基于遺傳算法的計算機網(wǎng)絡(luò)改進設(shè)計

張 紅

福建船政交通職業(yè)學(xué)院，福建 福州 350007

最近幾年，我國科技水平不斷提高，計算機網(wǎng)絡(luò)體系不斷改革和創(chuàng)新，計算機網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷增大，這無疑對計算機網(wǎng)絡(luò)的可靠性、穩(wěn)定性提出了更高的要求，而遺傳算法的出現(xiàn)和應(yīng)用，可以避免計算機網(wǎng)絡(luò)在優(yōu)化設(shè)計的過程中，出現(xiàn)局部最優(yōu)解死循環(huán)問題，能夠準(zhǔn)確、高效地得到計算機網(wǎng)絡(luò)全局最優(yōu)解，為提高計算機網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性、可靠性和安全性打下了堅實的基礎(chǔ)。因此，在遺傳算法的應(yīng)用背景下，如何科學(xué)優(yōu)化設(shè)計計算機網(wǎng)絡(luò)是設(shè)計人員必須思考和解決的問題。

1 計算機網(wǎng)絡(luò)相關(guān)概述

1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)組成

對于計算機網(wǎng)絡(luò)而言，其主要由以下四個部分組成：網(wǎng)絡(luò)終端、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點線路、計算機。在宏觀層面上，計算機網(wǎng)絡(luò)主要包含三大核心模塊，分別是數(shù)據(jù)傳輸模塊、用戶終端模塊和軟件模塊。計算機網(wǎng)絡(luò)在具體的運用中，主要采用通信鏈路的方式，將分布在各個區(qū)域的多臺計算機進行有效連接，使其連接并結(jié)合為統(tǒng)一整體[1]，以達(dá)到傳遞和共享信息數(shù)據(jù)的目的。資源子網(wǎng)屬于用戶終端模塊，主要用于對信息數(shù)據(jù)的處理和傳輸，確保相關(guān)信息數(shù)據(jù)能夠安全、穩(wěn)定地傳輸?shù)街付ǖ木W(wǎng)絡(luò)中。計算機網(wǎng)絡(luò)組成如圖1所示。

圖1 計算機網(wǎng)絡(luò)組成

1.2 計算機網(wǎng)絡(luò)可靠性原理

1.2.1 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳送的穩(wěn)定性

只有保證計算機網(wǎng)絡(luò)可靠性，才能提高計算機運行性能，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的有效轉(zhuǎn)化。因此，為了充分發(fā)揮計算機網(wǎng)絡(luò)原理的應(yīng)用優(yōu)勢，設(shè)計人員要提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳送的穩(wěn)定性，同時，還要保證各個計算機的獨立性[2]，避免因個別計算機出現(xiàn)故障而影響其他計算機的正常使用，同時，還要針對計算機獨立性特征，采用數(shù)據(jù)共享的方式，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，對計算機網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的信息數(shù)據(jù)進行科學(xué)分析和處理，以保證網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)的完整性、真實性和可靠性。此外，由于計算機網(wǎng)絡(luò)具有較高的地理跨度[3]，因此，為了提高計算機網(wǎng)絡(luò)的完整性和可靠性，設(shè)計人員要在有效結(jié)合用戶端和服務(wù)器的基礎(chǔ)上，充分利用相關(guān)算法，實現(xiàn)對計算機網(wǎng)絡(luò)資源的全面優(yōu)化和處理，以確保網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)能夠安全、穩(wěn)定地進行傳輸。

1.2.2 遺傳算法的分析結(jié)論

各個計算機之間始終保持著一定的獨立性，因此，在應(yīng)用生物相關(guān)思維法的過程中，要采用自動檢測的方式，形成一個信息數(shù)據(jù)矩陣，并進行合理地排序，以實現(xiàn)對最終排序結(jié)果的評估，在此基礎(chǔ)上，充分利用遺傳算法的應(yīng)用優(yōu)勢，實現(xiàn)對計算機網(wǎng)絡(luò)全局最優(yōu)解的精確計算，以達(dá)到提高遺傳操作水平的目的。此外，在充分結(jié)合不同算法的基礎(chǔ)上，采用交叉算法，實現(xiàn)對各種信息數(shù)據(jù)的篩選處理，從而提高計算機網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計效果。為了進一步提高網(wǎng)絡(luò)搜索能力，設(shè)計人員還要利用遺傳算法，采用重新編輯的方式，降低數(shù)據(jù)的局限性，從而實現(xiàn)搜索范圍的進一步拓展，為充分發(fā)揮和利用遺傳算法的應(yīng)用優(yōu)勢打下堅實的基礎(chǔ)。

