基于遗传算法的混合优化反分析及比较研究

围绕优化反演分析中计算收敛速度、精度和稳定性问题,着重就传统和现代两类优化方法开展以下3方面的研究:(1) 将阻尼最小二乘法与遗传算法耦合起来,发展了阻尼最小二乘法-遗传混合算法;(2) 将两类混合优化方法:阻尼最小二乘法-遗传算法和模拟退火-遗传算法较早地用于优化反

第22卷 第2期 岩石力学与工程学报 22(2):197~202 2003年2月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Feb.,2003

2001年5月30日收到初稿,2001年7月12日收到修改稿。 作者 朱合华 简介:男,39岁,博士,1983年毕业于重庆大学采矿工程系,现任教授、博士生导师,主要从事隧道及地下工程方面的教学和研究工作。

基于遗传算法的混合优化反分析及比较研究

朱合华 刘学增

(同济大学土木工程学院地下建筑与工程系 上海 200092)

摘要 围绕优化反演分析中计算收敛速度、精度和稳定性问题,着重就传统和现代两类优化方法开展以下3方面

的研究:(1) 将阻尼最小二乘法与遗传算法耦合起来,发展了阻尼最小二乘法-遗传混合算法;(2) 将两类混合优化

方法:阻尼最小二乘法-遗传算法和模拟退火-遗传算法较早地用于优化反演分析;(3) 结合基坑工程算例,对单纯

形法、阻尼最小二乘法、遗传算法、模拟退火-遗传算法和阻尼最小二乘法-遗传算法进行了比较分析。结果表明,

与单纯形法等传统的优化方法相比,基于遗传算法的一类现代优化方法具有较好的全局收敛性;与常规的遗传算

法相比,阻尼最小二乘法-遗传和模拟退火-遗传等算法有效地提高了优化反演的计算搜索速度和精度。

关键词 最优化,遗传算法,模拟退火-遗传算法,阻尼最小二乘法-遗传算法,优化反分析

分类号 TP 183 文献标识码 A 文章编号 1000-6915(2003)02-0197-06

COMPARISON STUDY OF MIXED OPTIMAL METHODS BASED ON

GENETIC ALGORITHM IN BACK ANALYSIS

Zhu Hehua , Liu Xuezeng

(Department of Geotechnical Engineering ,School of Civil Engineering ,Tongji University ,Shanghai 200092 China )

Abstract In light of computing speed ,precision and reliability ,the following three problems related to traditional and modern optimal methods are mainly studied : (1) the mixed genetic algorithm is presented based on the idea of coupling genetic algorithm with damping least square technique ;(2) the above mixed genetic algorithm and simulated annealing-genetic algorithm are led into back analysis in geotechnical engineering early ;(3) some optimal methods ,such as the simplex method ,damped least square technique ,genetic algorithm ,simulated annealing-genetic algorithm and the mixed genetic algorithm ,are evaluated and compared. The studied results show that compared with the traditional optimal methods like the simplex ,the modern one based on genetic algorithm is of better convergence in whole region ,and compared with the common genetic algorithm ,the mixed genetic algorithm and simulated annealing-genetic algorithm effectively improve searching speed ,precision and reliability of genetic algorithm.

Key words optimization ,genetic algorithm ,simulated annealing-genetic algorithm ,damped least square-genetic mixed algorithm ,optimal back analysis

1 概 述

位移反分析自诞生以来,在岩土工程中已得到

广泛应用,并发展了多种反分析方法,如逆反分析

法、正反分析法等[1

~3],研究应用较多的是正反分

析法,即优化反分析方法,它是利用优化方法搜索最优解。国内外很多学者对优化方法进行了研究。G . Gioda (1987)等总结了适用于岩土工程反分析的4种优化方法,即单纯形法、拟梯度法、Rosenbrok 法(改进的变量替换法)和Powell 法,验证表明,这4种方法计算量大、解的稳定性差、收敛速度慢[4]。

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