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计算机艺术论文范文1
关键词：数字技术艺术艺术设计
艺术的发展，依赖于社会和科技的发展，技术的进步将带来艺术的变革，艺术家的臆想获得科学技术的推助，就会发出绚丽的光彩。数字艺术便是随着计算机的发展和普及而诞生和发展的。数字艺术又称数码艺术，是使用数字、信息技术制作、传播的各种形式的艺术作品，包括数字影像、数字音乐、多媒体动画和网络游戏等。
数字化时代计算机介入越来越多的领域，使人类生活发生了显著变化。数字技术在艺术领域的应用，是艺术和科技之间的革命，几乎波及所有艺术领域。计算机将人从许多复杂的、重复性的、繁琐的体力劳动中解放出来，把精力集中于创意和设计本身，同时，艺术的概念也发生了改变。
一、计算机数字技术在艺术设计领域的发展历程
自1949年麻省理工学院开发出旋风计算机，人们就一直试图使用计算机来进行绘画、设计、作曲等艺术创作，并取得了令人瞩目的成就。如贝尔实验室以字母、标志的集散、叠印创作了“计算机”。东京大学艺术研究室创作了计算机艺术图和计算机动画的单体。1967年，GTG计算机艺术家小组创作了“返回正方形”等许多作品。但这些都是基于实验室的艺术探索，直至1980年苹果电脑公司推出Macintosh电脑桌面排版系统（DTP），计算机才面向个人，在艺术设计领域迅速发展，并衍生出计算机数字艺术与设计。苹果电脑也因高科技创新而获得尊重。1990年英国皇家艺术学院开设计算机艺术设计系（CRD），主要学习和研究互动设计（interactiondesign），努力使艺术与技术协同发展。现在，数字艺术已涉及艺术的各个领域，艺术的形式和内涵都发生着变化。
二、计算机数字艺术的特点
1.解放了手工时代对思想的束缚
计算机不但可以高仿真模仿传统的艺术效果，也比传统方式节省时间，提高效率。如艺术设计，计算机随意缩放观察等优势，使设计更加精细，无需尺规等工具，比手工精确、规范。手工绘图需要纸笔、尺规等工具，勾形、渲染等过程，更改设计，修改起来比较困难。计算机则有多样修改方式，如photoshop中的“历史记录”和“快照”面板，可随意双向一步步撤消或重做，退或进到任一点，3DsMax的“堆栈”则可从已完成的设计中的任意一点介入，增加新命令或删除、更改旧命令，影响最终效果。传统绘图需要较强的绘画功底，而计算机辅助设计则更注重设计思想和修养，对绘画功夫要求不是很高。计算机解放了手工时代对思想的束缚，为创作提供了宽裕的自由发挥空间，使作品最大程度地完美。
2.丰富了艺术的传达形式
计算机的应用创造了全新的交流方式，及时交互是数字艺术独有的技术，广泛应用在各种形式数字艺术中，如Flash角色动画、网页、互动游戏等。交互功能改变了传统艺术中受众的被动角色，受众也可以参与到艺术的“创作过程”，让受众判断选择，不同的选择将出现不同的过程和结局，加强受众参与感，提高兴趣。
3.表现传统艺术无法企及的效果
数字艺术是一种全新的艺术形式。多媒体技术将图像、声音、文本、动画、音频甚至是气味等多种传达形式集合在一起，丰富了艺术语言和表现形式，提高了作品的感染力。
虚拟现实是高级人机界面，模拟人的视觉、听觉、触觉等感官功能，使人沉浸在计算机生成的能看、能听、可触、可嗅等感受的虚拟世界里，能通过语言、手势、肢体动作、视线移动等方式与计算机实时交互，一切都与现实的感觉一样。它不仅可以模拟现实，也可重建古迹，甚至是虚幻的世界，让人感受真实世界中无法亲身经历的体验。虚拟现实可充分满足艺术创作对感受的表现，给艺术家和设计师的创造提供更多的创作自由。目前常见的虚拟现实软件有QuickDraw3D、VRML、Metastream、3DDreams、QTVR、Cult3D等。如苹果的QuickDraw3D能在视窗中对三维几何体实施拖拽而进行任意角度的观察，还能变换灯光、材质等，展示三维物体极为方便。
