計(jì)算機(jī)遺傳算法在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的使用

張捷

（山西工程科技職業(yè)大學(xué) 山西省晉中市 030619）

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中采用計(jì)算機(jī)遺傳算法應(yīng)結(jié)合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)、遺傳算法的基本原理等，科學(xué)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化處理和設(shè)計(jì)，利用有效的技術(shù)方式增強(qiáng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化性、完善性，達(dá)到預(yù)期的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化目的。

1 遺傳算法分析

對(duì)于遺傳算法而言主要就是數(shù)學(xué)領(lǐng)域中利用計(jì)算方式明確最佳方式的搜索算法，是目前進(jìn)化算法中最為重要的部分，此類算法最開始是運(yùn)用到生物界的進(jìn)化規(guī)律方面，在不斷演變的過程中被應(yīng)用在計(jì)算機(jī)學(xué)科領(lǐng)域，成為搜索、優(yōu)化的重要機(jī)制，如圖1所示為相關(guān)算法的應(yīng)用程序，在實(shí)際應(yīng)用期間需要以既有的模型作為基礎(chǔ)部分，按照需求進(jìn)行求解的問題情況完成編碼，生成相應(yīng)的隨機(jī)遺傳群，之后利用選擇概率的方式、選擇適應(yīng)性函數(shù)的方式等，準(zhǔn)確進(jìn)行選擇性的復(fù)制處理、交叉處理、變異處理，獲得最終解，適應(yīng)性針對(duì)情況進(jìn)行評(píng)估明確是否能夠滿足驗(yàn)證的要求，如若在驗(yàn)證的過程中證明最終解能夠滿足迭代收斂要素方面的標(biāo)準(zhǔn)，就證明屬于最優(yōu)化的解，如果證明不能滿足要素標(biāo)準(zhǔn)則需要重復(fù)各類步驟，直到尋找到最優(yōu)解為止。

近年來我國(guó)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的領(lǐng)域中已經(jīng)開始廣泛運(yùn)用遺傳算法，主要原因就是遺傳算法可以借助自然選擇的形式實(shí)現(xiàn)全局性隨機(jī)搜索處理的目的，在計(jì)算機(jī)問題內(nèi)部尋找最優(yōu)、最佳的問題解決措施，和其他傳統(tǒng)類型的算法相互對(duì)比，遺傳算法在應(yīng)用期間具備的特點(diǎn)為：其一，實(shí)際操作期間的對(duì)象屬于參數(shù)編碼，而不是參數(shù)自身；其二，可以進(jìn)行多個(gè)點(diǎn)位同時(shí)性的搜索處理；其三，此類算法在應(yīng)用期間需要通過數(shù)學(xué)函數(shù)明確所使用的評(píng)價(jià)方法；其四，算法計(jì)算的過程中應(yīng)該遵守最優(yōu)化的基本要點(diǎn)和原則，確保能夠在全局的角度進(jìn)行最優(yōu)解的搜索。正是因?yàn)檫z傳算法有此類特點(diǎn)，使其在應(yīng)用期間的優(yōu)勢(shì)非常明顯，例如：算法在應(yīng)用的過程中不會(huì)將參數(shù)本身當(dāng)做是操作的對(duì)象，因此可以擺脫很多約束性的條件，拓寬算法在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用空間、應(yīng)用范圍；多個(gè)點(diǎn)位同時(shí)性搜索能夠增加搜索的范圍，不再局限于傳統(tǒng)類型的算法模式；此類算法在應(yīng)用期間評(píng)價(jià)方式的明確和輔助性信息沒有過多的關(guān)聯(lián)，因此本身在信息層面的依賴度較低；算法不會(huì)對(duì)明確的規(guī)則有所依賴，搜索操作能夠拓展到全局范圍[1]。

2 遺傳算法的應(yīng)用原理分析

此類算法的應(yīng)用需要依靠于數(shù)學(xué)表達(dá)公式，如公式（1）與公式（2）。

3 計(jì)算機(jī)遺傳算法在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的使用

3.1 遵循基本性的要點(diǎn)

我國(guó)現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的過程中對(duì)整體安全性和穩(wěn)定性非常重視，因此在優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)期間應(yīng)遵守可靠性與我穩(wěn)定性的原則，保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全水平。在可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中需要保證計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能夠在指定的時(shí)間或是范圍之內(nèi)完成各類任務(wù)，不會(huì)出現(xiàn)安全問題或者穩(wěn)定問題，而要想確保能夠符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中就應(yīng)該集中進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行層面的處理，利用遺傳算法尋找能夠提升網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行安全性與可靠度的最優(yōu)解，在保證安全性的情況下能夠不斷增強(qiáng)穩(wěn)定性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)與解決故障問題[2]。

