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研究生: 張慧娜
Chang, Hui-No
論文名稱: 迷袋問題的基因演算法解決方案與其FPGA驗證之研究
Genetic Algorithm for Solving Knapsack Problem and the FPGA Verification
指導教授: 楊明興
Young, Ming-Shing
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機資訊學院 - 電機工程學系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2003
畢業學年度: 91
語文別: 中文
論文頁數: 58
中文關鍵詞: 基因演算法迷袋問題現場可程式規劃閘陣列
外文關鍵詞: genetic algorithm, knapsack problem, FPGA
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  • 基因演算法是現代進化計算中的關鍵技術之一,也是近幾年來具有全域最佳化能力的隨機強健搜尋機制。在本論文中,我們將基因演算法應用在迷袋問題(Knapsack Problem)上的解決,透過基因演算法中模擬生物基因演化的人工模型,即染色體經由選擇(Selection)、交配(Crossover)、突變(Mutation)等運算子,最終搜索出本問題之最佳化解答。
    本論文同時以軟體及硬體兩方面來設計,軟體部份為Borland C++ Builder和MATLAB程式語言,而硬體部份則是以FPGA(現場可程式規劃閘陣列)來實現,選擇目標元件為Xilinx公司之Virtex晶片,最後並驗證軟硬體兩者之模擬結果。

    The Genetic Algorithm (GA) is a key technology based on modern evolutionary computation.In recent years, GA has been successfully applied to many hard optimization problems.GA is a randomly robust engine of Global optimum.
    In this thesis, we solve Knapsack Problem using Genetic Algorithm. With this artificial evolution, the solutions are gradually improved generation by generation. In GA, the chromosomes are produced by standard genetic operators:selection, crossover, and mutation. The GA process starts with a random population and iterates until the termination condition is met (the optimal solution is found).
    We proposed a software and hardware implementation of the Genetic Algorithm. The software contains Borland C++ Builder and MATLAB language. Hardware design was realized using FPGA. The design was synthesized on Virtex part V800FG680 using Xilinx. Finally, we verify that both results of software and hardware are the same.

    目 錄 中文摘要 I 英文摘要 II 目錄 IV 圖表目錄 VI 第一章 緒論 1.1 研究動機與方向…………………………………………………1 1.2 章節概要…………………………………………………………3 第二章 系統原理 2.1 基因演算法 …………………………………………………… 4 2.1.1 演算架構與原理…………………………………………6 2.1.2 演算流程…………………………………………………9 2.1.3 運算子之檢討 …………………………………………16 2.2 迷袋問題 (Knapsack Problem)………………………………17 2.3 數位系統實作方法 ……………………………………………19 2.3.1 FPGA發展現況與遠景 …………………………………20 2.3.2 Virtex晶片系列 ………………………………………22 2.4 矽智財(SIP)……………………………………………………24 第三章 系統設計 3.1 FPGA設計流程 …………………………………………………27 3.2 硬體系統實現部份 ……………………………………………29 3.3 研究條件 ………………………………………………………32 3.4 設計領域說明 …………………………………………………32 3.5 基因演算法解決迷袋問題之演算流程 ………………………34 3.6 狀態圖 …………………………………………………………37 第四章 實驗結果與討論 4.1 系統性能評估方式 ……………………………………………40 4.2 C++ Builder系統下之實驗結果 ……………………………41 4.3 MATLAB系統下之實驗結果 ………………………………… 43 4.4 Xilinx系統下之實驗結果 …………………………………45 第五章 結論與展望 5.1 結論 ……………………………………………………………50 5.2 未來展望 ………………………………………………………50 參考文獻 ………………………………………………………………51 附錄A 基因演算法之相關背景 ………………………………… 53 附錄B 最佳化之設計方法…………………………………………54 附錄C 基因演算法之收斂性與特點………………………………54 附錄D 數位系統實作方法…………………………………………56 作者自述 ………………………………………………………………58

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    下載圖示 校內:2004-08-01公開
    校外:2004-08-01公開
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