三、数字艺术主要涉及领域及内容
计算机数字艺术在很多方面是交叉的应用关系，比如动画，在影视、环境艺术设计、工业模型等方面应用都很广泛，所以不能孤立对待。数字艺术的发展促进学科融合。
1.计算机辅助设计应用较早，比较成熟。如视觉传达设计，计算机已牢牢占据了高档彩色输出、印刷等领域。环境艺术设计，AutoCAD、3DsMax已成了建筑等行业计算机辅助设计的代名词，基于CAD开发的软件多如繁星。工业设计，Pro/ENGINEER具有模拟实体造型功能，能缩短产品开发的时间并简化开发的流程。它的三维创作过程是确定有关物体属性的具体数据，计算机由屏幕实时、准确地展现物体的三维效果，最终可将数据传送至数控机床，制作实体模型、成品模具。计算机的介入，改变了传统的生产模式。
2.计算机绘画，是较新、较热门的艺术门类。可感压力的数字笔使用起来接近于传统的画笔，在电子画布上，可以选取任意种类、形状、大小的“画笔”，沾上“水墨”或“颜料”，在不同质地的“纸”上绘画，笔迹表现出颜色和不同质地纸面的肌理效果，“笔触”会随手的压力大小和移动快慢而做粗细、深浅、虚实、飞白等变化，模拟现实产生的效果，将传统的绘画艺术从纸和笔中解放出来，达到所需的艺术效果。油画、雕塑、版画等也有使用计算机进行创作的。及时交互等优势使计算机超越了传统工具被动的地位，2D插画和概念艺术广泛应用于商业广告插画、出版物插图、游戏美术中。
3.计算机多媒体动画是目前应用非常广泛的一门艺术形式，门类很广。按制作方法，可分为二维动画和三维动画；按长短，可分为动画短片、动画电影（电视剧）；按剧种，可分为故事片、儿童剧、科教片等。
①二维动画（2D）。目前二维动画制作软件可分为日本派和欧美派，有矢量和点阵两种图形模式。Flash是一款不错的面向个人的二维动画软件，已成为网页上的标准，许多个人爱好者加入到“闪客”行列，制作出了非常经典的作品，一些电视台也播放网上经典的Flas。但它对于生产型的动画力不从心。RetasPro最早开发于苹果平台，现已占领了日本动画界95%以上的市场，制作出了许多我们熟悉的电影，如《鲁宾三世（LupinThe3rd）》《蜘蛛人（Spider-Man）》等。我国也有不少单位使用，上海美术电影制片厂用其制作了《我为歌狂》等卡通片。二维动画的制作主要分为前期创作和后期加工两大部分。以前前期创作主要靠手工完成，包括规划、剧本、造型设计、构图设计、背景、原画、动画等。计算机主要介入后期加工，包括摄影表录入、动画扫描、背景扫描、色指定、描线上色、背景修图、特效制作、动画渲染、输出录制等。随着计算机软硬件的发展，传统的前期创作也引入了计算机，二维动画的生产过程已经完全进入了全数字、无纸化时代。RetasPro的制作过程与传统的动画制作过程十分相近，它由模块替代了传统动画制作中描线、上色、特效处理、拍摄合成等全部过程。②三维动画（3D）。三维动画用途非常广泛，是数字娱乐时代的新兴产业，具有不可估量的前景。许多电影、电视和游戏特技，多媒体演示、产品设计使用计算机三维动画来表现。三维软件比较复杂，目前还没有统一标准，也没有占绝对优势的软件，各家软件的理念也不相同。往往几秒钟的精彩镜头，要花数月时间制作。三维图像主要还是显示在平面上的二维图像，还不是真正空间上显示的三维图像，只是用三维方式建立模型。三维动画制作可分为动画规划、建模、贴图、灯光和场景设置、动画设置、渲染、后期合成7个阶段。常见软件有PC的3DMax-Studio、Maya、Softimage等，苹果的Infini-D、StrataStudioPro、Poser、AnimationMaster、Form-Z、ElectricImage、Lightwave、Cinema4D等。
