C omputer Engineering and Applications 计算机工程与应用
2014,50(2)
1 引言
在许多工程应用和科学计算中,常常需要求出某些
函数的积分,例如 PID 调节器就涉及到积分计算。在工
程实际运用中,大量被积函数的原函数非常复杂或不存
在初等形式的原函数,甚至有的被积函数只是由实验测
得一些离散数据而没有给出具体的解析表达式,例如
e
x
2
不存在初等的原函数,
1
1 + x
4
的原函数非常复杂,PID
调节器的偏差信号是由实验获得等。此时,利用微积分
中的牛顿-莱布尼茨公式计算显得非常不便,因为大部
分函数的原函数找不到或者表达太繁杂而不利于计算,
故这类积分通常只能采用数值积分方法计算。当前数
值积分 的计算方 法有很多 ,如 Newton-C otes 型积 分 方
法、Gauss 型求积公式等,这些方法适用于积分区间上变
化基本一致的函数,当被积函数变化快慢不一致时,其
计算效率就大为降低。Romberg 求积法利用 Richardson
外推技巧仅仅是提高了积分效率,对在积分区间上变化
快慢不一致的函数依然存在局限性。一些自适应的积
分方法虽然可以克服这个问题,但自我调节的时间过
长。周永权等
[1]
给出了多种进化策略下基于不等距分割
的数值积分方法,并获得较好的结果;韦杏琼等
[2]
提出了
利用粒子群优化算法求解数值积分;还有学者利用人工
鱼群算法
[3-4]
、差分进化算法
[5]
和神经网络算法
[6-7]
求解任
意函数的数值积分。这些方法求解数值积分时,一般性
能不太稳定,需要多次运行才能获得一个较好的结果;
另外,适应度函数大部分都简单地采用小区间端点和中
点构造,近似求解积分的表达公式也没有从理论上说明
其合理性,有的对周期函数或震荡函数进行适当处理再
基于遗传算法求任意函数的数值积分
赖志柱,张云艳
LAI Zhizhu, ZHA NG Yunyan
毕节学院 数学与计算机科学学院,贵州 毕节 551700
Coll ege of Mathematics & Computer Scien ce, Bijie University, Bijie, Guizhou 5517 00, China
LAI Zhizhu, ZHANG Yunyan. Solving numerical i ntegration based on genetic algorithms. Computer Engineering
and Applications, 2014, 50(2):54-57.
Abstract:Several numerical integral error resul ts based on s ubdividing th e integral interval arbitrarily are p resented, then
an appr oach for solving numerical integration based on Genetic Algorithm(GA)is proposed. GA is used to optimize the
points in the integral interval in order to get a more precise result with using Simpson’s rule in every small s egment. Sim-
ulation examples of integral validate that the algorithm can compute both singularity functions integral and oscillation
function in tegral.
Key words:Genetic Algorithm(GA); numerical integration; inequality point segmentation; Simpson’s rule
摘 要:针对复杂函数的数值积分问题,给出了若干个任意分割积分区间的数值积分的误差结果,并提出一种基于
遗传算法的不等距节点分割的数值积分方法。该方法初始时在积分区间内任意选取一定的节点,通过遗传算法优
化这些节点,在相邻节点间利用 Simpson 公式近似计算积分,最后得到较准确的积分结果。数值计算结果表明,该方
法计算精度高,而且可以计算奇异函数及震荡函数的积分。
关键词:遗传算法;数值积分;不等距点分割;Simpson 公式
文献标志码:A 中图分类号:TP301.6 doi:10.3778/j.issn.1002-8331.1205-0099
基金项目:贵州省教育厅自然科学研究基金(No.黔教科 2010072);贵州省科学技术基金(No.2012GZ10526);毕节地区科技计划
项目(No.[2011] 02);毕节学院科学研究基金(No.20112016)。
作者简介:赖志柱(1980—),男,讲师,主要研究领域为智能算法、物流与供应链;张云艳(1971—),女,副教授,主要研究领域为非
线性泛函分析、优化方法。E-mail:laizhizhu80@163.com
收稿日期:2012-05-21 修回日期:2012-07-20 文章编号:1002-8331(2014)02-0054-04
CNKI 网络优先出版:2012-08-16, http://www.cn ki.net/kcms/detail/11.2127.TP.20 120816.1045.007. html
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