協同演化演算法
⑴ 李元香的科研項目
九五、十五、十一五連續主持863項目
（1）並行演化演算法及其應用，10萬，1998.5
（2）SOC軟硬體協同設計若干關鍵技術研究，70萬元，2002.6
（3）軟硬體協同的自主進化與重構技術及其平台，82萬元，2007.7
連續主持國家自然科學基金項目
(1)演化硬體的原理與技術，14萬元，1998.1
(2)基於演化硬體的SOC設計方法研究，20萬元，2004.1
(3)動力學演化演算法理論及應用研究，22萬元，2005.1
(4)軟硬體協同的自主進化技術及其系統研究，29萬元，2008.1
(5)演化演算法的動力學行為與相變研究，33萬元，2011.1 主持多項教育部人才基金、博士點基金項目和省市項目等主持多項橫向項目。
⑵ 聯合反演的定義
正演問題是根據一個模型計算其響應。反演問題則希望能夠從觀測到的響應中推導出實際模型。這正是解釋的基本功能，即根據地震觀測確定地球內部物理特性的分布（問題的參數）。解釋時通常採用反演演算法。
由於地球物理數據局限性和不精確性，涉及方程組解常常不存在精確的唯一解答或不能用穩定收斂的數值方法求得其精確解。這時只能依據某種推測求出反問題的一個可以接受的解估計，常把這種求反問題的解估計統稱為廣義反演方法。
反演並沒有唯一解，也就是說，不同模型可能得到同一種觀測結果。原因可能是反演方法不完善，也可能是存在不確定性因素。不確定性存在的結果是：無數個模型都常常能得到同一種觀測結果，這一點會使對反演的作用產生懷疑。不過，加入約束條件通常可以限制物理特性參數的取值范圍，這樣可將局限於一個很窄的范圍內。仔細地建立模型一般可消除大部分的不唯一性。
關於聯合反演的定義，不同的專家學者有不同的定義。美·謝里夫認為是綜合應用各種類型的數據，得到地下地質情況更合理的解釋，減少解釋的多解性。
研究認為，非震—地震間的聯合反演是綜合應用不同岩石物性的地球物理數據（在盆地勘探初期，利用重磁電、地質、地震、測井等資料），得到地下地質情況更合理的解釋。為滿足所已有的地球物理數據的最終大地模型，利用地震資料解釋作為約束條件，模擬及主觀解釋以建立與各種地球物理資料數據一致的地質模型，利用不同物性之間有相關的內在聯系，平面推斷反演，反復迭代、核實驗證，使界面模型解釋趨於合理，接近實際。方法有同步反演、順序反演、剝離法反演、伸展反演等。
根據合肥盆地地質特點，本課題應用順序反演方法。其定義：一種單獨的數據結果為另一種數據反演提供初始模型或作為另一種數據輸入。此次採用順序反演法中的一種-剝離法，其應用條件：上下界面物性差異顯著；剝離的界面已由另一種方法確定。根據本區地球物理場特徵，揭示各主要界面間存在比較大的物性差異，符合了該方法的適應條件。
（一）重力填層正反演方法的應用
布格重力異常是綜合異常，是地下所有剩餘密度體所產生的重力值之和。為了獲得深部目標層的構造所產生的重力異常，須從布格重力異常中消去目標層系以外的所有已知的剩餘密度構造體所產生的重力值。為此，項目組開發應用了剝（填）層技術。
所謂剝層方法，就是利用已知構造的深度和密度（差），用重力正演計算出構造層產生的重力異常值，原始布格重力異常值與構造層重力異常值之和或差值，消除了這些構造體影響後的剩餘重力異常，該異常的特徵反映了未知密度體的特徵。
根據不同的地質——地球物理特徵，剝皮可採用剝層與填層兩種方式。剝層方式是通過重力正演和疊加的計算、將已知構造層物質變為空氣（密度為零）的等效過程。通常，當密度構造由淺到深，形態變緩時，採用此種方式較為適宜；填層方式雖同樣是重力正演和疊加計算，但其最終是使構造面之上物質的密度轉換成構造面之下物質的密度。在採用這種方式時，即使已知的深層構造較淺部構造更為復雜，亦能看出填層後消除已知構造的效果。合肥盆地的地質構造特徵是深部構造較淺部構造更為復雜，所以採用填層方式更為適宜。
