專利名稱：一種新型人工免疫系統(tǒng)和基于蟻群優(yōu)化的檢測器集優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于人工智能領(lǐng)域，涉及其中的人工免疫系統(tǒng)，具體涉及人工免疫系統(tǒng)中 檢測器的優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
人工免疫系統(tǒng)中使用檢測器識別非自體，因此如何產(chǎn)生和優(yōu)化檢測器集是關(guān)系到 人工免疫系統(tǒng)性能和準(zhǔn)確性的主要問題。當(dāng)前已有多種成熟的檢測器集產(chǎn)生方法，但檢測 器集的優(yōu)化算法還較少。當(dāng)前的人工免疫系統(tǒng)在優(yōu)化檢測器集時主要使用免疫反饋算法，定期依據(jù)已檢查 的抗原與各檢測器之間的匹配情況改變檢測器，重新生成與已檢查抗原匹配度較高的新檢 測器代替現(xiàn)有的檢測器。在生成新檢測器時，需要判斷新檢測器是否與自體發(fā)生匹配，這需 要大量的時間與空間開銷；如新檢測器與自體匹配則需要重新生成新檢測器，從而浪費(fèi)大 量的時間與空間開銷。人工免疫系統(tǒng)中檢測器集優(yōu)化問題的特性分析出于減少檢查抗原所需時間與空間開銷的考慮，人工免疫系統(tǒng)中不會保存全部的 檢測器，僅使用少量的檢測器檢查抗原，因此優(yōu)化檢測器集的過程實(shí)際上是如何從檢測器 全集中挑選部分最適合的檢測器的過程。其具有以下特性1、選擇性從檢測器全集中選擇部分最適合當(dāng)前檢查抗原要求的檢測器，避免重 新生成檢測器所需與自體進(jìn)行匹配檢查所需的時間與空間開銷。2、高效性優(yōu)化檢測器所需的時間與空間開銷較小，從而保證對人工免疫系統(tǒng)的 影響較小。3、動態(tài)性能依據(jù)已檢查的抗原，不斷調(diào)整人工免疫系統(tǒng)中的檢測器集，使得人工 免疫系統(tǒng)在檢查抗原時具有較高的準(zhǔn)確性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決人工免疫系統(tǒng)中現(xiàn)有的檢測器集優(yōu)化算法所存在的時間與 空間開銷大、準(zhǔn)確性難以保證等問題，提供一種高效的檢測器集優(yōu)化方法，并構(gòu)建一種新型 的人工免疫系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是，一種新型人工免疫系統(tǒng)和基于蟻群優(yōu)化的檢測器 集優(yōu)化方法，包括下列步驟1)生成所有可能的檢測器構(gòu)建候選檢測器集；幻計(jì)算每個候 選檢測器的信息素；3)定期選擇部分候選檢測器作為檢查抗原所使用的檢測器。所述步驟1)具體包括下列步驟1. 1)定義變量L保存檢測器所包含二進(jìn)制數(shù)的個數(shù)，L即表示檢測器的長度，(初 值由系統(tǒng)在啟動前設(shè)置確定為大于1的整數(shù))；1. 2)設(shè)置匹配度閾值P，作為判斷檢測器是否有效的依據(jù)，(初值由系統(tǒng)在啟動前設(shè)置確定為不小于1的整數(shù))；1. 3)隨機(jī)構(gòu)建長度是L的二進(jìn)制串作為初始檢測器；1.4)生成初始檢測器；1. 5)計(jì)算所有自體(在一定確定的系統(tǒng)中自體的長度都是等長的二進(jìn)制串)與該 初始檢測器之間對應(yīng)位置且相同的子串的最大長度，如均未出現(xiàn)大于或等于P的值，則將 該初始檢測器作為候選檢測器，否則轉(zhuǎn)到步驟1. 4)執(zhí)行；1.6)如還能生成不同的長度是L的二進(jìn)制串，則轉(zhuǎn)到步驟1.3)執(zhí)行，否則結(jié)束。所述步驟2、具體包括下列步驟2. 1)設(shè)置計(jì)數(shù)器T，作為調(diào)整人工免疫系統(tǒng)中檢查抗原所用檢測器集的周期，(初 值由系統(tǒng)在啟動前設(shè)置確定為大于1的整數(shù))；2. 