[发明专利]一种菌落挑选通量提高方法

摘要

本发明提供一种菌落挑选通量提高方法，应用于菌落挑选仪中用于使探针模块的挑选路径缩短从而提高挑选通量，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，建立挑选路径的数学模型；步骤2，将菌落编号以及探针编号依次排列，得到初始染色体；采用随机插入的方式得到初始种群；步骤3，进行迭代操作；步骤4，重复步骤3，直到迭代次数达到预定次数，得到最终种群；步骤5，从最终种群中选择适值最大的染色体作为结果输出，使菌落挑选仪按照结果中菌落及探针的匹配进行菌落挑选。采用本发明的菌落挑选通量提高方法能够对菌落挑选仪的探针模块控制进行优化，使得挑选过程中探针模块移动路径缩短，从而提高菌落挑选通量。

主权项

1.一种菌落挑选通量提高方法，应用于菌落挑选仪中用于使探针模块的挑选路径缩短从而提高挑选通量，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，对需要挑选的菌落及所述探针模块中的探针进行编号，得到菌落编号以及探针编号，根据所述探针与所述菌落的空间位置建立所述挑选路径的数学模型，其中，需要使用的所述探针的数量与所述菌落一致，均为n个；步骤2，将所述菌落编号以及所述探针编号依次排列，得到初始染色体，该初始染色体是长度为2n的实数序列，其中前n个实数为菌落序列，后n个实数为探针序列，所述菌落编号以及所述探针编号依次匹配成对；采用随机插入的方式得到2m个染色体，该2m个染色体的集合为初始种群，其中m为5的倍数，此时迭代次数为0；步骤3，对父代种群进行迭代操作，得到子代种群，并计算该子代种群中每个染色体的适值，迭代次数加1；步骤4，用步骤3得到的所述子代种群替换所述父代种群，重复步骤3，直到迭代次数达到预定次数，得到最终种群；步骤5，从所述最终种群中选择适值最大的染色体作为结果输出，使所述菌落挑选仪按照所述结果中所述菌落及所述探针的匹配及该匹配的顺序进行菌落挑选，其中，在步骤2中，所述随机插入的方式包括如下子步骤：步骤2.1，在所述初始染色体中随机选择一个菌落编号及一个探针编号，分别作为插入菌落编号及插入探针编号；步骤2.2，将所述菌落序列中，位于所述插入菌落编号后面的菌落编号依次替换前面的菌落编号并将所述插入菌落编号插入最后；将所述探针序列中，位于所述插入探针编号后面的探针编号依次替换前面的探针编号并将所述插入探针编号插入最后；步骤2.3，在重复步骤2.1～2.2预定次数后，对得到的染色体进行记录；步骤2.4，重复步骤2.3 2m次，得到所述2m个染色体，在步骤3中，所述迭代操作包括如下子步骤：步骤3.1，按照下述式(1)计算所述初始种群中每个染色体的适值fit，并将所述初始种群作为父代种群，式(1)中，i为所述探针模块移动的次数，S_i为所述探针模块在第i次移动时所移动的距离；步骤3.2，采用适值分组随机复制策略得到2m个染色体，该2m个染色体的集合为第一子代，所述适值分组随机复制的策略为：所述染色体按照适值从高到低排列并分为五组，第一组包含适值排名为前10％的染色体，第二组包含适值排名为10％～40％的染色体，第三组包含适值排名为40％～80％的染色体，第四组包含适值排名为前80％～90％的染色体，第五组包含剩余的染色体，对排在第一位的染色体进行复制，在所述第一组中随机选择数量为0.2*m的染色体并进行复制，将第一组和第二组合并，从中随机选择数量为0.8*m的染色体并进行复制，在第三组中随机选择数量为0.8*m的染色体并进行复制，在第四组中随机选择数量为0.2*m‑1的染色体并进行复制，上述复制得到数量为2m的复制染色体，即为所述2m个染色体；步骤3.3，对步骤3.2得到的所述第一子代进行交叉操作，得到第二子代，所述交叉操作包括