鑒於實際分布中地層經常會有缺失，即淺部的密度為σ1的地層直接與深部的密度為σn的地層相接觸，而缺失了密度為σ2，σ3，等地層，其時，界面的密度差應為Δσ1，n=σn-σ1，但為了便於正演計算，利用純數學的等效原理，界面的密度差可改為：Δσ1，n=σn-σ1=σn-σ3+σ3-σ2+σ2-σ1=Δσ3，n+Δσ2，3+Δσ1，2。
由此可見，當進行重力填層計算時所說的某地某深度有某地層時，有可能實際並不存在該地層（如上述的σ2和σ3地層），這些實際缺失地層的出現，是由地層密度差通過純數學分解而得出來的。
根據重力場的理論與實踐可知，地面各點的重力觀測值與質量源的距離的平方成反比。在空間域中，密度界面埋藏較淺時，重力異常的特徵為場值大，異常梯度陡；而深源場則表現為場值小、異常梯度緩。根據上述原理，利用滑動平均法，可以分離不同深度界面間的場，即實現背景場的分離。
在反演合肥盆地結晶基底時，首先利用滑動平均法，去掉結晶基底面以下的重力異常。背景場分離掉以後，局部異常是結晶基底以上各密度界面的綜合反映，要反演結晶基底，首先要分離出結晶基底的重力異常。由於結晶基底以上各個密度界面，已通過地震資料解釋清楚，利用重力填層原理，即可分離出結晶基底層的重力異常；利用長方體U函數法，反演求的結晶基底的深度。
（二）線性剖面聯合反演
勝利油田物探研究院於2001年初引進了美國的LCT重磁震處理解釋一體化軟體系統，為合肥盆地的重磁電震聯合反演提供了技術保障。
根據探區實際情況，此次為獲得比較合理的地質模型，採用了以下反演基本技術路線：建立地震地質模型—計算重、磁等場數據的理論正演曲線—理論正演曲線與野外實測數據進行對比—修改和校正地質模型，修正模型的物性參數，再次擬合，反復多次，當兩者基本重合時，所設計的地質模型可較好地反映地下地質結構和地層物性特徵。
（三）平面外推—統計推斷聯合反演
概率-統計方法是以數理統計、概率論和隨機過程等理論為工具，根據相當數量的反演問題解具有概率性質而提出的一些數理統計的模式識別方法。
聯合反演的目的在於，利用迭代方法，根據觀測到的地震記錄推斷產生這些記錄的物理特性參數的空間分布。反演常被線性化，即假設各個參數滿足線性關系。但是，許多問題本質上是非線性的，通常的做法是利用逐次線性近似來解決。首先給定一個起始模型（可以是均一的半無限空間）。然後利用誤差場來修改模型，使誤差場變小，再利用新的誤差場修改模型，不斷循環進行這個過程，目的就是縮小誤差場。重復迭代直到誤差場小於某個門限值或相繼兩次迭代結果的誤差小於一個門限值為止。
1.方法原理
根據場論，重磁異常函數f（x，y，z）（g（x，y，z）或T（x，y，z））作為物理場位函數，顯然
合肥盆地中新生代構造演化與油氣地質特徵
在其定義的空間域D內是無限連續可微的，並可展成三維空間的泰勒（B.Taylor）級數：
合肥盆地中新生代構造演化與油氣地質特徵
特別當（x0，y0，z0）=（0，0，0）∈D時，f（x，y，z）又可展成三維空間的麥克勞倫（C.Maelaurin）級數。
根據調和函數性質，在區域緯度變化不大的條件下，研究三維空間的f（x，y，z）的問題又可簡化為常用的研究二維空間的f（x，y）的問題，其泰勒、麥克勞倫級數展開為
合肥盆地中新生代構造演化與油氣地質特徵
勘探初期當缺少物性參數或物性參數樣品不夠多的情況下，怎樣進行重磁震聯合反演呢?
