)計(jì)數(shù)器t的初始值為O，若所述進(jìn)化代數(shù)計(jì)數(shù)器t的值等于所述最大進(jìn)化代數(shù)T，則終止計(jì)算。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述二進(jìn)制編碼的取值為I時(shí)，表示在所述子單元上排列有金屬，所述二進(jìn)制編碼的取值為O時(shí)，表示在所述子單元上未排列有金屬。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述二進(jìn)制編碼的取值為O時(shí)，表示在所述子單元上排列有金屬，所述二進(jìn)制編碼的取值為I時(shí)，表示在所述子單元上未排列有金屬。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，若所述二進(jìn)制編碼序列的位數(shù)固定時(shí)，O越多的二進(jìn)制編碼序列其復(fù)雜度越低。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，選擇復(fù)雜度從低到高排列的前n3個(gè)設(shè)計(jì)變量進(jìn)一步包括選擇I最連續(xù)的前n3個(gè)二進(jìn)制編碼序列。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述物理特性參數(shù)為超材料單元在特定頻率下的相對介電常數(shù)和相對磁導(dǎo)率，或者是超材料單元在一個(gè)特定頻段內(nèi)的電場響應(yīng)曲線、磁場響應(yīng)曲線和/或折射率響應(yīng)曲線。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述最大進(jìn)化代數(shù)T的取值為30代。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種確定超材料單元結(jié)構(gòu)的方法。該方法包括定義設(shè)計(jì)變量，初始化設(shè)置，個(gè)體評價(jià)，交叉及變異操作以及終止條件判斷。通過上述方式，本發(fā)明在兩次迭代過程中，先選擇適應(yīng)度高的前n2個(gè)設(shè)計(jì)變量，再從n2個(gè)設(shè)計(jì)變量中選擇復(fù)雜度從低到高排列的前n3個(gè)設(shè)計(jì)變量作為初始設(shè)計(jì)變量進(jìn)行下一次迭代。通過上述方式，一方面降低了處理工作的復(fù)雜度，另一方面減小超級個(gè)體對種群進(jìn)化的影響，從而避免出現(xiàn)早熟收斂的局部最優(yōu)解，能夠更好地收斂到全局最優(yōu)解，提高了工作效率以及全局搜索能力。
文檔編號G06F17/50GK103164554SQ201110418349
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者劉若鵬, 季春霖, 岳玉濤, 王海蓮 申請人:深圳光啟高等理工研究院