如下子步骤：步骤3.3.1，将所述第一子代中的染色体随机两两配对，形成m对染色体，任意选择一对染色体，将该对染色体记为已访问并在其中任意选择一个作为第一父代，另一个作为第二父代；步骤3.3.2，从所述第一父代中的菌落序列中随机选择一个菌落编号作为扩展点A，将该菌落编号所匹配的探针编号作为扩展点B，并对A和B进行标记；步骤3.3.3，从所述第一父代的菌落序列中找出与A相邻的菌落编号并将找出的菌落编号及其匹配的探针编号的集合记为α，从所述第二父代的菌落序列中找出与A相邻的菌落编号并将找出的菌落编号及其匹配的探针编号的集合记为β，并进行如下操作：当时，查找得出α中未被标记的菌落编号A_x及其匹配的探针编号B_x，将所述A_x及所述B_x添加至新子代，然后用所述A_x及所述B_x替换所述A及所述B，并对新的A及新的B进行标记；当时，定义χ＝α∪β，找出χ中未被标记的菌落编号及其匹配的探针编号，分别将找出的菌落编号及其匹配的探针编号依次记为A_i以及B_i，其中i＝1、2、……t，t≤4，对所述探针模块从A与B空间对应的位置开始移动直到A_i与B_i空间对应的位置时，所述探针模块所移动的距离L_i进行计算，得到L₁、L₂、……L_t，从L₁、L₂、……L_t中选出L_i值最小的一个并将该最小的L_i值记为L_min，L_min所对应的A_i及B_i记为A_min及B_min，将该A_min及B_min加入新子代并用A_min及B_min替换所述A及所述B形成新的A和新的B，并对该新的A及新的B进行标记；步骤3.3.4，重复步骤3.3.3，直到所述新子代的长度达到2n；步骤3.3.5，将所述第一父代及所述第二父代的位置交换，重复步骤3.3.2～步骤3.3.4，得到另一个长度为2n的新子代；步骤3.3.6，从所述m对染色体中任意选择一对未访问的染色体，从该对染色体中任意选择一个作为第一父代，另一个作为第二父代，重复步骤3.3.2～步骤3.3.5，得到两个长度均为2n的新子代；步骤3.3.7，重复步骤3.3.6，直到所述第一子代中所有染色体对均被记为已访问，得到数量为2m的新子代，该新子代的集合为所述第二子代；步骤3.4，变异操作，将步骤3.3中得到的所述第二子代中的全部染色体按适值排序，求出所有染色体的平均适值fit_avg、最大适值fit_max以及最小适值fit_min，遍历所有染色体并进行以下操作，得到所述子代种群：在当前染色体的适值高于平均适值的情况下，将预设的固定变异率作为基准值进行随机值判定，若判定成功则进行染色体变异并用变异后的染色体代替当前染色体，若判定失败则跳过；在当前染色体的适值小于或等于平均适值的情况下，根据下述式(2)计算得到变异率系数式(2)中，fit_i为当前染色体的适值，以计算得到的所述变异率系数作为基准值进行随机值判定，若判定成功则进行染色体变异并用变异后的染色体代替当前染色体，若判定失败则跳过，在步骤3.4中，所述变异的策略为：当前染色体的适值大于预设值时进行同步变异，当前染色体的适值小于预设值时进行异步变异，所述同步变异的过程为：从所述当前染色体的菌落序列中随机挑选两个菌落编号，分别记为a₁和a₂，找出所述当前染色体中a₁和a₂匹配的探针编号，分别记为b₁和b₂，将a₁与a₂之间的实数序列反转，同时将b₁与b₂之间的实数序列反转，得到所述变异后的染色体；所述异步变异的过程为：从所述当前染色体的菌落序列中随机挑选两个菌落编号，分别记为a₁和a₂，从所述当前染色体的探针序列中随机挑选两个探针编号，分别记为b₁和b₂，将a₁与a₂之间的实数序列反转，同时将b₁与b₂之间的实数序列反转，得到所述变异后的染色体，在步骤3.4中，所述随机值判定的规则为：生成一个随机数，当该随机数的值大于所述基准值时则判定成功，当该随机数的值小于或等于所述基准值时则判定失败。