重磁力分別可用表達形式相似的庫侖定律、萬有引力定律計算，其對應的重磁場、重磁位盡管有標量與矢量之分，但用統一的場論在同母體分布的條件下也可將二者用泊松公式統一起來，用重力場的引力位勢梯度表達磁力場的位勢，反之亦然。
等效地質體的假定：在誤差允許並保持目標層重磁異常及其反演界面深度不變的基礎上，將反演上（下）界面當作由目標層上擠（下壓）而構成的縱向地層厚度為單位厚度、橫向均質體積元（面元）為可數個的等效地質體——特殊等效界面，使得按目標層體積元連續計算與按特殊等效界面面元離散計算的正演重磁異常及反演上（下）界面深度是一致的。一是可把特殊等效界面的「密度、磁化率」稱作綜合反映目標地層密度與磁性的等效密度、磁化率；二是可把目標層簡化成特殊等效界面可數個面元（網格）的建模反演研究。對於以上假定，從萬有引力、庫侖定律出發，不難建立其對應的方程組，以證明等效地質體的存在。當目標層層厚大大小於頂、底深度時，等效密度、磁化率則可視為目標層層段厚度加權的密度、磁化率。
獨立母體分布的假定：泛指被分離的地質異常體應屬同一概率分布的假定；為的是保證重磁異常場原函數、逆函數及其復合函數在其定義域內具有無限連續可微的特性，以便將其在空間域內予以級數展開，進行場源分離，以及實施重磁震反演建模。一般來講，依坳陷、凹陷、窪陷等順序，利用重磁差值趨勢面場源分離技術，採用從深到淺、從大到小，漸次縮小到目標層系母體分布范圍的方法，逐級進行精細分解，提取目標地層重磁異常及其極值重磁異常。而高次趨勢面剩餘異常，則主要用於提取斷裂系統、劃分獨立母體分布范圍；除含測量、計算誤差外，大多為斷裂、火成岩等地質突發事件所產生的隨機異常，是在其比例尺度內濾波濾不掉、趨勢面擬合不去的特殊信息。
2.運算公式
不失一般性，假定每一地質異常體皆可分解為可數個密度與磁性獨立母體分布的地質異常體，從萬有引力、庫侖定律易知，其深度（距離）h及其對應的重力異常g、磁力異常t，以及密度σ、磁化率τ所構成的逆函數h=H重（g，σ）、h=H磁（t，τ），與重磁異常場原函數一樣，同樣在其有意義的定義域內，也是無限連續可微的函數。並且，因在已知h與g、t的條件下必然也可求出屬於同一母體分布的密度、磁化率函數：σ=σ（h，g）、τ=τ（t，h），進而又可將h=H重（g，σ）、h=H磁（t，τ）簡化為僅有兩個獨立變數的函數：h=H重（g）、h=H磁（t）。用泰勒（傅立葉）級數在空間（波數）域內予以展開，建立重磁異常g、t與h的一元多項式（三角函數關系式），以避開中淺層統層難度大及密度、磁化率測試分析少的矛盾。從而，便可用泰勒級數在空間域內對一般並非有解析解的重震、磁震反演逆函數直接予以展開，分別建立重震、磁震隨機反演理論模型，並給出表徵逼近模型程度的擬合度：
合肥盆地中新生代構造演化與油氣地質特徵
重力g與磁力t之間具有相關性，其簡化的逆函數h=f重（g）、h=f磁（t）疊合所構成的新函數，應是保持無限連續可微的復合函數：h=f（g，t），同樣可用泰勒（傅立葉）級數在空間（波數）域內予以展開，把h=f（g，t）的復雜求解問題簡化為多項式（三角函數）的最優逼近問題。而具有特大樣品的重磁震信息，正是求解h=f（g，t）多項式（三角函數）系數的理想基礎。