4.数字视频。数字视频就是先用摄像机之类的视频捕捉设备，将影像信息转变为视频信号，记录到储存介质。播放时，将视频信号转变为帧信息并显示出来。数字信息还可以解码成模拟信号在普通电视机上观看。QuickTime是国际标准化组织选定的MPEG-4视频标准，可以在电脑上编辑和播放数字视频，将视频、音频、三维动画和虚拟现实在基于苹果和PC的电脑之间自由扩展。目前有FinalCut（非线性编辑）、Shake（高级特效合成）、CinemaTools（电影剪辑）、DVDStudioPro（DVD制作）等专业软件。
5.电子书
①电脑上阅读的电子书，充分利用电脑的优势，功能最强大。其动态的多媒体信息，有更好的交互性，集多种感官刺激于一体，避免了静态的文字和图片的单一，调动读者的兴趣。世界上许多著名报纸、杂志纷纷推出电子版，如《NewWebPick》《摩托车杂志电子版》《动客电子杂志》以及中国的《Z-com》等。
②手机电子书。随着智能手机的普及，用手机阅读的电子书越来越多。现代人上班节奏紧张，利用上下班的一点空余时间读一些轻松的带音乐、动画的手机电子书是实在的消遣，携带方便。许多网站提供基于WindowsMobile、Linux、Symbian等智能手机的电子书下载，用户自己也可以非常方便地创建电子书。
③实物电子书，是拿在手上阅读的外型像传统书籍的电子书，这是传统书籍的延伸。这种新形式的电子书外观和普通书籍接近，可以拿在手上，但是带有多媒体视听等新功能，它甚至能听到读者的说话、心跳等声音。
6.游戏美术。游戏美术近年发展迅猛，包括游戏片头、场景、人物、服装、道具等。现在游戏美术发展成了围绕游戏开发的产业，它以实物的形式再现游戏中的人物、服装、道具等，深受游戏“粉丝”喜爱，每当一个新游戏，就会有大量的与游戏相关的玩偶在网上交易、市场上出售。
四、计算机数字艺术的发展趋势
计算机对艺术的影响不仅表现在它能更有效率地创作，也给艺术与设计带来了新的风格和形式，艺术表现形式越来越丰富。数字媒体技术的发展，多种传达方式的综合应用，为视觉艺术的创新提供了新的条件和机遇，新的热点不断涌现。应用视频、动画、交互等综合手段创造的艺术作品，丰富了艺术门类，逐渐演变成为一个新的领域。互联网促进了信息的传递，给人们提供了一种新的传达媒体，同时也创造了一种新的交流方式。艺术家可以在互联网上跨地域协同创作，艺术的创作和欣赏不再受地域的制约。艺术是创新过程，融合了人工智能技术的计算机甚至有可能根据设定条件自行进行艺术创作。
结语
计算机数字艺术与设计如此蓬勃的发展，是技术与艺术完美结合的体现。计算机技术的发展和多媒体的开发为艺术创作提供新的机遇、新的表达方式、新的艺术语言和风格，艺术的概念有了显著变化。同时，艺术的创新也对计算机有了更高的要求，反过来促进了计算机软硬件的开发。艺术家创造精神财富，应关注新技术的发展，以开放的姿态迎接新事物，自由地进行创作。海纳百川才能适应新时期的需要。计算机毕竟是工具，艺术的价值应是设计师富有的艺术才华和设计思想。只有重视创造性思维的拓展与能力的提高，才能设计出富有艺术魅力的有意义的作品。
参考文献：
王受之著《世界现代设计史》.广州：新世纪出版社，1995年版。
迪尚著《电脑图形设计》.杭州：浙江人民美术出版社，1995年版。
计算机艺术论文范文2
1.1行业特点