2)設(shè)置信息素閾值M，作為信息素計(jì)量的最大值，(初值由系統(tǒng)在啟動前設(shè)置確 定為大于0的數(shù))；2. 3)定義變量r表示需檢查的抗原與候選檢測器之間的匹配度；2.4)定義變量ρ表示候選檢測器用于檢查抗原時具有的信息素，(初值設(shè)置為 0)；2. 5)計(jì)算抗原與每個候選檢測器之間對應(yīng)位置且相同的子串的最大長度，作為兩 者之間的匹配度，記錄到r中；2. 6)使用公式p+r/L計(jì)算出的值更新候選檢測器的信息素值(L是檢測器所包含 二進(jìn)制數(shù)的個數(shù))，作為檢測器新的信息素值P ；2. 7)每檢查T個抗原，則執(zhí)行步驟3。2.8)當(dāng)任一候選檢測器的信息素值大于或等于M時，則將所有候選檢測器中的信 息素的值減半。所述步驟幻具體包括3. 1)按照每個候選檢測器中保存的信息素由低到高對候 選檢測器進(jìn)行排序；3. 2)依據(jù)各候選檢測器信息素，由高到低選擇指定數(shù)量的候選檢測器 構(gòu)建人工免疫系統(tǒng)中檢查抗原所用的檢測器集。在步驟3. 2中，若出現(xiàn)待選的初始檢測器數(shù)量大于候選檢測器指定數(shù)量時，由系 統(tǒng)從信息素相同的待選初始檢測器中按隨機(jī)生成的先后順序選擇一個或幾個構(gòu)成人工免 疫系統(tǒng)中檢查抗原所用的檢測器集。本發(fā)明使用信息素作為優(yōu)化人工免疫系統(tǒng)中檢測器集的依據(jù)，避免了重新生成檢 測器所需的大量時間與空間開銷，提高了優(yōu)化檢測器集的有效性。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的裝置如下一種新型人工免疫系統(tǒng)，包括候選檢測器集生成裝置、候選檢測器信息素管理裝 置、檢測器集優(yōu)化裝置、自體集保存裝置、初始檢測器集保存裝置、候選檢測器集保存裝置、 待檢查抗原管理裝置和檢查抗原所需檢測器集保存裝置。候選檢測器集生成裝置用于生成 人工免疫系統(tǒng)中所有可能的候選檢測器。候選檢測器信息素管理裝置負(fù)責(zé)在檢查每個抗原 后更新候選檢測器的信息素，并將結(jié)果發(fā)送給檢測器集優(yōu)化裝置。檢測器集優(yōu)化裝置用于 依據(jù)候選檢測器信息素管理裝置所生成的候選檢測器信息素，挑選信息素較高的檢測器構(gòu) 成人工免疫系統(tǒng)中用于檢查抗原的檢測器集。自體集用于保存人工免疫系統(tǒng)中的自體。初 始檢測器集用于保存人工免疫系統(tǒng)生成的初始檢測器。候選檢測器集用于保存可檢查抗原的檢測器。待檢查的抗原是人工免疫系統(tǒng)需要檢查的對象。用于檢查抗原的檢測器集用于 保存人工免疫系統(tǒng)中當(dāng)前用于檢查抗原的檢測器。候選檢測器集生成裝置包括初始檢測器生成模塊和候選檢測器選擇模塊。初始檢 測器生成模塊用于生成非重復(fù)的長度是L的二進(jìn)制串作為初始檢測器。候選檢測器選擇模 塊用于選擇那些不與自體匹配的初始檢測器，構(gòu)成候選檢測器集。候選檢測器信息素管理裝置包括候選檢測器信息素計(jì)算模塊和候選檢測器信息 素管理模塊。候選檢測器信息素計(jì)算模塊負(fù)責(zé)在檢查抗原時計(jì)算每個候選檢測器的信息 素。候選檢測器信息素管理模塊負(fù)責(zé)定期維護(hù)候選檢測器中的信息素。檢測器集優(yōu)化裝置包括檢測器挑選模塊。用于依據(jù)候選檢測器的信息素，由大到 小選擇額定數(shù)量的候選檢測器構(gòu)建用于檢查抗原的檢測器集。本發(fā)明的有益效果在于1、使用蟻群優(yōu)化算法從候選檢測器集中挑選信息素較高的檢測器優(yōu)化人工免疫 系統(tǒng)的檢測器集，避免了重新生成檢測器所需的額外時間與空間開銷，具有時間和空間開 銷小的優(yōu)勢，避免了對人工免疫系統(tǒng)性能的影響。2、能動態(tài)調(diào)整人工免疫系統(tǒng)的檢測器集，提高人工免疫系統(tǒng)檢查抗原的準(zhǔn)確性。
