一种基于响应分布均衡性的序贯试验设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于响应分布均衡性的序贯试验设计方法，主要目的是针对在复杂电磁环境下的对抗试验中，需要通过试验发现装备在各种试验条件下的各种响应情况，因此在许多情况下除了考虑试验方案的均匀性外，还要追求响应分布的均衡性。对于试验设计而言，不仅要考虑试验的输入端，即因子和水平的最优均匀性，同时还要考虑试验的输出端，即试验响应分布的均衡性和最大覆盖性。本发明专利技术在前期为均匀试验设计方案，后期序贯试验时，构造了一个最优化目标函数，保证因子、水平和响应三者共同达到均匀性，并且给出了相应的算法流程。并且给出了相应的算法流程。并且给出了相应的算法流程。

【技术实现步骤摘要】
一种基于响应分布均衡性的序贯试验设计方法


[0001]本专利技术涉及统计试验设计
，具体为一种基于响应分布均衡性的序贯试验设计方法。

技术介绍

[0002]试验设计也称为实验设计，是关于如何按照预定目标制订适当的试验方案，以利于对试验结果进行有效的统计分析的数学原理和实施方法。一个试验的设计，即是对试验的一种安排，需要考虑试验所要解决的问题的类型、对结论赋予何种程度的普遍性、希望以多大功效作检验、试验单元的齐性、每次试验的耗资耗时等方面，选取适当的因子和相应的水平，从而给出试验实施的具体程序和数据分析的框架。其中因子：试验中所需考察的变量，称为因子(或因素)。因子是影响测试结果的试验参数。水平：因子可选的状态称为因子的水平。响应：试验的结果称为响应(或输出)。试验设计：厘清因子和水平后的试验的总体安排方案
[1]。
[0003]传统的试验设计方法，如正交设计、均匀设计等，均是一次整体设计，即在试验前根据试验的可控因子M、水平Q和试验次数n，按相应的最优准则一次性构造出试验方案；按照试验方案执行试验后进行数据统计和分析。在数据分析和处理后，如果还需补充进行试验，这便是序贯设计。传统的序贯设计，其仍然只考虑试验的可控因子以及其水平的均匀性。
[0004]但是在复杂电磁环境下的对抗试验中，需要通过试验发现装备在各种试验条件下的各种响应情况，因此在许多情况下，我们除了考虑试验方案的均匀性外，还要追求响应的均匀性——如该响应为后续试验的方案输入。复杂电磁环境下对抗试验的这种新需求，反映到试验设计上就是后期序贯试验设计不仅要考虑试验的输入端，即因子和水平的最优均匀性，同时还要考虑试验的输出端，即试验的响应的均匀性和最大覆盖性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于响应分布均衡性的序贯试验设计方法，以解决上述
技术介绍
中提出的在复杂电磁环境下的对抗试验中需要兼顾试验方案均匀性和试验响应分布均衡性的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于响应分布均衡性的序贯试验设计方法，其特征在于：所述基于响应分布均衡性的序贯试验设计方法具体操作步骤如下：
[0007]S1：给定初始设计尺寸n0和响应突变设计的n1；
[0008]S2：生成一个尺寸为n0的均匀设计方案D0：X＝{x
k
:k＝1,2,
…
,n0}；
[0009]S3：执行D0的试验，获取响应集Y＝{y
k
:k＝1,2,
…
,n0}；
[0010]S4：画出响应集在其值域范围内的分布图；
[0011]S5：判断响应分布是否均衡；
[0012]S6：得出结论。
[0013]优选的，所述S1中初始设计D0是一个均匀设计方案，但在复杂电磁环境的试验中，由于装备对于环境因素的响应的非线性性，相应的响应集Y＝{y
k
:k＝1,2,
…
,n0}的分布很可能是不均匀的。
[0014]优选的，所述S5中对试验获取数据进行试验响应分布均衡性判断，若不符合要求则进一步处理，具体步骤如下：
[0015]S5
‑
1：对X＝{x
k
:k＝1,2,
…
,n0}和Y＝{y
k
:k＝1,2,
…
,n0}建模，得到数据模型
[0016]S5
‑
2：生成一个尺寸为n1的均匀设计方案D1。令并利用S5
‑
1中的数据模型得到D对应的试验响应集
[0017]S5
‑
3：计算目标函数
[0018]S5
‑
4：随机置换D1中的任意两列得到并利用S5
‑
1中的数据模型得到D
