計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠度優(yōu)化計(jì)算中應(yīng)用遺傳算法的研究

袁黎

摘 要：所謂計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠度其實(shí)就是指計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可用性，其具備計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)各用戶間互相連通的描述能力。優(yōu)化計(jì)算計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠度是目前社會(huì)市場(chǎng)所關(guān)注的熱點(diǎn)話題。相對(duì)于傳統(tǒng)的算法而言，遺傳算法除了具有便于求解、算法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以及搜索高效等特點(diǎn)以外，同時(shí)在進(jìn)行全局計(jì)算的時(shí)候，還可獲得最優(yōu)的近似值。下面文章就計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠度優(yōu)化計(jì)算中遺傳算法的應(yīng)用進(jìn)行研究和分析。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；優(yōu)化計(jì)算；遺傳算法；可靠度； 應(yīng)用

一、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠度與遺傳算法的概述

（一）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠度

所謂計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠度就是指基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信的操作、命令控制以及負(fù)載等這些條件，在所規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)換與傳遞信號(hào)，接著在確保網(wǎng)絡(luò)通信性能以及網(wǎng)絡(luò)可連通這一條件下來(lái)完成數(shù)據(jù)的傳輸。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠度要求在傳遞數(shù)據(jù)上必須要具備一定的完整性，另外是要求整個(gè)結(jié)構(gòu)必須包含合理、完整科學(xué)體系。從目前來(lái)看，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠度可分為以下幾種：第一，全終端可靠度，即在網(wǎng)絡(luò)通信信道集合中，不管是哪兩個(gè)點(diǎn)都可正常完成數(shù)據(jù)的通信。第二，α終端可靠度，主要是指在源點(diǎn)t間和信息制定匯點(diǎn)S和源點(diǎn)t間存在一條以上的正常通信鏈路，同時(shí)該鏈路可傳輸網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。第三，γ終端可靠度，對(duì)此終端的可靠度而言，γ終端屬通信系統(tǒng)信道，各信道由指定節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，且要保證各信道的正常通信鏈路，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，同時(shí)確保其安全可靠。

（二）遺傳算法

遺傳算法主要是基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程以及方法的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的一種算法，它主要是根據(jù)生物體在傳遞基因信息上所用的方式，充分利用群體搜索和個(gè)體之間信息的互換，分割與傳輸網(wǎng)絡(luò)中的這些信息，同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)終端重新進(jìn)行組合，最終形成的一種搜索功能，這種搜索功能滿足計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)全局信息優(yōu)化的要求，該方法在操作上比較簡(jiǎn)單和便捷，所具備的通信全局性較好，且所具備的優(yōu)勢(shì)以及功能較為明顯，可有效解決在傳輸網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中遇到的封裝問(wèn)題。遺傳算法主要是由以下幾個(gè)部分所構(gòu)成，即基因表達(dá)、進(jìn)化運(yùn)算、明確初始種群、遺傳運(yùn)算以及基因適值的計(jì)算。

在優(yōu)化計(jì)算網(wǎng)絡(luò)可靠度中應(yīng)用遺傳算法的時(shí)候，事先應(yīng)該明確一套遺傳算法優(yōu)化方案，把數(shù)據(jù)序列看作編碼染色體，同時(shí)加載可控制的相關(guān)信息，并將構(gòu)成編碼的各元素看作為遺傳算法基因，從而更加有利于傳輸各種數(shù)據(jù)信息。當(dāng)這些工作完成后會(huì)充分結(jié)合變異運(yùn)算、交叉運(yùn)算、適應(yīng)度運(yùn)算以及選擇運(yùn)算等各種運(yùn)算方式并根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行重組，最終形成符合停止標(biāo)準(zhǔn)的各優(yōu)化個(gè)體信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的傳輸，并保障數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的穩(wěn)定性、可靠性以及安全性。

二、遺傳算法計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠度優(yōu)化計(jì)算中的應(yīng)用

（一）問(wèn)題設(shè)立

第一，假如在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸節(jié)點(diǎn)間的信息傳輸信道有很多種，且只有一條為直線型鏈路傳輸。

第二，通信信道介質(zhì)長(zhǎng)度和通信網(wǎng)絡(luò)可靠度之間不存有直接數(shù)據(jù)交換關(guān)系，將通信信道與網(wǎng)絡(luò)之間的狀態(tài)分為兩種：工作狀態(tài)和故障狀態(tài)，其中故障狀態(tài)應(yīng)該為獨(dú)立。

（二）問(wèn)題計(jì)算數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建

基于上文所闡述的內(nèi)容， 網(wǎng)絡(luò)信道的鏈路介質(zhì)成本矩陣的表示如公式一，C0=（四）遺傳算法具體設(shè)計(jì)

第一，基因表達(dá)。明確網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)幕A(chǔ)就是基因表達(dá)，在本文的課題研究中，通過(guò)二進(jìn)制一維編碼的應(yīng)用來(lái)明確計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中N個(gè)結(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)基因，若在網(wǎng)路通信信道傳輸過(guò)程中存有四個(gè)節(jié)點(diǎn)，則其網(wǎng)絡(luò)基因結(jié)構(gòu)點(diǎn)也相應(yīng)地變成為一個(gè)基因。

