基于Hopfield网络的路径规划并行算法设计与实现

发布时间：2017-06-25 03:07

  本文关键词：基于Hopfield网络的路径规划并行算法设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：路径规划算法不仅仅是图论和算法理论中的经典问题,而且在现实生活中也有非常多应用,例如在智能交通、物流规划、通信、机器人、LBS(基于位置的服务)、无人机等领域。针对传统的最短路径规划算法在求解路径规划问题上的局限性,提出了一种基于Hopfield神经网络的路径规划算法,利用并行计算技术来对算法进行加速,在算法的有效性和计算速度两个方面对路径算法做了一定改进。首先对具有多个优化目标的路径规划问题进行了分析,使用统一目标法把多个目标的问题转化为一个总的综合目标,并建立该问题相应的数学模型,将求解多目标路径规划问题转化为具有多个局部极小值点的非凸优化问题;分析了适合于交通网络分析的路网模型,以及相关的约束条件和影响因素。其次介绍了Hopfield神经网络的基本概念和性质,分析连续型Hopfield神经网络能量函数的稳定性以及用于求解凸优化问题的可行性,并对网络迭代的步长更新策略进行了改进;针对Hopfield神经网络在求解非凸优化问题上的局限性,将连续型的模拟退火算法与其相结合,实验结果表明,模拟退火Hopfield神经网络能够有效跳出局部极小值,并收敛于全局最优值。对Hopfield神经网络进行了并行性分析,将其迭代过程转化为多个矩阵运算,并利用OpenCL并行计算框架对不同规模的矩阵运算进行测试,针对矩阵运算优化了对内存的访问。测试结果表明,相对于传统的串行计算方式,基于OpenCL的并行计算模式能够显著提高矩阵运算的速度。将并行计算应用于求解一个多目标路径规划问题,验证了算法在求解多目标路径规划问题时能取得正确的效果。最后在本文所研究路径规划算法的基础上,结合并行计算、GIS等技术开发了一个路径规划仿真软件。
【关键词】：路径规划 非凸优化 Hopfield神经网络 并行计算
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP183;U116.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1. 研究背景及意义11-13
• 1.2. 路径规划算法研究现状13-15
• 1.2.1. 路径规划基本步骤13-14
• 1.2.2. 常用路径规划算法14-15
• 1.3. Hopfield神经网络在路径规划中应用15-17
• 1.4. 本文的主要工作及创新点17-19
• 1.4.1. 主要工作内容17-18
• 1.4.2. 主要创新点18-19
• 第二章 多目标路径规划问题19-26
• 2.1. 路径规划问题介绍19-20
• 2.2. 多目标路径规划问题与优化问题20-25
• 2.2.1. 多目标的处理20-21
• 2.2.2. 路网模型21
• 2.2.3. 约束条件21-22
• 2.2.4. 影响因素22
• 2.2.5. 多目标的权重分析22-25
• 2.3. 本章小结25-26
• 第三章 Hopfield神经网络在优化问题中的应用26-55
• 3.1. Hopfield神经网络26-32
• 3.1.1. Hopfield神经网络的基本概念26-29
• 3.1.2. Hopfield神经网络的学习算法29-30
• 3.1.3. CHNN的能量函数及其稳定性分析30-32
• 3.2. Hopfield神经网络求解凸优化问题32-44
• 3.2.1. CHNN与优化问题32-35
• 3.2.2. CHNN计算示例35-39
• 3.2.3. 步长更新策略的改进39-44
• 3.3. 连续型模拟退火算法求解非凸优化问题44-52
• 3.3.1. 模拟退火算法基本原理44-46
• 3.3.2. 连续型模拟退火算法46-47
• 3.3.3. 模拟退火算法的参数设置47-48
• 3.3.4. SA计算示例48-52
• 3.4. 模拟退火算法与Hopfield神经网络相结合52-54
• 3.4.1. SA-CHNN算法基本介绍52-53
• 3.4.2. SA-CHNN计算示例53-54
• 3.5. 本章小结54-55
• 第四章 并行计算的在路径规划算法中的应用55-76
• 4.1. 并行计算基本概念55-56
• 4.1.1. 并行计算机体系结构55
• 4.1.2. 并行程序编程模型55-56
• 4.2. Open CL与并行计算56-61
• 4.2.1. Open CL基本概念56-58
• 4.2.2. Open CL基本架构58-60
• 4.2.3. Open CL编程步骤60-61
• 4.3. Hopfield神经网络的并行化分析61-63
• 4.4. 矩阵并行运算的性能分析63-70
• 4.4.1. Open CL在矩阵乘法上性能测试63-67
• 4.4.2. Open CL矩阵运算的优化设计67-70
• 4.5. 多目标路径规划算法的验证70-75
• 4.5.1. 多目标路径问题的数学模型70
• 4.5.2. CHNN的构建70-73
• 4.5.3. 计算示例73-75
• 4.6. 本章小结75-76
• 第五章 路径规划仿真软件的实现76-85
• 5.1. 软件架构设计76-78
• 5.1.1. 软件开发与运行环境76-77
• 5.1.2. 软件基本架构77-78
• 5.2. 功能模块的设计与实现78-84
• 5.3. 本章小结84-85
• 总结与展望85-87
• 1. 总结85-86
• 2. 展望86-87
• 参考文献87-91
• 附录 1 Hopfield类核心代码91-100
• 附录 2 SA类核心代码100-107
• 附录 3 Open CL矩阵乘法核心代码107-109
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果109-110
• 致谢110-111
• 附件111