卫生服务作为特殊的服务行业，其管理方式千差万别，但随着医疗体制改革的不断深入，卫生服务行业的管理模式正在趋于统一。作为卫生服务主体的医院等机构拥有大量的患者、医生、护士等工作人员，装备了大量的先进仪器设备，每天处理大批业务，产生了庞大的信息，医院一直是当前医学信息潮流中最活跃的领域。随着计算机和网络性能的提高，计算机技术已经在卫生服务行业中发挥着极大的作用，尤其实在医院的医疗、教学、科研、管理、等各方面得到越来越广泛的应用。医疗服务机构的医学信息化管理程度不断提高，三级以上医院全部实现了医学信息的计算机管理。各种卫生医疗机构和管理部门也都采用了对医学信息的计算机管理。
1.2教育特点
高等职业教育中，卫生职业院校的培养目标是主要是使求学者获得卫生职业或职业群所需的实际能力(包括技能和知识等)，提供通向医疗卫生职业的道路。因此培养学生的实践技能操作时培养的重点方向。实践技能不仅包括医学相关的实践技能，还包括对计算机技术的使用和医学信息计算机技术的熟练使用。而当下大部分卫生类院校没有开设专门的医学信息计算机相关课程，学生在进入工作岗位前需要单独进行相关的岗前医学信息计算机技能的培训，才能进入工作岗位。由此可见在医学院校和卫生职业学院开设医学信息计算机技术课程已经迫在眉睫。
1.3计算机教学
卫生职业学院的计算机教学现今仍以计算机基础知识为主要教学内容，一般学时为54学时，主要讲授计算机基础知识、网络基础知识、Office办公自动化等方面内容。在实际的教学过程中发现许多学生在中学时代的计算机课程中已经学会了上述大部分知识，教学存在重复性，同时也无法突出卫生职业学院的特点，和医学专业的特点。不能实现与医疗卫生服务机构的岗位需求无缝对接。因此在卫生职业学院等卫生类院校开设医学信息计算机课程，已经成为了目前迫切需要解决的问题
2医学信息计算机应用技术和医学信息系统
2.1医学信息计算机应用技术
医学信息计算机应用技术是一门以医学信息为主要探究对象，以医学信息的运动规律及应用方法为主要探究内容，以现代计算机为主要工具，以解决医药工作者在处理医学信息过程中的各种问题为主要探究目标的一门新兴学科，是一门介于医学、计算机科学与信息学之间的交叉学科，应用性强有不乏自身基础理论的探究。
2.2医学信息系统医学信息系统
涵盖整个与医疗、卫生有关的信息加工、传递、存储以及利用等相关的信息系统，包括公共卫生信息系统、医疗服务信息系统（主要由医院信息系统组成），卫生行政管理信息系统所组成。
3教学计划和实施方案
3.1教材选择
医学信息计算机应用技术作为一门新兴学科，目前可供选择的教材较少，推荐使用以下教材：（1）《医学信息计算机应用技术》，高等教育出版社。该教材也是全国医学信息技术人才培养工程教材、全国医学信息技术考试管理中心岗位技能考试的制定教材。（2）《卫生信息学》，卫生出版社。
3.2教师培训
原有的卫生职业学院的计算机课教师和实验教师可以参加全国医学信息技术考试管理中心的培训，考试后获得相关的从业资格。同时鼓励教师到医院等医疗卫生服务机构进修，参观、学习，了解医学信息计算机技术的实际应用，更好地实现教学目标。3.3教学计划在第一学年即可开设，建议设54学时，其中理论12学时，实践42学时。同时针对不同专业制定不同的教学计划。
3.4教学目标及其具体实施方案
卫生职业院校开设的专业较多，以我院为例，开设了护理、口腔医学技术、医学检验技术、药学、康复治疗技术、医学营养、公共卫生管理等专业。不同的专业学生学习的专业课程完全不同，日常使用和管理的医学信息也不尽相同，可以针对专业开设不同的课程。如护理专业学生重点介绍门诊护士和住院护士的医学信息计算机技术的使用。药学专业学生重点学习药房（药局）的计算机管理系统。检验专业重点学习医学、卫生检验、检疫实验室的医学信息的管理。根据不同的专业突出不同的侧重点，在教学中可以分专业教学，从而达到医学信息计算机技术的学习目的。下面以护理专业学生为例介绍教学目标及其具体实施方案。护理专业学生可根据学习方向重点学习医院信息系统的门诊护理工作站、住院护理中心和社区卫生服务机构等卫生服务机构的医学信息管理系统软件的使用。以住院护理中心的计算机管理中，住院护士应具备以下医院信息系统的计算机操作能力，如表1，表2所示。