同樣，對於任一具有獨立母體分布的地質異常體來說，不難從數學上建立重磁力場強度與位勢的微積分關系，把重磁單向轉換的泊松公式，拓展成為重力強度、位勢與磁力強度、位勢間雙向轉換的關系式。近幾年高解析度重磁協同地震技術已在西方地球物理公司大范圍推廣應用，不得不更新有無密度與磁性界面及高精度重磁所解決油氣勘探問題的傳統概念。重磁之間的這種特殊相關性，隨著重磁技術的迅速發展，對重震、磁震、重磁震反演建模更具有實用價值。由重磁逆函數h=H重（g）、h=H磁（t）所構成的重磁震聯合反演疊加逆函數h=H（g，t），雖然仍為無限連續可微的函數，但是由於重磁間並非簡單線型關系、磁性與密度並非為均勻分布；因此，在建模時則不應是不消除重磁線型相關性的簡單疊加函數，而應是保持重磁相對獨立性的復合逆函數。這樣，便可用泰勒級數在空間域內將重磁震聯合反演復合逆函數h=H（g，t）予以展開，建立保持重磁相對獨立性的重磁震隨機反演理論模型，並給出表徵逼近模型程度的擬合度：
合肥盆地中新生代構造演化與油氣地質特徵
其中：公式（4-3）、（4-5）、（4-8）式中的余項為（m+1）階無窮小量，當m足夠大時呈正態分布；但三式中的m所表達的階數並不一定相同。
利用已知地震解釋、重磁場源分離提供的h與g、t的樣品，把密度、磁化率（嚴格地講，剩餘密度、磁化率）當作隱含在系數之中的待估參數，求解最優逼近公式（4-5）→公式（4-8）的一元m次趨勢面方程式，分別建立實際應用的重震、磁震統計推斷聯合反演模型；求解保持重磁相對獨立的最優逼近公式（4-9）→公式（4-10）的二元m次趨勢面方程式，建立重磁震統計推斷聯合反演模型，以及檢驗、控制反演模型精度的深度誤差正態分布模式與深度概率分布模式。
3.技術方法實現
數據采樣：根據提供的31條地震測線資料解釋成果，提取兩大主要地質界面（印支面和結晶基底）的深度數據和斷層數據。
重磁場頻率域轉換與場源分離界面拾取：重磁力異常的頻率（波數）域轉換過程是：首先對異常資料進行傅立葉正變換得到異常資料的頻譜；而後把異常的頻譜與轉換相應的頻率響應函數點積，得到處理後異常的頻譜；最後對處理後異常的頻譜進行傅立葉反變換，從而得到處理後的異常。
重磁力場是綜合場，重磁力異常是地下各層密度界面、磁性體及地質體的綜合反映。它是多因素（場源值、觀測誤差等）、多深度（淺層及深層的密度界面）、全空間（地下半空間）重磁力場的總和。這種場的特點是它既提供了劃分不同密度界面的可能性，但亦形成了重磁力異常解釋的多解性。
對布格重力異常而言，由於地殼厚度變化引起的大區域場；由基底起伏及以上各密度界面引起的沉積岩異常；由基底岩性不同造成密度差異產生的基岩岩性異常。如何分離相互疊加的重磁力異常是首要解決的問題，也是重磁電震聯合反演的基礎。
在場源分離的基礎上，按照趨勢面擬合度及擬合度速率變化曲線分析識別與地震解釋的目標層系深度（印支面-盆地基底和結晶基底）相關度最佳的趨勢面次數。從統計角度看，拐點多出現在中低次趨勢面分析的擬合度急劇上升變化階段，而平緩點則一般出現在高次趨勢面分析的擬合度平緩變化階段，是確定趨勢面次數、剔除隨機異常及選擇差值趨勢面次數、分離復合與疊合地質體場源異常的理論依據與重要參數（圖4-11）。根據合肥盆地地層發育特徵及周緣露頭采樣獲取的岩石物性參數，進行概率統計分析。
重力異常場數據分析結果：8次趨勢面與結晶基底的相關度最高，15次趨勢面與盆地基底的相關度最高；磁力異常場數據分析結果：7次趨勢面與結晶基底的相關度最高，18次趨勢面與盆地基底的相關度最高。
圖4-11 異常趨勢面擬合度速率圖
在保持深度與重磁異常不變的條件下，把15次重力、18次磁力趨勢面視作由印支面下伏地層上擠而構成的單位厚度的等效地質異常體的重磁異常，進一步利用重、磁趨勢面分析分南、北、西北區剔除其背景異常，提取出與深度一一對應的極值重磁異常。