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘海;郭小勤;余得贵;;清洁机器人全覆盖路径规划算法综述[J];机电产品开发与创新;2008年06期

2 孙立光;史其信;;基于离散势能场的行人路径规划算法研究[J];交通标准化;2009年23期

3 王伟，储林波，马玉林;一种改进的机器人路径规划算法[J];哈尔滨工业大学学报;1998年02期

4 付梦印,李杰,邓志红;基于分层道路网络的新型路径规划算法[J];计算机辅助设计与图形学学报;2005年04期

5 刘建军;陈建新;;基于可通过性的月面巡视探测器路径规划算法[J];中国空间科学技术;2009年03期

6 谢辉辉;胡江;班玉荣;;基于A*算法的AGV路径规划的研究[J];制造业自动化;2011年03期

7 吴正言;张春勤;莫时旭;;地震疏散路径规划算法[J];武汉理工大学学报(交通科学与工程版);2014年02期

8 王滨;金明河;谢宗武;刘宏;;基于启发式的快速扩展随机树路径规划算法[J];机械制造;2007年12期

9 彭飞,柳重堪,张其善;车辆定位与导航系统中的快速路径规划算法[J];北京航空航天大学学报;2002年01期

10 陈则王,袁信;基于分层分解的一种实时车辆路径规划算法[J];南京航空航天大学学报;2003年02期

中国重要会议论文全文数据库 前6条

1 汪永红;刘小春;张有为;侯一凡;;嵌入式GIS中大区域路径规划算法研究[A];《测绘通报》测绘科学前沿技术论坛摘要集[C];2008年

2 原晓伟;任雪梅;;参数自调整的机器人路径规划算法[A];第二十三届中国控制会议论文集（下册）[C];2004年

3 涂自然;王维;梁以业;禹建丽;;基于强化学习的自适应变步长机器人路径规划算法[A];2003年中国智能自动化会议论文集（上册）[C];2003年

4 雷东升;诸彤宇;;一种基于实时路况信息的动态路径规划算法[A];2008'中国信息技术与应用学术论坛论文集（一）[C];2008年

5 史久根;徐胜生;;基于文化-粒子群算法的机器人路径规划算法[A];2011中国仪器仪表与测控技术大会论文集[C];2011年

6 王仲宾;魏闯先;田卫东;周红娟;;一种改进的基于切线的机器人路径规划算法[A];计算机技术与应用进展——全国第17届计算机科学与技术应用（CACIS）学术会议论文集（上册）[C];2006年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 彭飞;约束条件下的船舶装配拆卸随机采样路径规划研究[D];华中科技大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 王亚春;移动机器人路径规划算法研究[D];天津理工大学;2015年

2 杜沅泽;人群动画中融入情绪模型的实时路径规划算法研究[D];郑州大学;2015年

3 李骏豪;针对复杂环境的室内路径规划算法的设计与实现[D];电子科技大学;2014年

4 谢娟;路径规划算法的研究及应用[D];电子科技大学;2015年

5 刘军强;一种飞行器导航算法研究及其系统设计[D];西安电子科技大学;2014年

6 张琪;分队战术CGF路径规划算法研究[D];国防科学技术大学;2013年

7 孙首兵;基于RFID技术的仓库数字货架的研究与开发[D];合肥工业大学;2014年

8 王腾飞;3D打印技术中分层与路径规划算法的研究及实现[D];河北工业大学;2015年

9 柏强;基于可重构架的动态网络路径规划算法研究与实现[D];北京交通大学;2016年

10 刘神;自主行驶资源勘探车辆路径规划算法研究[D];吉林大学;2016年

  本文关键词：基于Hopfield网络的路径规划并行算法设计与实现，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：480524