3.5改变教学实施策略，改革教学方式
结合医学信息管理系统软件的操作采用以实训教学为主的教学、考核方式。改革考试方式，采用实践技能操作的考试方法，模拟医院的科室设置，安装医院信息计算机管理系统，同时设置挂号室、收款室、医生诊室、药局、门诊处置室等部门，由不同专业学生扮演患者、挂号护士、收款人员、门诊医生、药局药剂师、门诊护士，分组进行操作，完成整个门诊操作流程。同时鼓励参加全国医学信息计算机应用技术认证考试。使学生毕业时获得双证。
4结语
计算机艺术论文范文3
1.1出色的表现性
通过计算机辅助设计，设计人员可以实现多种传统视觉媒介的视觉效果。通过计算机软件，设计人员不仅可以实现如毛笔、油画、水彩、版画等多种画面效果，各位重要的是，还可以快速简易实现艺术字、渐变效果、光线效果等较为复杂的视觉效果。并且不仅仅是可以单独实现这些艺术效果，艺术设计人员还可以将这些艺术效果进行组合实现，比如在油彩画中插入国画效果，在版画中加入简便等，从而是相关艺术作品可以达到以前手绘创作无法达到的效果。同样，计算机辅助设计在演示效果上的表现能力上也是同样出色。在传统设计流程中，对于一些三维模型演示效果一直是相关工作人员头疼的项目之一，三维演示不仅首先要考虑如何选择最合适角度来使二维平面可以充分展现三维场景，还要考虑光影等效果如何与演示进行结合。而通过计算机辅助设计则大大简化了相关工作量，如3DMax、Maya等软件，设计人员可以直接将3D模型置于场景之中，通过移动摄像机或调整模型拜访角度来选取合适效果，甚至可以做成实时控制形式，根据演示需要，及时调整角度。并且在进行演示时，可以快速构建演示场景、光影角度等外部环境。计算机辅助设计在艺术设计中的应用文/辛志伟计算机图像技术快速发展，使得相关计算机辅助设计技术在艺术设计领域中的应用也在不断加深。本文通过介绍计算机辅助设计特点，指出了其对于相关艺术审美的影响，供相关人士探讨和研究。摘要从而取得出色的演示效果。
1.2较高的创作效率
使用计算机进行设计辅助最为明显的优点就是修改方便，在传统设计领域，由于使用主要材料是纸张，因此在进行修改工作时，往往非常麻烦，牵一发而动全身，甚至一些错误会导致绘图、雕刻等作品需要重新进行创作，无疑增加了创作工作量。但是如果使用计算机进行相关设计工作，则可以避免相关问题带来的困扰，通过计算机辅助设计软件“所见即所得”的特性，设计师可以直接对需要修改的部分进行替换、缩放、旋转甚至删除等效果，并且可以实时看见修改后的实际效果，从而可以快速对修改方案进行调整，从而使修改工作可以取得预想效果，提升创作效率。计算机辅助设计还可以极大缩短设计工作周期。在进行设计时，有很多设计工作都是在进行重复工作，比如设计人员在绘制一个大楼，那么大楼上的窗口在很多情况下，其外形都是一样的，那么如果使用传统手绘创作，则需要创作人员一个窗口接着一个窗口绘制，这无疑是非常无聊且耗费时间的。但是通过计算机辅助设计则可以极大减少此类工作的工作量，设计人员可以将如窗口之类的图形进行保存，然后直接进行复制工作即可。更为重要的是，通过计算机辅助设计，设计人员还可以将配色方案、色调等信息进行储存，在需要时直接调出即可，而这种操作相对于传统手绘操作，无疑是巨大进步，通过此类操作可以使设计人员节省下大量时间，从而提升工作效率。
1.3简易的图像处理
