D0I:10.13374/i.issn1001053x.2003.03.051 第25卷第3期 北京科技大学学报 VoL25 No.3 2003年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2003 人工免疫系统及人工免疫遗传算法 在优化中的应用 郑德玲”梁瑞鑫”付冬梅”李晓刚”方形引 1)北京科技大学信息工程学院，北京1000832)北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 3)泰康人寿保险公司，北京100031 摘要叙述了人工免疫学的概况及免疫系统的组成，提出了一种新的优化算法—免疫 遗传算法，该算法突出了免疫系统中抗体群合作进化思想.将该方法用于以高炉焦比为优化 目标的优化问题，取得较好的效果 关键词人工免疫：智能控制；优化；高炉 分类号T18 人工免疫是对生物免疫的模拟.免疫系统通 等组成，其基本功能是识别和清除抗原异物，表 过从不同种类的抗体中构造自己-非己非线性自 现为免疫防御、免疫自稳和免疫监视.其基本功 适应网络，在处理动态变化环境中起作用.基于 能见表1. 人工免疫系统提供了噪声忍耐、无教师学习、自 表1免疫系统的基本功能 组织，不需要反面例子，能明晰地表达学习的知 Table 1 Basic functions of the immune system 识，结合了分类器、神经网络和机器推理等学习 免疫防御抵抗病原体侵入 免疫缺陷病、免 系统的一些优点，从信息处理科学角度看，人工， 疫损伤、AIDS 免疫系统与神经网络系统一样，也是一个高度的 免疫自稳维持内环境相对稳定 自身免疫病 并行处理系统.它除了具备学习能力、记忆能力 免疫监视消灭突变细胞、防止癌变随獾发生、移植 外，还表现出相关修复能力、分布性和自组织性， 排斥反应 为智能控制和智能控制系统的研究提供又一 12免疫应答的过程 途径. 免疫应答(immune response)是指免疫细胞识 遗传算法是一种多点搜索和采用交叉操作 别抗原、活化、分化与增殖及消除异己成分以维 的技术，具有良好的全局搜索能力，但对局部空 持自身稳定的全过程，因而免疫应答是整个免疫 间的搜索问题不是很有效，个体的多样性减少得 学的核心. 很快.为了克服以上缺点，在研究生物免疫细胞 免疫应答是一个相当复杂的过程，由单核巨 克隆选择及调节机理的基础上，本文提出一种新 噬细胞系统和淋巴细胞系统协同完成。一般将特 的优化算法一人工免疫遗传算法，并将其用于 异性免疫应答分为感应阶段、增殖和分化阶段、 高炉焦比的优化上，取得一定的成效 效应阶段三个阶段，见图1. 13人工免疫算法流程 1免疫系统的组成及功能 免疫算法是借鉴生物机体的免疫系统的概 11组成及功能简介 念与理论，结合工程应用而描述的一种计算模 免疫是指生物体对感染具有抵抗能力.免疫 型，它将待求的问题对应为抗原，问题的一个解 系统是由许多执行免疫功能的器官、细胞、分子 对应为抗体.生物免疫系统对外来侵犯的抗原可 自动产生相应的抗体来抵御，抗体与抗原结合 收稿日期200207-30郑德玲女，63岁，教授，博士生导师 后，会通过一系列反应破坏抗原，并且抗体之间 *高等学校博士学科点专项科研基金(No.20020008004)第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 匕 人工免疫 系统及人工免疫遗传算法 在优化 中的应用 郑 德 玲 ‘， 梁 瑞 鑫 ‘， 付 冬梅 ‘， 李晓 刚 ， 方 形 ” 北京 科技 大学信息工 程学 院 ， 北京 北京科技 大 学材料科学 与工程学 院 ， 北 京 