圖1是本發(fā)明新型人工免疫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2是本發(fā)明一種基于蟻群優(yōu)化的檢測器集優(yōu)化方法中建候選檢測器集的流程 3是本發(fā)明實(shí)施例一種基于蟻群優(yōu)化的檢測器集優(yōu)化方法中計(jì)算候選檢測器 信息素和構(gòu)建檢查抗原所需檢測器集的流程圖
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1如圖1所示，一種新型人工免疫系統(tǒng)，包括候選檢測器集生成裝置、候選檢測器信 息素管理裝置、檢測器集優(yōu)化裝置、自體集保存裝置、初始檢測器集保存裝置、候選檢測器 集保存裝置、待檢查抗原管理裝置和檢查抗原所需檢測器集保存裝置。候選檢測器集生成裝置包括初始檢測器生成模塊和候選檢測器選擇模塊，初始檢 測器生成模塊用于生成非重復(fù)的長度是L的二進(jìn)制串作為初始檢測器。候選檢測器選擇模 塊用于選擇那些不與自體匹配的初始檢測器，構(gòu)成候選檢測器集。候選檢測器信息素管理裝置包括候選檢測器信息素計(jì)算模塊和候選檢測器信息 素管理模塊。候選檢測器信息素計(jì)算模塊負(fù)責(zé)在檢查抗原時計(jì)算每個候選檢測器的信息 素。候選檢測器信息素管理模塊負(fù)責(zé)定期維護(hù)候選檢測器中的信息素。檢測器集優(yōu)化裝置包括檢測器挑選模塊。用于依據(jù)候選檢測器的信息素，由大到 小選擇額定數(shù)量的候選檢測器構(gòu)建用于檢查抗原的檢測器集。自體集保存裝置用于保存人工免疫系統(tǒng)中的自體。初始檢測器集保存裝置用于保 存人工免疫系統(tǒng)生成的初始檢測器。候選檢測器集保存裝置用于保存可檢查抗原的檢測 器。待檢查抗原管理裝置是人工免疫系統(tǒng)需要檢查的對象。檢查抗原所需檢測器集保存裝置用于保存人工免疫系統(tǒng)中當(dāng)前用于檢查抗原的檢測器。新型人工免疫系統(tǒng)中各功能的說明如表1所示。表1新型人工免疫系統(tǒng)中的功能模塊
權(quán)利要求
1.一種基于蟻群優(yōu)化的檢測器集優(yōu)化方法，包括 步驟1 生成初始檢測器從中構(gòu)建候選檢測器集； 步驟2 計(jì)算每個候選檢測器的信息素；步驟3 定期選擇候選檢測器作為檢查抗原所使用的檢測器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于蟻群優(yōu)化的檢測器集優(yōu)化方法，其特征在于所述步驟1 具體包括下列步驟步驟1. 1 定義變量L保存檢測器所包含二進(jìn)制數(shù)的個數(shù)，L即表示檢測器的長度，初值 由系統(tǒng)在啟動前設(shè)置確定為大于1的整數(shù)；步驟1.2:設(shè)置匹配度閾值P，作為判斷檢測器是否有效的依據(jù)，初值由系統(tǒng)在啟動前 設(shè)置確定為不小于1的整數(shù)；步驟1. 3 隨機(jī)構(gòu)建長度為L的二進(jìn)制串作為初始檢測器； 步驟1. 4 生成初始檢測器；步驟1. 5 計(jì)算所有自體與該初始檢測器之間對應(yīng)位置且相同的子串的最大長度，如 均未出現(xiàn)大于或等于P的值，則將該初始檢測器作為候選檢測器，否則轉(zhuǎn)到步驟1. 4執(zhí)行； 步驟1. 6 如還能生成不同的長度是L的二進(jìn)制串，則轉(zhuǎn)到步驟1.4執(zhí)行，否則結(jié)束。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于蟻群優(yōu)化的檢測器集優(yōu)化方法，其特征在于所述步驟2 具體包括下列步驟步驟2. 1 設(shè)置計(jì)數(shù)器T，作為調(diào)整人工免疫系統(tǒng)中檢查抗原所用檢測器集的周期，初 值由系統(tǒng)在啟動前設(shè)置確定為大于1的整數(shù)；步驟2. 2 設(shè)置信息素閾值M，作為信息素計(jì)量的最大值，初值由系統(tǒng)在啟動前設(shè)置確 定為大于0的數(shù)；步驟2. 3 定義變量r表示需檢查的抗原與候選檢測器之間的匹配度； 步驟2. 4 定義變量ρ表示候選檢測器用于檢查抗原時具有的信息素，初值設(shè)置為0 ； 步驟2.5 計(jì)算抗原與每個候選檢測器之間對應(yīng)位置且相同的子串的最大長度，作為 兩者之間的匹配度，記錄到r中；步驟2. 