图像处理工作主要是指将外部采集的图像输入电脑进行修改等再次创作的过程。而这在过去进行艺术设计时是很难做到。相关设计人员几乎不可能在一张拍摄的照片或者他人的作品上进行直接创作。计算机辅助设计则可以提供相关功能，比如设计人员可以直接通过扫描或直接拷贝数据等方式，将图像导入电脑，然后直接对图像进行处理。设计人员可以通过Photoshop软件直接对画面进行裁剪、复制、调整等，或者直接将其转化为手绘图，从而实现对于图像的二次创作，通过这种图像处理可以帮助设计人员快速实现对于设计思路的学习和对图像数据的处理，从而提升艺术设计效果。
2计算机辅助对于艺术审美的影响
计算机应用对于很多专业领域影响都是十分巨大的，对于艺术审美的影响亦是如此。计算机辅助设计使相关专业产生深远而巨大的变革。通过计算机相关技术，设计人员可以创作出在传统艺术设计中无法创作的作品，因而使人们对艺术设计也有了全新的认识，进而产生新型设计审美意识和相关思维方式。设计人员可以使用相关计算机软件创建漫游演示动画，从而可以逼真的模拟出实际场景，观众则可以通过这种演示模式从不同视角浏览空间效果，使人身临其境，而这种演示模式是在传统艺术设计中难以想象的，并且通过设计人员可以在演示过程中插入多样的灯光和音响，来提升演示效果。这些丰富多彩的演示效果，在使观众得到全新艺术体验同时，也对观众审美观产生了潜移默化影像。首先，计算机辅助使观众对艺术设计提出了更高视觉效果。由于计算机辅助，使得传统单一不变的设计效果越来越难以适应艺术设计发展趋势，观众需要更加刺激、多样的视觉、听觉体验。而这无疑会对相关设计人员设计水平提出了更高要求，相关设计人员也需要加强与观众的交流和沟通，从而设计出更加符合观众兴趣的作品。其次，计算机技术发展的同时，也随之产生了相应的艺术元素，比如音乐中的“电音”效果、动画领域的动画渲染效果等，这些都是传统艺术中不存在的新型艺术元素。因此设计人员在进行设计工作时，也需要考虑将这些元素加入艺术作品中，以提升作品效果。
3结束语
计算机艺术论文范文4
论文关键词：遗传算法
1 引言
“物竞天择，适者生存”是达尔文生物进化论的基本原理，揭示了物种总是向着更适应自然界的方向进化的规律。可见，生物进化过程本质上是一种优化过程，在计算科学上具有直接的借鉴意义。在计算机技术迅猛发展的时代，生物进化过程不仅可以在计算机上模拟实现，而且还可以模拟进化过程，创立新的优化计算方法，并应用到复杂工程领域之中，这就是遗传算法等一类进化计算方法的思想源泉。
2 遗传算法概述
遗传算法是将生物学中的遗传进化原理和随[1]优化理论相结合的产物，是一种随机性的全局优算法。遗传算法不但具有较强的全局搜索功能和求解问题的能力，还具有简单通用、鲁棒性强、适于并行处理等特点数学建模论文，是一种较好的全局优化搜索算法。在遗传算法的应用中，由于编码方式和遗传算子的不同，构成了各种不同的遗传算法。但这些遗传算法都有共同的特点，即通过对生物遗传和进化过程中选择、交叉、变异机理的模仿，来完成对问题最优解的自适应搜索过程。基于这个共同点，Holland的遗传算法常被称为简单遗传算法（简记SGA），简单遗传算法只使用选择算子、交叉算子和变异算子这三种基本遗传算子，其遗传进化操作过程简单，容易理解，是其他一些遗传算法的雏形和基础，这种改进的或变形的遗传算法，都是以其为基础[1]。
2.1遗传算法几个基本概念
个体(IndividualString)：个体是遗传算法中用来模拟生物染色体的一定数目的二进制串，该二进制串用来表示优化问题的满意解。
种群(population)：包含一组个体的群体，是问题解的集合。
基因模式(Sehemata)：基因模式是指二进制位串表示的个体中，某一个或某些位置上具有相似性的个体组成的集合，也称模式。
适应度(Fitness)：适应度是以数值方式来描述个体优劣程度的指标，由评价函数F计算得到。F作为求解问题的目标函数，求解的目标就是该函数的最大值或最小值。
遗传算子(genetic operator)：产生新个体的操作，常用的遗传算子有选择、交叉和变异。