′
对应的试验响应集
[0019]S5
‑
5：计算目标函数
[0020]优选的，所述S5
‑
3和S5
‑
5中的obj
′
＞obj进行判断，若是，则令D＝D
′
,obj＝obj
′
,进一步判断是否完成了所有置换，若是则结束，若否则返回S5
‑
4步骤进行再循环。
[0021]优选的，所述S5
‑
1中响应与输入之间的映射模型具体可表示为则拟合模型可进一步表示为：
[0022][0023]其中g
i
(x)为线性或者二次函数，r(q,x,x
k
)为x和x
k
相关函数，G＝[g
l
(x
i
)]1≤i≤n,1≤l≤p
，
[0024]优选的，所述S5
‑
3中基于响应分布均衡性的序贯设计的目标函数定义为：
[0025][0026]其中，D为X＝{x
k
:k＝1,2,
…
n}(x
k
＝(x
k1
,x
k2
,
…
,x
ks
)
T
)是由序贯试验设计产生的试验方案；是通过模型拟合D中试验点集x
k
得到的预测响应集；为设计D可卷型L2‑
偏
差，(WD2(D))2越小表示设计均匀性越好；是响应集的香农信息熵，其中m表示响应集不同取值的个数，p
i
表示响应集中第i个取值出现的概率，越大表示分布的均匀性越好；λ是用于防止(WD2(D))2和的数量级不同的惩罚常数。该目标函数综合考虑试验设计方案和响应集的一致性，这使得设计点集能够保持原始模型的统计推断能力，同时响应分布变得更均匀。通过利用模拟退火等算法进行多次迭代，最终将获得局部最优设计。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：针对复杂电磁环境下对抗试验中均匀设计和传统序贯设计难以兼顾试验设计方案均匀性和响应分布均衡性的问题，本专利技术基于响应分布均衡性的序贯试验设计方法。该方法综合考虑试验设计方案的均匀性和应分布的均衡性，利用可卷型L2‑
偏差描述设计方案的均匀性，利用试验响应的信息熵表征试验响应分布的均衡性，在此基础上了构建了序贯试验设计优化目标函数，通过不断迭代提高目标函数值以获取试验设计方案。与传统序贯设计方法相比，本专利技术所提供的基于响应分布均衡性的序贯试验设计方法生成的试验设计方案能够兼顾试验设计方案均匀性和响应分布均衡性。
附图说明
[0028]图1为本专利技术一种基于响应分布均衡性的序贯试验设计方法响应均衡的序贯试验设计方法流程图；
[0029]图2为本专利技术一种基于响应分布均衡性的序贯试验设计方法应用实例中初始设计方案的响应分布图；
[0030]图3为本专利技术一种基于响应分布均衡性的序贯试验设计方法的常规序贯方案的响应分布；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于响应分布均衡性的序贯试验设计方法，其特征在于：所述基于响应分布均衡性的序贯试验设计方法具体操作步骤如下：S1：给定初始设计尺寸n0和响应突变设计的n1；S2：生成一个尺寸为n0的均匀设计方案D0：X＝{x
k
:k＝1,2,
…
,n0}；S3：执行D0的试验，获取响应集Y＝{y
k
:k＝1,2,
…
,n0}；S4：画出响应集在其值域范围内的分布图；S5：判断响应分布是否均衡；S6：得出结论。2.根据权利要求1所述的基于响应分布均衡性的序贯试验设计方法，其特征在于：所述S5中对试验获取数据进行试验响应分布均衡性判断，若不符合要求则进一步处理，具体步骤如下：S5
‑
1：对X＝{x
k
:k＝1,2,
…
,n0}和Y＝{y
k
:k＝1,2,
…
,n0}建模，得到数据模型S5
‑
2：生成一个尺寸为n1的均匀设计方案D1。令并利用S5
‑
1中的数据模型得到D对应的试验响应集S5
‑
3：计算目标函数S5
‑
4：随机置换D1中的任意两列得到并利用S5
‑
1中的数据模型得到D
′
对应的试验响应集S5
‑
5：计算目标函数3.根据权利要求2所述的基于响应分布均衡性的序贯试验设计方法，其特征在于：所述S5
‑
3和S5
‑
5中的obj
′
＞obj进行判断，若是则令D＝D
′<...

【专利技术属性】
技术研发人员：戚宗锋，王国玉，张静克，王华兵，汪连栋，曾勇虎，朱宁，梁雪娇，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三八九二部队，
类型：发明
国别省市：