6 使用公式計(jì)算出的值更新候選檢測器的信息素值，作為檢測器新的信息素 值P ；步驟2. 7 每檢查T個抗原，則執(zhí)行步驟3 ；步驟2. 8 當(dāng)任一候選檢測器的信息素值大于或等于M時，則將所有候選檢測器中的信 息素的值減半。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于蟻群優(yōu)化的檢測器集優(yōu)化方法，其特征在于所述步驟3 具體包括下列步驟步驟3. 1 按照每個候選檢測器中保存的信息素由低到高對候選檢測器進(jìn)行排序； 步驟3. 2 依據(jù)各候選檢測器信息素，由高到低選擇指定數(shù)量的候選檢測器構(gòu)建人工 免疫系統(tǒng)中檢查抗原所用的檢測器集。
5.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1優(yōu)化方法的新型人工免疫系統(tǒng)，包括候選檢測器集生成裝置、 候選檢測器信息素管理裝置、檢測器集優(yōu)化裝置、自體集保存裝置、初始檢測器集保存裝 置、候選檢測器集保存裝置、待檢查抗原管理裝置和檢查抗原所需檢測器集保存裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述新型人工免疫系統(tǒng)，其特征在于，所述候選檢測器集生成裝置包括初始檢測器生成模塊和候選檢測器選擇模塊，其中初始檢測器生成模塊用于生成非重復(fù)的長度是L的二進(jìn)制串作為初始檢測器；候選檢測器選擇模塊用于選擇那些不與自體匹配的初始檢測器，構(gòu)成候選檢測器集。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的新型人工免疫系統(tǒng)，其特征在于，所述候選檢測器信息素管 理裝置包括候選檢測器信息素計(jì)算模塊和候選檢測器信息素管理模塊，其中候選檢測器信息素計(jì)算模塊負(fù)責(zé)在檢查抗原時計(jì)算每個候選檢測器的信息素；候選檢測器信息素管理模塊負(fù)責(zé)定期維護(hù)候選檢測器中的信息素。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的新型人工免疫系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測器集優(yōu)化裝置包 括檢測器挑選模塊所述檢測器挑選模塊用于依據(jù)候選檢測器的信息素，由大到小選擇額定數(shù)量的候選 檢測器構(gòu)建用于檢查抗原的檢測器集。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的新型人工免疫系統(tǒng)，其特征在于，所述自體集保存裝置包括 自體保存模塊，所述自體保存模塊用于保存人工免疫系統(tǒng)中的自體；初始檢測器集保存裝 置包括初始檢測器保存模塊，所述初始檢測器保存模塊用于保存人工免疫系統(tǒng)生成的初始 檢測器；候選檢測器集保存裝置包括候選檢測器保存模塊，所述候選檢測器保存模塊用于 保存可檢查抗原的檢測器；待檢查抗原管理裝置包括待檢查抗原接受模塊，所述待檢查抗 原接受模塊用于保存人工免疫系統(tǒng)需要檢查的對象；檢查抗原所需檢測器集保存裝置包括 用于檢查抗原檢測器保存模塊，所述用于檢查抗原檢測器保存模塊用于保存人工免疫系統(tǒng) 中當(dāng)前用于檢查抗原的檢測器。
全文摘要
本發(fā)明的目的是解決人工免疫系統(tǒng)中現(xiàn)有的檢測器集優(yōu)化算法所存在的時間與空間開銷大、準(zhǔn)確性難以保證等問題，提供一種高效的檢測器集優(yōu)化方法，并構(gòu)建一種新型的人工免疫系統(tǒng)。
文檔編號G06N3/00GK102073907SQ20111003569
公開日2011年5月25日 申請日期2011年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月10日
發(fā)明者劉揚(yáng)寬, 牛德姣, 蔡濤 申請人:江蘇大學(xué)