量子群智能及其在通信技術中的應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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高洪元 著

圖書標籤:

• 量子群
• 群智能
• 通信技術
• 量子通信
• 優化算法
• 智能係統
• 信息安全
• 無綫通信
• 機器學習
• 復雜網絡

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齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121288142

商品編碼：29491651088

包裝：平裝

齣版時間：2016-06-01

基本信息

書名：量子群智能及其在通信技術中的應用

定價：48.00元

作者：高洪元

齣版社：電子工業齣版社

齣版日期：2016-06-01

ISBN：9787121288142

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頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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本書共分9章，主要內容包括量子粒子群、量子蛙跳算法、量子蜂群、量子細菌覓食、量子神經網絡、量子文化算法、量子文化群智能、量子膜群算法、多目標量子膜群算法、多用戶檢測、頻譜分配、決策引擎、頻譜感知、衝擊噪聲測嚮、非圓信號測嚮等通信技術中的熱點和難點問題。 本書可使讀者在瞭解和學習量子群智能和通信技術*科研成果的同時，在量子群智能和通信技術兩個方嚮得到啓發，也可作為相關學科的教材和科研用書。

目錄

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目 錄

章 緒論1
1.1 量子群智能計算簡介1
1.2 單目標和多目標優化問題3
1.2.1 單目標優化問題的數學模型5
1.2.2 單目標約束優化問題的求解方法5
1.2.3 多目標優化問題的數學模型7
1.2.4 多目標優化方法簡介9
1.3 智能計算在通信技術中的應用11
1.3.1 簡介11
1.3.2 展望15
1.4 本書內容和結構安排17
參考文獻19
第2章 用於離散優化問題的量子群智能計算29
2.1 量子粒子群算法30
2.1.1 雙鏈編碼的量子粒子群算法30
2.1.2 單鏈編碼的量子粒子群算法32
2.1.3 性能測試34
2.2 量子蜂群算法37
2.2.1 雙鏈編碼的量子蜂群算法37
2.2.2 單鏈編碼的量子蜂群算法40
2.2.3 性能測試42
2.3 量子細菌覓食算法43
2.3.1 雙鏈編碼的量子細菌覓食算法44
2.3.2 量子細菌覓食算法的收斂性分析47
2.3.3 性能測試49
2.4 小結50
參考文獻50
第3章 用於連續優化問題的量子群智能計算52
3.1 量子蛙跳算法53
3.1.1 混閤蛙跳算法53
3.1.2 量子蛙跳算法55
3.1.3 性能測試58
3.2 量子文化蛙跳算法60
3.2.1 量子規範知識60
3.2.2 量子文化蛙跳算法的實現61
3.2.3 性能測試64
3.3 量子細菌覓食算法65
3.3.1 細菌覓食算法66
3.3.2 量子細菌覓食優化算法69
3.3.3 性能測試71
3.4 小結73
參考文獻74
第4章 基於量子智能算法的多用戶檢測76
4.1 多用戶檢測的數學模型78
4.1.1 噪聲模型78
4.1.2 高斯噪聲下的多用戶檢測數學模型79
4.2 高斯噪聲環境的典型多用戶檢測方法83
4.2.1 傳統檢測器83
4.2.2 優多用戶檢測器84
4.2.3 Hopfield神經網絡多用戶檢測器86
4.3 基於免疫剋隆量子算法的多用戶檢測87
4.3.1 神經網絡製備疫苗的方法框架88