2 遺傳算法流程

遺傳算法主要是指在充分結(jié)合計算機科學(xué)知識與自然遺傳學(xué)知識的基礎(chǔ)上，采用自適應(yīng)優(yōu)化方式，實現(xiàn)對生物進化論的修改、優(yōu)化和完善。遺傳算法作為一種常用的優(yōu)化機制，可以實現(xiàn)對生物進化原理的科學(xué)模擬和應(yīng)用[4]，因此，遺傳算法具有很高的應(yīng)用價值和應(yīng)用前景。遺傳算法流程主要包括以下兩個步驟：首先，針對已有模型對求解問題的影響，采用編碼的方式，形成一個龐大的遺傳種群；其次，充分利用各種適應(yīng)性函數(shù)，從復(fù)制環(huán)節(jié)、交叉環(huán)節(jié)和變異環(huán)節(jié)入手，對最終解進行驗證，以確保最終解能夠符合適應(yīng)性評估相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求。如果最終解滿足適應(yīng)性評估相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求[5]，則說明最優(yōu)解求解成功，反之，則需要重復(fù)以上操作步驟，再次求解最優(yōu)解。遺傳算法流程如圖2 所示。

圖2 遺傳算法流程

3 基于遺傳算法計算機網(wǎng)絡(luò)改進設(shè)計流程

3.1 計算機網(wǎng)絡(luò)可靠性優(yōu)化準(zhǔn)則及模型

為了提高計算機網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計水平，設(shè)計人員要在嚴(yán)格按照可靠性優(yōu)化設(shè)計相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求的基礎(chǔ)上，完成對相關(guān)模型的構(gòu)建和應(yīng)用。在這個過程中，首先，設(shè)計人員要針對計算機網(wǎng)絡(luò)實際設(shè)計需求，選用合適的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，同時，還要保證網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)容錯性和冗余性。其次，為了實現(xiàn)對計算機系統(tǒng)的科學(xué)升級和維護[6]，設(shè)計人員還要確保網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的開發(fā)性，不斷提高計算機網(wǎng)絡(luò)的可靠性和安全性，為確保計算系統(tǒng)運行性能創(chuàng)造了良好的條件。再次，還要重視對高配置計算機硬件的使用，同時根據(jù)計算機運行性能，有針對性地設(shè)計和配置網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，為提高計算機網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性打下堅實的基礎(chǔ)。此外，還要采用優(yōu)化配置的方式，對計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)部功能模塊進行拓展和優(yōu)化，確保計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)功能強大、實用性強，為用戶帶來良好的使用體驗。最后，全面控制計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)計成本和網(wǎng)絡(luò)鏈路設(shè)計成本，對模型最優(yōu)解進行計算，從而得出網(wǎng)絡(luò)鏈路的全局最優(yōu)解。

3.2 基于遺傳算法的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計

為了充分發(fā)揮和利用遺傳算法的應(yīng)用優(yōu)勢，設(shè)計人員要將遺傳算法應(yīng)用于計算機網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)計中，提高計算機網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。為此設(shè)計人員要在控制設(shè)計相關(guān)因素的基礎(chǔ)上，通過對計算機網(wǎng)絡(luò)模型的構(gòu)建和應(yīng)用，實現(xiàn)對計算機網(wǎng)絡(luò)全局最優(yōu)解的求解[7]。在這個過程中，首先，要充分利用二進制相關(guān)知識，完成對初始群體的確定和編碼，然后，利用相關(guān)表達(dá)式，準(zhǔn)確無誤地表達(dá)遺傳基因。其次，精確計算和統(tǒng)計所有種群個體的成本值，并對最終的成本值進行排序處理，然后，借助適應(yīng)性函數(shù)，對種群大小進行計算和匯總，為后期快速查找和調(diào)用這些數(shù)據(jù)提供重要的依據(jù)和參考。再次，選用合適的適應(yīng)性函數(shù)，精確計算和統(tǒng)計種群規(guī)模，同時，還要篩選出概率較高的種群基因，以確保整個遺傳算法的科學(xué)性和針對性。最后，根據(jù)最終條件，采用迭代計算的方式，精確計算出最大迭代結(jié)果，以保證計算機網(wǎng)絡(luò)的可靠性和安全性，為精確求得計算機網(wǎng)絡(luò)的全局最優(yōu)解創(chuàng)造良好的條件。