按封閉區分重磁將h=f重（g）、h=f磁（t）用泰勒（傅立葉）級數在空間（波數）域內予以展開，建立g、t與h的一元多項式（三角函數關系式），分別選擇重磁差值趨勢面最佳次數，並取其相關系數作為重磁的權函數：R重、R磁。
數據加權處理：按現有的差值趨勢面軟體，對h（地震解釋層數據）、g（重力）、t（磁力）首先按封閉區進行數據標准化，然後再對重磁加權處理：g=|R重|g，t=|R磁|t。
地質模型建立：模型建立過程包括很多內容，首先是確定模型的適用性即不但滿足地質研究需要，而且於實際工作中具可行性。如果選擇的網格太細，例如允許包括不能檢測到的非常薄的異常層，會大大地增加計算量，如果網格太粗，平滑效應就非常嚴重，使結果缺少應用價值。
由於探區面積大，地質差異明顯，界面起伏變化劇烈。因此，分不同區帶，針對區塊差異性建立了多個重、磁、震、電反演模型。
在模型建立過程中，主要採用了模式識別技術。模式識別是一種特殊形式的標定方法，即多參數標定方法。模式識別就其本意來講，它是利用計算機或其他分析儀器來模擬人類認識外部世界信息的能力的一門新興學科中的重要組成部分，也是一門應用相當廣泛、且具相對獨立性的實用技術。
模式識別的主要步驟包括：① 確立已知模式；② 提取特徵參數；③ 對黑箱式映射的模擬或進行標准樣本學習；④ 根據模擬或學習得到的推理規則，對其他樣本作判別分類；⑤ 對判別分類結果作地質解釋並驗證。
地球物理觀測到的數據通常由三部分組成，即區域地球物理異常信號、局部地球物理異常信號以及由表層不均勻性、觀測誤差和地球物理場中未被處理模型考慮的變異等構成的干擾。通常假定滿足相加模型。
所謂的信號檢測是判斷觀測數據中有無信號存在的問題；所謂的信號估計則是在確定信號存在於觀測數據中的情況下估計信號參數的問題。
在地球物理數據處理中，使用信號檢測與估計的方法遵循了下列基本原則：①根據研究對象的地質-地球物理模型提出相應的數學模型；②對異常信號與干擾的頻譜特徵和相關特徵要作詳細研究；③根據不同准則選擇適當的濾波器，對異常的存在與否作出統計判定；④對所選方法的處理質量和信號檢測的可靠性作出合理評價。
⑶ 協同演化演算法及其在數據挖掘中的應用內容簡介
協同演化演算法作為一種模擬生物演化過程的人工智慧技術，旨在解決優化問題與搜索問題。相較於傳統演化演算法，協同演化演算法通過構造多個種群，並建立種群之間的競爭或合作關系，以提高種群性能，適應復雜系統的動態演化環境，實現種群優化目標。
近年來，協同演化演算法已成為計算機智能研究的熱點，廣泛應用於電子工程、模式識別、交通運輸規劃、經濟管理和工程設計優化等領域。本書從協同演化理論與演化演算法結合的角度，深入探討協同演化演算法及其在數據挖掘應用的研究。全書共10章，涵蓋緒論、函數優化、約束優化、多目標優化、興趣度量優化、數據集優化、規則形式簡化及演化聚類演算法等核心內容。
本書系統地介紹了協同演化演算法的理論基礎與應用實踐，旨在為數據挖掘領域提供先進的優化方法與工具。通過協同演化演算法在數據集優化、規則簡化和聚類分析中的應用，本書為解決實際問題提供了有效途徑，對促進數據挖掘技術的發展具有重要意義。
在數據挖掘領域，協同演化演算法的引入不僅提升了模型的性能與效率，還為復雜數據集的分析提供了新的視角與方法。本書不僅為研究者提供了深入理解協同演化演算法的理論框架與應用實例，也為實踐者提供了具體的操作指南與案例分析，助力數據挖掘技術在電子工程、模式識別、經濟管理等領域的廣泛應用。