4.3.2 基於免疫剋隆量子算法的多用戶檢測器89
4.3.3 試驗仿真93
4.4 量子HOPFIELD神經網絡的多用戶檢測設計95
4.4.1 量子Hopfield神經網絡96
4.4.2 基於量子神經網絡的多用戶檢測98
4.4.3 基於量子神經網絡的多用戶檢測器仿真99
4.5 量子蜂群算法的魯棒多用戶檢測100
4.5.1 魯棒多用戶檢測器101
4.5.2 新量子蜂群算法102
4.5.3 基於量子蜂群算法的魯棒多用戶檢測104
4.5.4 試驗仿真105
4.6 小結107
參考文獻107
第5章 基於量子群智能的認知無綫電決策引擎112
5.1 認知無綫電決策引擎模型和三種典型的決策引擎114
5.1.1 智能計算的認知決策引擎114
5.1.2 基於智能計算的認知決策引擎方法117
5.2 單目標膜量子蜂群算法及其在決策引擎上的應用123
5.2.1 膜結構簡介123
5.2.2 膜量子蜂群優化算法124
5.2.3 膜量子蜂群優化算法的性能測試128
5.2.4 基於膜量子蜂群算法的認知無綫電決策引擎130
5.2.5 決策引擎試驗仿真131
5.3 基於量子細菌覓食算法的綠色認知無綫電參數調整134
5.3.1 綠色認知無綫電參數調整模型135
5.3.2 量子細菌覓食算法的綠色認知無綫電參數調整137
5.3.3 試驗仿真138
5.4 小結141
參考文獻142
第6章 基於量子群智能的頻譜分配146
6.1 頻譜分配模型147
6.1.1 圖論著色模型147
6.1.2 單目標頻譜分配149
6.1.3 多目標頻譜分配150
6.2 基於量子粒子群算法的單目標頻譜分配151
6.2.1 基於單鏈量子粒子群算法的認知無綫電頻譜分配151
6.2.2 仿真結果分析152
6.3 基於多目標膜量子蜂群的多目標頻譜分配155
6.3.1 膜量子蜂群的基本演進規則156
6.3.2 膜量子蜂群的膜框架158
6.3.3 基於多目標膜量子蜂群算法的多目標頻譜分配技術161
6.3.4 頻譜分配實驗仿真163
6.4 小結167
參考文獻168
第7章 量子群智能的頻譜感知技術171
7.1 綫性協作頻譜感知模型172
7.2 閤作式頻譜感知的基本算法174
7.2.1 基於修正偏差因子的頻譜感知方法174
7.2.2 基於粒子群算法的頻譜感知175
7.2.3 計算機仿真177
7.3 基於連續量子細菌覓食算法的頻譜感知技術178
7.3.1 量子細菌覓食算法的頻譜感知178
7.3.2 計算機仿真181
7.4 小結184
參考文獻184
第8章 基於量子智能計算的DOA估計187
8.1 經典DOA估計模型和算法188
8.1.1 DOA估計模型188
8.1.2 經典測嚮算法189
8.1.3 基於量子蛙跳算法的測嚮方法190
8.1.4 試驗仿真191
8.2 基於高階纍積量和文化量子算法的測嚮方法192
8.2.1 基於高階纍積量的廣義加權子空間擬閤算法193
8.2.2 文化量子算法196
8.2.3 基於文化量子算法的廣義高階加權信號子空間擬閤測嚮199
8.2.4 試驗仿真200
8.3 基於量子文化蛙跳算法的非圓信號DOA估計203
8.3.1 非圓極大似然算法203
8.3.2 基於量子文化蛙跳算法的極大似然測嚮204
8.3.3 試驗仿真206
8.4 小結207
參考文獻208
第9章 衝擊噪聲環境下的量子智能計算DOA估計211
9.1 衝擊噪聲環境下的測嚮模型212
9.1.1 三種低階矩212
9.1.2 三種低階矩的對比213
9.2 基於量子文化細菌覓食算法的無窮範數大似然測嚮方法215
9.2.1 量子文化細菌覓食算法215
9.2.2 量子文化細菌覓食算法的無窮範數極大似然測嚮218
9.2.3 試驗仿真221
9.3 基於量子粒子群的動態測嚮方法225
9.3.1 衝擊噪聲下的動態測嚮模型225
9.3.2 連續量子粒子群優化算法226
9.3.3 量子粒子群優化算法的動態測嚮方法228
9.3.4 試驗仿真229
9.4 小結231
參考文獻232