3.2 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中算法的改進(jìn)

從本質(zhì)層面而言遺傳算法主要是將網(wǎng)絡(luò)的可靠性作為基礎(chǔ)針對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，由于算法具有此類優(yōu)勢(shì)因此經(jīng)常被當(dāng)作是解決很多局部極值優(yōu)化問題與高維搜索問題的首要選擇，但是，根據(jù)對(duì)遺傳算法基本原理的分析可以了解到，尋找最優(yōu)解的時(shí)間較長(zhǎng)可能會(huì)浪費(fèi)很多資源，難以利用最快的速度進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)提升系統(tǒng)運(yùn)作的可靠性，因此必須要按照實(shí)際需求強(qiáng)化遺傳算法的改進(jìn)力度，例如：在整體系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)期間進(jìn)行遺傳算法中繁殖流程的改造，將競(jìng)爭(zhēng)繁殖引入其中，這樣不僅可以確保此類算法能夠和其他優(yōu)化算法之間良好銜接，還能繼續(xù)維持初始解的分散性，提升長(zhǎng)編碼問題解決的效率，主要改進(jìn)措施為公式（3）與公式（4）。

在這個(gè)公式內(nèi)部rd 主要就是改進(jìn)之后最終的淘汰率，能夠確保算法在應(yīng)用過程中符合網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本需求[3]。

3.3 完善優(yōu)化設(shè)計(jì)的流程

在完成算法改進(jìn)之后應(yīng)結(jié)合計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本需求對(duì)整體設(shè)計(jì)流程進(jìn)行完善，保證優(yōu)化設(shè)計(jì)的效果。

（1）明確具體的操作準(zhǔn)則要求，需要進(jìn)行科學(xué)合理選擇其中的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，重點(diǎn)關(guān)注網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)過程中增強(qiáng)容錯(cuò)性能、冗余性能，盡可能設(shè)計(jì)成為開放性的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，引進(jìn)市場(chǎng)較為先進(jìn)的現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)管理軟件技術(shù)，所有的系統(tǒng)都必須要符合最優(yōu)配置的基本要求，最終達(dá)到預(yù)期的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作目的。

（2）合理創(chuàng)建其中的優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型，按照整體系統(tǒng)的特征明確信息處理的順序、秩序要求，準(zhǔn)確計(jì)算分析路由選擇環(huán)節(jié)、鏈路熔煉分配環(huán)節(jié)的傳輸類型與容量類型成本，創(chuàng)建將增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)可靠性的良好優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型，例如：采用樹狀網(wǎng)絡(luò)形式開展結(jié)構(gòu)的布置和設(shè)計(jì)工作，通過遺傳算法的形式進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，一般情況下在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部會(huì)存在M 條等待選擇的鏈路、N 個(gè)等待選擇的節(jié)點(diǎn)，使用遺傳算法開展優(yōu)化設(shè)計(jì)活動(dòng)，各類問題都是利用編碼的方式描述，優(yōu)化設(shè)計(jì)期間應(yīng)隨機(jī)性的選擇等待選擇的鏈路，準(zhǔn)確判斷各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間是否具有一定的連通性，建議使用遺傳算法進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的搜索處理，這樣能夠確保鏈路有著相應(yīng)的暢通性能，借助N-1 條鏈路創(chuàng)建形成完整性的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)[4]。在此期間創(chuàng)建數(shù)學(xué)模型的過程中，假設(shè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是A(S,D)，S 主要就是節(jié)點(diǎn)集合內(nèi)容，D 主要就是鏈路集合的內(nèi)容，可以利用公式（5）進(jìn)行鏈路成本的計(jì)算分析：

假設(shè)其中Xpq屬于pq相互連接的形式，Xpq=0表達(dá)的是“其他”，那么這個(gè)問題的解集主要為（并且鏈路的成本是在此期間也可以創(chuàng)建一下的數(shù)學(xué)模型，如公式（6）。

（1）使用先進(jìn)的二進(jìn)制措施進(jìn)行初始群體的編碼處理，用來進(jìn)行遺傳基因的準(zhǔn)確、合理表達(dá)。

（2）科學(xué)化計(jì)算種群范圍之內(nèi)的個(gè)體成員，合理進(jìn)行排序處理，之后將當(dāng)做是適宜性數(shù)值的函數(shù)，其中PS 代表著的就是種群的大小規(guī)模。

（3）科學(xué)運(yùn)用適宜性數(shù)值的函數(shù)進(jìn)行種群規(guī)模的挑選處理，淘汰其中具有小概率特點(diǎn)的種群，保證種群的優(yōu)化性。

