[发明专利]基于改进型量子进化算法的宽光谱极紫外多层膜设计方法

摘要

基于改进型量子进化算法的宽光谱极紫外多层膜设计方法，属于极紫外多层膜技术领域。解决了现有设计方法耗时长、求解效率和求解精度低的问题。本发明的设计方法先对膜系进行量子编码，然后采用评价函数对种群中量子染色体个体的适应度值进行计算，并保存最优的膜系；再判断最优膜系是否满足优化准则，若满足优化准则，算法停止，输出膜系结构；若不满足优化准则，对个体进行单实数基因位变异，判断个体的单实数基因位变异是否为有效进化，若为有效进化，采用量子旋转门对相应的量子概率幅进行更新，再采用精英保留策略，更新最优的多层膜膜系，直至进化完成。该设计方法耗时短、求解效率和求解精度高。

主权项

基于改进型量子进化算法的宽光谱极紫外多层膜设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：输入基于改进型量子进化算法的宽光谱极紫外多层膜设计方法的初始参数值，初始参数值包括量子种群数进化代数、基因位个数、变异概率、加速系数、量子个体无效进化次数的最大值、量子种群规模N、多层膜优化设计的膜层数和多层膜膜层厚度参数的搜索区间；步骤二：对宽光谱极紫外多层膜膜系进行量子编码，得到初始化的宽光谱极紫外多层膜膜系量子染色体种群，表示为Q＝[q1,q2,…,qi,…,qN‑1,qN]  (1)任意第i个量子染色体个体表示为qi=tMo-1,itSi-2,itMo-3,itSi-4,i...tMo-97,itSi-98,icosθ1,icosθ2,icosθ3,icosθ4,i...cosθ97,icosθ98,isinθ1,isinθ2,isinθ3,isinθ4,i...sinθ97,isinθ98,i---(2)]]>其中，tMo‑ji和tSi‑ji分别表示吸收层和间隔层的几何厚度，[cosθji,sinθji]T表示量子概率幅；步骤三：采用评价函数对宽光谱极紫外多层膜膜系量子染色体种群中量子染色体个体的适应度值进行计算，并保存当前适应度最优的膜系；所述评价函数为MF=∫λminλmax[R0(λ)-R(λ)]2dλ---(3)]]>其中，MF表示宽光谱极紫外多层膜膜系量子染色体种群中每一个量子染色体个体的评价系数，λ表示入射光波波长，λmin表示入射光波波长的最小值，λmax表示入射光波波长的最大值，R0(λ)表示宽光谱极紫外多层膜膜系的目标反射率，R(λ)表示宽光谱极紫外多层膜膜系的计算反射率；步骤四：判断步骤三得到的最优的膜系是否满足优化准则，若满足优化准则，算法停止，输出宽光谱极紫外多层膜膜系结构；若不满足优化准则，则继续以下步骤；步骤五：对宽光谱极紫外多层膜膜系量子染色体种群中的每个量子染色体个体进行单实数基因位变异，生成子代宽光谱极紫外多层膜膜系量子染色体种群；所述宽光谱极紫外多层膜膜系量子染色体种群中的每个量子染色体个体进行单实数基因位变异过程为：随机选择量子染色体个体中的某个实数基因位分支tji，针对该实数基因位分支进行高斯变异：如果随机数rand<变异概率pm，则tji＝tji+tji×G(0,sin2θji)  (11)否则tji＝tji+tji×G(0,cos2θji)  (12)其中，G(0,σ2)为均值为0，方差为σ2的正态分布的一个随机数；步骤六：采用步骤三的评价函数对子代宽光谱极紫外多层膜膜系量子染色体种群中的量子染色体个体的适应度进行计算，并更新最优膜系；步骤七：计算第i个个体的第j个实数基因位的量子旋转角大小Δθji和方向dir；步骤八：判断宽光谱极紫外多层膜膜系的量子染色体个体的单实数基因位变异是否为有效进化：若为有效进化，则转到步骤九；若为无效进化，则转到步骤十；步骤九：采用量子旋转门对相应的量子概率幅进行更新，同时对实数基因位分支进行更新，并判断其是否在多层膜膜层厚度参数的搜索区间内，对于超出搜索区间的单实数基因位变异进行调整，并转到步骤十一；其中，所述量子旋转门为：U(Δθji)=cosΔθji-sinΔθjisinΔθjicosΔθji---(6)]]>实数基因位分支采用tji＝tji×(1+dir×cos2θji)进行更新；所述调整过程为，若tji>tji‑max，则tji＝2tji‑max‑tji，若tji<tji‑max，则tji＝2tji‑min‑tji，并进行反复迭代，直到实数基因位分支位于多层膜膜层厚度参数的搜索区间内为止；步骤十：判断宽光谱极紫外多层膜膜系的量子染色体个体的无效进化次数是否小于量子个体无效进化次数的最大值：若小于量子个体无效进化次数的最大值，则无效进化次数加1，并且相应的父代量子染色体个体替换当前子代量子染色体个体，并转到步骤十一；否则，将无效进化次数归零，使用量子旋转门更新相应的量子概率幅，并构建进化加速机制，更新实数基因位分支，判断其是否在多层膜膜层厚度参数的搜索区间内，对于超出搜索区间的单实数基因位变异进行调整，并转到步骤十一；其中，所述量子旋转门为U(Δθji)=cosΔθji-sinΔθjisinΔθjicosΔθji---(7)]]>构建的加速机制为cosθji′=cosθji/μsinθji′=1-cos2θji′---(8)]]>其中，μ表示加速系数；实数基因位分支采用tji＝tji×(1+dir×sin2θ′ji)进行更新；所述调整过程为，若tji>tji‑max，则tji＝2tji‑max‑tji，若tji<tji‑max，则tji＝2tji‑min‑tji，并进行反复迭代，直到实数基因位分支位于多层膜膜层厚度参数的搜索区间内为止；步骤十一：采用精英保留策略，更新最优的多层膜膜系，若未完成全部进化代数，则量子种群数进化代数加1，转到步骤三，若完成全部进化代数，则停止算法，输出宽光谱极紫外多层膜膜系结构。