3.3 實驗與仿真

計算機網(wǎng)絡(luò)包含若干個不同大小的節(jié)點，為了充分發(fā)揮和利用遺傳算法的應(yīng)用優(yōu)勢，設(shè)計人員要采用描述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的方式，對計算機網(wǎng)絡(luò)進行不斷優(yōu)化設(shè)計，以達(dá)到提高計算機網(wǎng)絡(luò)的可靠性和安全性的目的，只有這樣，才能確保計算機系統(tǒng)具有較高的運行性能。為此，設(shè)計人員要采用二進制編碼的方式，針對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的數(shù)量，充分利用遺傳基因，對計算機網(wǎng)絡(luò)進行不斷優(yōu)化設(shè)計[8]。為了更好地驗證遺傳算法在計算機網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用效果，以及遺傳算法的可靠性，設(shè)計人員要采用構(gòu)建計算機網(wǎng)絡(luò)模型的方式，將模糊網(wǎng)絡(luò)算法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進行有效結(jié)合，從而最大限度地發(fā)揮遺傳算法的應(yīng)用優(yōu)勢，確保驗證試驗?zāi)軌蛴行蜻M行。此外，還要根據(jù)實驗實際需求，將計算機網(wǎng)絡(luò)節(jié)點個數(shù)設(shè)置為8 個，同時，將計算機網(wǎng)絡(luò)最高迭代次數(shù)設(shè)置為100 個，計算機存儲空間設(shè)置為32GB，最終得到計算機網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化對比結(jié)果如圖3 所示。從圖中數(shù)據(jù)可以看出，在遺傳迭代次數(shù)不斷增加的情況下，計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和安全性得以有效提高。當(dāng)遺傳迭代次數(shù)達(dá)到一定的數(shù)值后，由于受計算機硬件等因素的影響，計算機網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性、可靠性和安全性不再增加，而是處于比較平緩的趨勢。此外，隨著遺傳迭代次數(shù)的不斷增加，計算機網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)總成本呈現(xiàn)出不斷下降的趨勢，當(dāng)遺傳迭代次數(shù)達(dá)到一定值后，計算機網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)總成本不再降低，而是呈現(xiàn)出趨于穩(wěn)定的狀態(tài)。當(dāng)遺傳迭代次數(shù)達(dá)到65 次左右時，計算機網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)總體成本始終保持不變。這說明遺傳迭代次數(shù)與計算機網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)總體成本之間不存在相互影響關(guān)系。通過分析實驗結(jié)果，不難發(fā)現(xiàn)，在遺傳算法的應(yīng)用背景下，通過利用適應(yīng)性函數(shù)，可以保證計算機網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)總體成本回歸的多樣性和多元性，為實現(xiàn)計算機網(wǎng)絡(luò)全局最優(yōu)解的精確求解打下堅實的基礎(chǔ)，以達(dá)到提高計算機網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計水平的目的。為了實現(xiàn)對遺傳算法的全面更新，設(shè)計人員應(yīng)在確保數(shù)據(jù)鏈的可靠性和完整性基礎(chǔ)上，充分利用遺傳算法，對計算機最終優(yōu)化結(jié)果進行驗證，以確保計算機網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。

圖3 計算機網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化對比結(jié)果

4 結(jié) 語

綜上所述，計算機網(wǎng)絡(luò)在保證計算機系統(tǒng)運行性能方面占據(jù)著舉足輕重的地位，因此，加強對計算機網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)計可以確保計算機系統(tǒng)能夠可靠、穩(wěn)定、安全地運行。通過利用遺傳算法，對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)部的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進行不斷優(yōu)化和完善，可以確保函數(shù)分析的可靠性和安全性，實現(xiàn)對計算機網(wǎng)絡(luò)的科學(xué)優(yōu)化和設(shè)計，為充分發(fā)揮遺傳算法的應(yīng)用優(yōu)勢，縮小計算機網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化成本，得到計算機網(wǎng)絡(luò)全局最優(yōu)解提供有力的保障。