（4）在確保網(wǎng)絡(luò)處于運(yùn)行順暢性狀態(tài)的同時(shí)，通過已經(jīng)改進(jìn)的算法開展網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)活動(dòng)，尋找基因交叉的具體位置，獲得最佳、最優(yōu)的解[5]。

3.4 準(zhǔn)確選擇搜索方式

在使用遺傳算法對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注對(duì)網(wǎng)絡(luò)搜索措施的優(yōu)化處理，盡可能利用遺傳算法的技術(shù)措施獲取精確度較高、收斂速度良好的搜索手段，而在明確此類搜索方式的階段應(yīng)以解決和處理計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行期間的各類問題為基礎(chǔ)，利用加快收斂速度的方式提升網(wǎng)絡(luò)搜索效率，增強(qiáng)整體操作的精確度，確保最終搜索質(zhì)量快速提高。此時(shí)應(yīng)重點(diǎn)運(yùn)用相應(yīng)的遺傳算法優(yōu)化搜索手段，科學(xué)設(shè)定收斂速度評(píng)價(jià)指標(biāo)與搜索精確度的評(píng)價(jià)指標(biāo)。雖然目前在遺傳算法應(yīng)用的過程中具有一定的簡(jiǎn)便性和操作容易的優(yōu)勢(shì)，但是很容易出現(xiàn)局限性的問題，只能針對(duì)局部區(qū)域優(yōu)化處理，因此在使用此類算法的過程中需要揚(yáng)長(zhǎng)避短，借助局部?jī)?yōu)化的方式有效完成搜索方法的優(yōu)化設(shè)計(jì)任務(wù)，以此為基礎(chǔ)促使搜索精確度的提升、收斂速度的改善。當(dāng)前在優(yōu)化設(shè)計(jì)期間經(jīng)常會(huì)在選擇使用遺傳算法的同時(shí)采用啟發(fā)式搜索算法，主要原因就是此類算法具備很高的通用性，適合應(yīng)用在各類網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域，而且還能和遺傳算法之間相互整合，確?？梢栽谟?jì)算機(jī)相關(guān)系統(tǒng)運(yùn)行期間以尋找最優(yōu)解為目的合理搜索。因此建議在對(duì)搜索方式進(jìn)行優(yōu)化選擇的環(huán)節(jié)重點(diǎn)將遺傳算法和啟發(fā)式的搜索算法相互整合，滿足搜索功能的優(yōu)化設(shè)計(jì)基本需求[6]。

3.5 優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中應(yīng)積極運(yùn)用體系類型與網(wǎng)絡(luò)類型的結(jié)構(gòu)最高程度上確保系統(tǒng)的運(yùn)作能夠達(dá)到最佳的狀態(tài)，采用遺傳算法增強(qiáng)各類層次性結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)效果，首先，考慮到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)作方面接入層次屬于最大出發(fā)點(diǎn)，具有用戶網(wǎng)絡(luò)數(shù)量動(dòng)態(tài)化控制的功能，此情況下就應(yīng)使用遺傳算法優(yōu)化設(shè)計(jì)，完善功能的同時(shí)確保可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)寬帶的交換處理，提升網(wǎng)絡(luò)運(yùn)作的高效化水平；其次，優(yōu)化設(shè)計(jì)分布層次的部分，采用遺傳算法的分層設(shè)計(jì)方式，使得網(wǎng)絡(luò)核心層之間都能更為便捷相互連接，同時(shí)還能有效設(shè)置核心層次和接入層次的界限，增強(qiáng)VLAN 的聚合性，有效進(jìn)行各類用戶計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的訪問，控制網(wǎng)絡(luò)功能。同時(shí)也可以使用遺傳算法設(shè)置次助攻類型的安全認(rèn)證模型系統(tǒng)，以此確保整體系統(tǒng)運(yùn)作的效率，維護(hù)通信層面、網(wǎng)絡(luò)層面的安全水平[7]。

4 結(jié)語

綜上所述，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中采用遺傳算法具有諸多優(yōu)勢(shì)，但是也存在很多局限性問題，因此在新時(shí)期的環(huán)境下應(yīng)重點(diǎn)結(jié)合增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)可靠度與安全性的需求，對(duì)遺傳算法進(jìn)行改進(jìn)，完善整體優(yōu)化設(shè)計(jì)的流程與程序內(nèi)容，不斷提高各項(xiàng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的有效性，改善計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)行可靠度，充分發(fā)揮遺傳算法的作用和價(jià)值，達(dá)到預(yù)期的優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)。