基于基因表达式的演化硬件进化和优化算法

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1、谢方军，等：基于基因表达式的演化硬件进化和优化算法1基于基因表达式的演化硬件进化和优化算法谢方军唐常杰元昌安左劼陈安龙（四川大学计算机学院成都610065）已经发表在计算机辅助设计与图形学报Vol.17,No.17p1415-1420,2005.7摘要电路进化设计是可进化硬件研究的重要内容，本文针对电路进化设计作了如下工作：（1）融合了数据挖掘、基因表达式编程(GeneExpressionProgramming,GEP)与传统电路进化技术，提出两阶段电路进化方法，该方法包括基于ETGP(ExpressTreeGeneticProgramming)进化算法的电路进化阶段和

2、基于MFDC(MiningFrequencyDigitalCircuit)算法的电路优化阶段。（2）给出了详尽的实验，实验表明6次多项式函数发现的平均进化代数为442代、乘法器电路的平均进化代数为2292代。比CGP(CertainGeneticProgramming)、NEHF（NovelEvolvableHardwareFramework）快6倍以上。用MFDC对乘法器电路进化结果进行挖掘后，得到了比传统电路更有效的乘法器电路。关键词电路进化；基因表达式编程；数据挖掘；MFDC中图分类号:TP18文献标识码：AAnAlgorithmofEvolutionandOpt

3、imizationforEvolvableHardwareXieFang-junTangChang-jieYuanChang-anZuoJieChengAn-long(ComputerScienceCollege,SichuanUniversity,chengdu,610065,china)AbstractEvolutionarydesignofelectroniccircuitsisanimportantaspectintheresearchofEvolvableHardWare(EHW).Themaincontributionofthispaperincludes:

4、(1)Basedonfusingthetechniquesindatamining,geneexpressionprogrammingandtraditionalEHW,thispaperproposesatwo-phasedEHWframeworkincludingevolutionphasebasedonETGP((ExpressTreeGeneticProgramming)algorithmandoptimizationphasebasedonMFDC(MiningFrequencyDigitalCircuit)algorithm.(2)Byextensiveex

5、periments,itshowsthattheaveragenumberofgenerationneededforthesixthorderpolynomialregressionis442,andthenumberofgenerationsformultiplieris2292,whichis6timesfasterthanCGP(CertainGeneticProgramming)andNEHF(NovelEvolvableHardwareFramework).ItgivestheoptimizationcircuitofmultiplierbyMFDCthati

6、smoreefficientthanthetraditionalcircuit.KeywordsEvolvableCircuit；GEP；DataMining；MFDC[1]用。EHW的原理是将数字电路的结构或模拟电路的参数等1前言[2-6]作为染色体加以编码，通过进化计算求得满足功能要求的进化硬件(EvolvableHardware,EHW)能迅速适应环境[7,8]解。变化，并有容故障性、自我修复等能力，近年得到广泛的应谢方军，等：基于基因表达式的演化硬件进化和优化算法2EHW的核心内容是进化算法，其性能直接影响EHW的收项式函数发现实验和乘法器电路进化实验。详细实验

7、结果参敛速度，虽然针对EHW的进化理论的研究取得了一些成果，见本文实验部分。但由于进化算法复杂度太大，仍满足不了实用要求。针对该2二阶段进化电路进化方法[6]问题，赵曙光等人提出的基于最小项表达式的编码方案并2.1ETGP的编码方法[9]设计了与之对应的FPGA实验平台；乔双详细阐述了函数级编码是EP(EvolvableProgramming)中的首要问题，一进化，给出了一个基于数学函数two-spiral的实验；Timothy个好的编码方案能够使困难的问题迎刃而解。Judith[10]G.W等人提出了test-beddevelopmen