泰康人 寿保险公 司 ， 北京 摘 要 叙述 了人工免疫 学 的概况 及免疫 系统 的组 成 ， 提 出 了一 种新 的优化算法— 免疫 遗传算 法 ， 该算法 突 出 了免疫系统 中抗体群合作进 化思想 ， 将该方法 用 于 以高炉焦 比为优化 目标 的优 化 问题 ， 取得较好 的效果 关键 词 人工免疫 智能控制 优化 高炉 分 类号 人工免疫是对生 物免疫 的模拟 免疫 系统 通 过从不 同种 类 的抗体 中构造 自己 一非 己 非 线性 自 适 应 网络 ， 在 处 理 动 态 变化环 境 中起作用 基 于 人 工 免疫 系统提供 了噪声 忍 耐 、 无 教 师 学 习 、 自 组 织 ， 不 需 要 反 面例 子 ， 能 明 晰地 表 达 学 习 的知 识 ， 结 合 了分类 器 、 神 经 网 络 和机 器 推 理 等学 习 系统 的一 些 优点 从信 息处 理科学 角度 看 ， 人 工 免疫 系统 与神经 网络 系统一 样 ， 也是一 个高度 的 并行处 理 系 统 它 除 了具备学 习 能力 、 记忆 能 力 外 ， 还表现 出相 关修复能力 、 分布性 和 自组织性 ， 为 智 能 控 制 和 智 能 控 制 系 统 的 研 究 提 供 又 一 途 径 遗 传算 法 是 一 种 多 点 搜 索 和 采 用 交 叉 操 作 的技 术 ， 具有 良好 的全局 搜 索能力 但 对 局 部 空 间的搜 索 问题不是很有效 ， 个体 的多样性 减少 得 很快 为 了克 服 以 上 缺点 ， 在研究 生 物 免疫 细 胞 克 隆选择及调 节机理 的基础 上 ， 本 文提 出一 种 新 的优化算法— 人工 免疫 遗传算法 ， 并将其用 于 高炉 焦 比 的优 化上 ， 取得 一 定 的成 效 等组 成 ， 其基本 功 能 是识别 和 清 除抗原 异 物 ， 表 现 为 免疫 防御 、 免疫 自稳 和 免疫监视 其基本 功 能 见 表 表 免 疫 系统 的基本功能 卜 免疫 防御 抵抗 病原体侵入 免疫 自稳 免疫 监 视 维 持 内环境 相 对稳 定 消灭 突变细胞 、 防止癌变 免疫缺 陷病 、 免 疫损伤 、 自身免疫病 踵瘤发生 、 移植 排斥反应 免疫 系统 的组成 及功 能 ‘， ， 组成 及 功 能 简 介 免疫是 指 生 物 体对感 染 具有 抵抗 能 力 免疫 系统是 由许 多执行 免疫功 能 的器官 、 细 胞 、 分子 收稿 日期 一 郑德玲 女 ， 岁 ， 教授 ， 博士 生 导 师 高等学校博士学科点专项 科研基金 免 疫 应 答 的过 程 免疫 应 答 是 指 免疫 细 胞 识 别 抗 原 、 活 化 、 分化 与增 殖及 消 除异 己 成分 以 维 持 自身稳定 的全过程 ， 因而 免疫应答是整个免疫 学 的核 心 免疫 应 答 是一 个相 当复杂 的过 程 ， 由单 核 巨 噬 细 胞 系统和淋 巴 细胞 系统协 同完 成 一般将 特 异 性 免疫应 答分为感 应 阶段 、 增 殖 和分化 阶段 、 效 应 阶段 三 个 阶段 ， 见 图 人 工 免疫 算法流 程 免疫 算 法 是 借鉴 生 物 机 体 的 免疫 系 统 的概 念 与 理 论 ， 结 合 工 程 应 用 而 描 述 的一 种 计算模 型 ， 它将待 求 的 问题对应 为 抗 原 ， 问题 的一 个解 对应 为抗 体 生 物 免疫 系统对外 来侵犯 的抗原 可 自动 产 生 相 应 的抗 体来 抵 御 ， 抗体 与抗 原 结 合 后 ， 会 通 过 一 系列 反 应 破坏 抗 原 ， 并 且抗体之 间 DOI ：10．13374／j ．issn1001—053x．2003．03．051