第二，適值函數(shù)的選擇。遺傳算法的一個(gè)前提條件就是適值函數(shù)，該函數(shù)可避免在遺傳算法中出現(xiàn)數(shù)據(jù)欺騙問(wèn)題，根據(jù)降序來(lái)排列初始種群中的數(shù)據(jù)個(gè)體成本值，接著把其中最小的這一排序成本中個(gè)體編碼假設(shè)是1，并把排序編碼設(shè)成為PoP_size，在此基礎(chǔ)上，則可得到所對(duì)應(yīng)的這些適值函數(shù)，該函數(shù)可通過(guò)f（x）=（x-1）/（PoP_size-1）來(lái)表示，在該公式中，X是數(shù)據(jù)個(gè)體在各網(wǎng)絡(luò)成本中的排序位置，在這里存在著一個(gè)約束條件，即1≤x≤PoP_size。

第三，進(jìn)化運(yùn)算。按照上述的適值函數(shù)運(yùn)算方式，借助于轉(zhuǎn)輪選擇運(yùn)算法，在此假設(shè)在選擇的時(shí)候，每一個(gè)基因選擇概率均和其適值呈正比。

第四，遺傳運(yùn)算。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠度優(yōu)化計(jì)算中，遺傳運(yùn)算可通過(guò)變異與交叉這兩種形式來(lái)實(shí)施。在變異中，事先應(yīng)該明確變異基因的范圍和所需變異數(shù)量，接著將所選基因來(lái)替代以前的舊基因，其操作主要如下：首先進(jìn)行數(shù)據(jù)變異基因的假設(shè)，其次按照數(shù)據(jù)變異基因數(shù)量，來(lái)隨機(jī)進(jìn)行整數(shù)的選取，最后基于基因變異情況，使其生成為相對(duì)應(yīng)的基因，若最后一個(gè)步驟不可實(shí)現(xiàn)，則直接到第二步就可。在交叉中，可通過(guò)隨機(jī)交叉的方式來(lái)明確基因交叉位置，從而完成數(shù)據(jù)交換操作，繼而確保計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)間的連通性，在此要注意的是在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中，可能有數(shù)據(jù)不可將數(shù)據(jù)連通反映出來(lái)，并發(fā)生一些網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤問(wèn)題，而在此時(shí)就需對(duì)其算法進(jìn)行調(diào)整，確保其計(jì)算滿足計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠度優(yōu)化計(jì)算的實(shí)際需求。

第五，算法優(yōu)化調(diào)整。按照優(yōu)化算法所得到的結(jié)果，調(diào)整所對(duì)應(yīng)的這些數(shù)據(jù)傳輸，并分析算法中每一個(gè)基因自身的表達(dá)式，判斷各信道之間的連通性。若gij為1，則按照原交叉來(lái)執(zhí)行，并對(duì)基因數(shù)據(jù)進(jìn)行變異操作，一直到所有數(shù)據(jù)操作工作完成為止；若gij為0，則應(yīng)該按照遺傳算法的分析要求以及計(jì)算要求，將gij設(shè)為1。

基于上述對(duì)遺傳算法的研究和分析，結(jié)合文章之前所提出的這一假設(shè)，構(gòu)建計(jì)算網(wǎng)絡(luò)信道通信系統(tǒng)，通過(guò)遺傳算法的應(yīng)用來(lái)實(shí)施仿真實(shí)驗(yàn)，在這里假設(shè)該系統(tǒng)中共有結(jié)點(diǎn)六個(gè)，在優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)通信信道可靠度上，所用約束常數(shù)α是2，β也是2。在實(shí)際操作過(guò)程中，當(dāng)遺傳操作的迭代數(shù)是100次的時(shí)候，通過(guò)仿真計(jì)算來(lái)進(jìn)行求解，得到網(wǎng)絡(luò)信道的鏈路介質(zhì)總成本是46，可確保網(wǎng)絡(luò)信道可靠度的最大值是0.885，通過(guò)該實(shí)驗(yàn)證明，該系統(tǒng)在信息傳輸上的安全性以及完整性均可靠。由此可見(jiàn)，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠度優(yōu)化計(jì)算中應(yīng)用遺傳算法，不僅可滿足當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)陌l(fā)展要求，同時(shí)還可滿足仿真實(shí)驗(yàn)的需求以及目的。

三、結(jié)束語(yǔ)

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠度優(yōu)化計(jì)算中，由于遺傳算法結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，自身適用性較強(qiáng)，在操作上較為簡(jiǎn)便，同時(shí)其在搜索上也較為高效，應(yīng)用遺傳算法可切實(shí)提升在網(wǎng)絡(luò)中各種信息的實(shí)際傳輸速度，同時(shí)可使網(wǎng)絡(luò)計(jì)算時(shí)間得到縮短，提高其計(jì)算的速度，便于網(wǎng)絡(luò)傳輸方式的簡(jiǎn)化，優(yōu)化其計(jì)算結(jié)果，繼而進(jìn)一步提高其操作的性能。第二，通過(guò)遺傳算法來(lái)計(jì)算信息傳輸，可達(dá)到減少網(wǎng)絡(luò)成本的目的，使網(wǎng)絡(luò)損耗得到降低，同時(shí)在原來(lái)的基礎(chǔ)上還可進(jìn)一步提升計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠度，使網(wǎng)絡(luò)所具備的各種性能得到優(yōu)化，能夠同時(shí)兼顧各種問(wèn)題，比如數(shù)據(jù)模型的求解、鏈路介質(zhì)成本以及矩陣的可靠度優(yōu)化等問(wèn)題。（作者單位：鄂爾多斯市農(nóng)牧學(xué)校）

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