选择(Reproduetion)：选择算子是指在上一代群体中按照某些指标挑选出的，参与繁殖下一代群体的一定数量的个体的一种机制龙源期刊。个体在下一代种群中出现的可能性由个体的适应度决定，适应度越高的个体，产生后代的概率就越高。
交叉(erossover)：交叉是指对选择后的父代个体进行基因模式的重组而产生后代个体的繁殖机制。在个体繁殖过程中，交叉能引起基因模式的重组，从而有可能产生含优良性能的基因模式的个体。交叉可以发生在染色体的一段基因串或者多段基因串。交叉概率（Pc）决定两个个体进行交叉操作的可能性数学建模论文，交叉概率太小时难以向前搜索，太大则容易破坏高适应度的个体结构，一般Pc取0.25~0.75
变异(Mutation)：变异是指模拟生物在自然的遗传环境中由于某种偶然因素引起的基因模式突变的个体繁殖方式。在变异算子中，常以一定的变异概率（Pm）在群体中选取个体，随机选择个体的二进制串中的某些位进行由概率控制的变换（0与1互换）从而产生新的个体[2]。如果变异概率太小，就难以产生新的基因结构，太大又会使遗传算法成了单纯的随机搜索，一般取Pm=0.1~0.2。在遗传算法中，变异算子增加了群体中基因模式的多样性，从而增加了群体进化过程中自然选择的作用，避免早熟现象的出现。
2.2基本遗传算法的算法描述
用P(t)代表第t代种群，下面给出基本遗传算法的程序伪代码描述：
基本操作：
InitPop（）
操作结果：产生初始种群，初始化种群中的个体，包括生成个体的染色体值、计算适应度、计算对象值。
Selection（）
初始条件：种群已存在。
操作结果：对当前种群进行交叉操作。
Crossover（）
初始条件：种群已存在。
操作结果：对当前种群进行交叉操作。
Mutation（）
初始条件：种群已存在。
对当前种群进行变异操作。
PerformEvolution（）
初始条件：种群已存在且当前种群不是第一代种群。
操作结果：如果当前种群的最优个体优于上一代的最优本，则将其赋值给bestindi，否则不进行任何操作。
Output（）
初始条件：当前种群是最后一代种群。
操作结果：输出bestindi的表现型以及对象值。
3 遗传算法的缺点及改进
遗传算法有两个明显的缺点：一个原因是出现早熟往往是由于种群中出现了某些超级个体，随着模拟生物演化过程的进行，这些个体的基因物质很快占据种群的统治地位，导致种群中由于缺乏新鲜的基因物质而不能找到全局最优值；另一个主要原因是由于遗传算法中选择及杂交变异等算子的作用，使得一些优秀的基因片段过早丢失，从而限制了搜索范围，使得搜索只能在局部范围内找到最优值，而不能得到满意的全局最优值[3]。为提高遗传算法的搜索效率并保证得到问题的最优解，从以下几个方面对简单遗传算法进行改进。
3.1编码方案
因实数编码方案比二进制编码策略具有精度高、搜索范围大、表达自然直观等优点数学建模论文，并能够克服二进制编码自身特点所带来的不易求解高精度问题、不便于反应所求问题的特定知识等缺陷，所以确定实数编码方案替代SGA中采用二进制编码方案[4]。
3.2 适应度函数
采用基于顺序的适应度函数，基于顺序的适应度函数最大的优点是个体被选择的概率与目标函数的具体值无关，仅与顺序有关[5]。构造方法是先将种群中所有个体按目标函数值的好坏进行排序，设参数β∈(0,1)，基于顺序的适应度函数为：
（1）
3.3 选择交叉和变异
在遗传算法中，交叉概率和变异概率的选取是影响算法行为和性能的关键所在，直接影响算法的收敛性。在SGA中，交叉概率和变异概率能够随适应度自动调整，在保持群体多样性的同时保证了遗传算法的收敛性。在自适应基本遗传算法中，pc和pm按如下公式进行自动调整：
（2）
（3）
