[发明专利]一种超材料单元结构的参数优化方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及超材料领域，尤其涉及一种超材料单元结构的参数优化方法及装置。

背景技术

“超材料″是指一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计，可以突破某些表观自然规律的限制，从而获得超出自然界固有的普通性质的超常材料功能。

要获得理想的“超材料”，“材料”的选择是至关重要的。针对超材料结构单元电磁特性的数学描述是超材料自动化设计过程中不可或缺的一个重要环节。

但是，目前对超材料的研究和设计尚停留在凭经验手工调节和设计的阶段，缺乏标准化微结构参数优化方法，阻碍了超材料的大规模设计和产业化应用。针对人工电磁材料结构单元电磁特性的标准化微结构参数优化方案是目前亟需解决的难题。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种超材料单元结构的参数优化方法及装置，可以对超材料结构单元电磁特性进行微结构参数优化，通过自动匹配寻找最符合设计要求的粒子，整个过程可由计算机控制，克服目前对超材料的研究和设计全凭经验手工调节，效率低下的问题。本发明实施例提供的超材料单元结构的参数优化方法及装置利用数理方法，可以实现超材料的大规模自动化设计。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种超材料单元结构的参数优化方法，包括：

A、在预设参数空间内选取均匀分布的随机数，所述参数空间内的每一个随机数作为一个粒子；

B、计算每个粒子的适应度值，并根据计算结果，记录全局最好的适应度值及其对应的粒子状态gbest，以及每一个粒子到当前为止的当前最好状态pbest；

C、根据所述gbest和pbest，更新粒子状态；

D、对所述粒子的适应度值排序后，按预设比例选取适应度值高的粒子并更新其索引值；

E、重复上述步骤B-D，至取得具有最好pbest的粒子作为匹配结果。

其中，所述步骤A包括：

a1、构造从超材料单元结构的所述参数空间向折射率空间映射的非参数模型F，即n＝F(s)，其中s代表单元结构的参数，n代表折射率；

a2、设定期望的折射率n₀；

a3、在预设参数空间内选取均匀分布的随机数，所述参数空间内的每一个随机数作为一个粒子。

其中，所述更新粒子状态的公式为：

V(t+1)＝w*V(t)+c1*rand*(S(t)-pbest)+c2*rand*(S(t)-gbest)+n1

S(t+1)＝S(t)+V(t+1)+n2

其中V代表粒子飞行速度，w代表惯性常数，c1、c2代表学习因子，rand代表[0，1]之间产生均匀分布的随机数，S代表粒子状态，t为当前时刻，t+1为下一时刻，n1、n2是服从均值为0，方差为指定数字的高斯噪声。

其中，所述步骤D包括：

d1、对粒子的适应度值进行排序，并按预设比例选取适应度值高的粒子；

d2、记录被选取的粒子的索引值，在每个粒子的索引值上乘一个[0，1]之间均匀分布的随机数；

d3、对d2的计算结果正向取整，代入原索引值，得到粒子的新的索引值。

其中，步骤D中所述预设比例为50％。

相应地，本发明实施例还提供了一种超材料单元结构的参数优化装置，包括：

粒子选取模块，用于在预设参数空间内选取均匀分布的随机数，所述参数空间内的每一个随机数作为一个粒子；

最优状态记录模块，用于计算每个粒子的适应度值，并根据计算结果，记录全局最好的适应度值及其对应的粒子状态gbest，以及每一个粒子到当前为止的当前最好状态pbest；

粒子状态更新模块，用于根据所述gbest和pbest，更新粒子状态；

索引更新模块，用于对所述粒子的适应度值排序后，按预设比例选取适应度值高的粒子并更新其索引值；

匹配控制模块，用于控制所述最优状态记录模块、粒子状态更新模块、索引更新模块依次循环处理，直至取得具有最好pbest的粒子作为与n₀最匹配的结果。

其中，所述粒子选取模块包括：

模型构造单元，用于构造从超材料单元结构的参数空间向折射率空间映射的非参数模型F，即n＝F(s)，其中s代表单元结构的参数，n代表折射率；

折射率预设单元，用于设定期望的折射率n₀；