式中：fmax为群体中最大的适应度值；fave为每代群体的平均适应度值；f′为待交叉的两个个体中较大的适应度值；f为待变异个体的适应度值；此处，只要设定k1、k2、k3、k4为（0，1）之间的调整系数，Pc及Pm即可进行自适应调整。本文对标准的遗传算法进行了改进，改进后的遗传算法对交叉概率采用与个体无关，变异概率与个体有关。交叉算子主要作用是产生新个体，实现了算法的全局搜索能力。从种群整体进化过程来看，交叉概率应该是一个稳定而逐渐变小，到最后趋于某一稳定值的过程；而从产生新个体的角度来看，所有个体在交叉操作上应该具有同等地位，即相同的概率，从而使GA在搜索空间具有各个方向的均匀性。对公式（2)和（3）进行分析表明，适应度与交叉率和变异率呈简单的线性映射关系。当适应度低于平均适应度时，说明该个体是性能不好的个体数学建模论文，对它就采用较大的交叉率和变异率；如果适应度高于平均适应度，说明该个体性能优良，对它就根据其适应度值取相应的交叉率和变异率龙源期刊。
当个体适应度值越接近最大适应度值时，交叉概率和变异概率就越小；当等于最大适应度值时，交叉概率和变异概率为零。这种调整方法对于群体处于进化的后期比较合适，这是因为在进化后期，群体中每个个体基本上表现出较优的性能，这时不宜对个体进行较大的变化以免破坏了个体的优良性能结构；但是这种基本遗传算法对于演化的初期却不利，使得进化过程略显缓慢[6]。因为在演化初期，群体中较优的个体几乎是处于一种不发生变化的状态，而此时的优良个体却不一定是全局最优的，这很容易导致演化趋向局部最优解。这容易使进化走向局部最优解的可能性增加。同时，由于对每个个体都要分别计算Pc和Pm，会影响程序的执行效率，不利于实现。
对自适应遗传算法进行改进，使群体中具有最大适应度值的个体的交叉概率和变异概率不为零，改进后的交叉概率和变异概率的计算公式如式（4）和（5）所示。这样，经过改进后就相应地提高了群体中性能优良个体的交叉概率和变异概率，使它们不会处于一种停滞不前的状态，从而使得算法能够从局部最优解中跳出来获得全局最优解[7]。
(4)
(5)
其中：fmax为群体中最大的适应度值；fave为每代群体的平均适应度值；f′为待交叉的两个个体中较大的适应度值；f为待变异个体的适应度值；pc1为最大交叉概率；pm1为最大变异概率。
3.4 种群的进化与进化终止条件
将初始种群和产生的子代种群放在一起，形成新的种群，然后计算新的种群各个体的适应度，将适应度排在前面的m个个体保留，将适应度排在后面m个个体淘汰数学建模论文，这样种群便得到了进化[8]。每进化一次计算一下各个个体的目标函数值，当相邻两次进化平均目标函数之差小于等于某一给定精度ε时，即满足如下条件：
(6)
式中，为第t+1次进化后种群的平均目标函数值，为第t次进化后种群的平均目标函数值，此时，可终止进化。
3.5 重要参数的选择
GA的参数主要有群里规模n，交叉、变异概率等。由于这些参数对GA性能影响很大，因此参数设置的研究受到重视。对于交叉、变异概率的选择，传统选择方法是静态人工设置。现在有人提出动态参数设置方法，以减少人工选择参数的困难和盲目性。
4 结束语
遗传算法作为当前研究的热点，已经取得了很大的进展。由于遗传算法的并行性和全局搜索等特点，已在实际中广泛应用。本文针对传统遗传算法的早熟收敛、得到的结果可能为非全局最优收敛解以及在进化后期搜索效率较低等缺点进行了改进，改进后的遗传算法在全局收敛性和收敛速度方面都有了很大的改善，得到了较好的优化结果。
参考文献
[1]邢文训,谢金星.现代优化计算方法[M].北京:清华大学出版社,1999:66-68.
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