作者介紹

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高洪元，博士後,工學博士，碩士生導師，副教授；IEEE會員，中國計算機學會會員； IWSIS2012、IWSIS2013國際會議分會主席；是《Journal of Communications and Networks》、《International Journal of Electronics and Communications》、《Information Sciences》、 《Circuits, Systems & Signal Processing》、《Computer Methods and Programs in Biomedicine》和《Computational Intelligence》等SCI國際期刊審稿人。

文摘

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序言

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開啓信息傳遞的全新維度：基於量子互聯網絡的通信範式變革 在數字時代洪流滾滾嚮前、信息爆炸式增長的今天，我們對通信技術的需求已不再局限於速度與容量的簡單提升。數據安全、隱私保護、資源利用效率以及應對日益復雜的網絡攻擊，都成為製約通信技術發展的關鍵瓶頸。傳統的基於經典比特的信息編碼與傳輸方式，在這些挑戰麵前，正逐漸顯露齣其固有的局限性。然而，一股顛覆性的力量正在悄然興起，它將目光投嚮瞭微觀世界的奧秘——量子力學，並在此基礎上構築起一種前所未有的通信範式。 本書深入探討的是一種基於量子力學原理的全新信息處理與傳輸模式——量子互聯網絡（Quantum Interconnected Network，簡稱QIN）。它並非對現有通信網絡的簡單升級，而是一場從根本上的重塑，旨在利用量子疊加、量子糾纏以及量子隧道效應等獨特的量子現象，構建一個能夠實現前所未有的計算能力、通信安全性和信息處理效率的網絡基礎設施。QIN將把“比特”的概念延伸至“量子比特”（qubit），一個量子比特能夠同時代錶0和1，甚至處於0和1的任意疊加態。這種根本性的差異，賦予瞭量子信息處理和傳輸無限的可能性。 量子疊加態：信息錶達的指數級躍升 設想一下，當我們利用經典比特來存儲信息時，一個比特隻能錶示0或1。若要錶示N個狀態，就需要N個比特。而量子比特的疊加態，意味著一個量子比特本身就能同時錶達2的N次方個狀態。當我們將量子比特構建成網絡，並通過量子門操作進行協同計算時，其信息處理能力將呈指數級增長。在QIN中，這種指數級的錶達能力將直接轉化為信息編碼和傳輸的巨大優勢。傳統的通信協議在處理海量數據時，需要耗費大量的帶寬和計算資源進行編碼、解碼和糾錯。而QIN則能夠利用量子疊加態，在一次傳輸中編碼和處理比經典網絡多得多的信息。這不僅意味著更高的信息密度，更意味著在處理復雜信息模式時，能夠實現前所未有的並行計算和協同處理能力。想象一下，在大數據分析、復雜的模擬計算或高性能計算集群之間進行數據交換時，QIN能夠提供遠超現有網絡的效率，為科學研究、金融建模、天氣預報等領域帶來革命性的突破。 量子糾纏：瞬時關聯與超光速通信的可能 量子糾纏是量子力學中最令人著迷的現象之一。當兩個或多個量子比特處於糾纏態時，無論它們相距多遠，其中一個量子比特的狀態變化都會瞬時地影響到其他糾纏在一起的量子比特。這種“幽靈般的超距作用”，為我們理解信息傳遞提供瞭全新的視角。在QIN中，量子糾纏可以被視為一種強大的“關聯信道”。通過預先建立的糾纏對，我們可以實現信息在空間上瞬間的“傳遞”或“共享”，盡管這並非傳統意義上的物質傳輸。更重要的是，這種糾纏特性為實現信息的高度安全和可靠性奠定瞭基礎。 信息安全的新基石：量子密鑰分發（QKD） 在當前的網絡環境中，信息安全麵臨著前所未有的挑戰。加密算法的破解、數據泄露的風險以及對隱私的侵犯，時刻威脅著個人和組織的數字資産。而QIN將為信息安全提供一個堅不可摧的基石——量子密鑰分發（Quantum Key Distribution, QKD）。QKD利用量子力學的基本原理，確保瞭密鑰分發的絕對安全性。任何試圖竊聽密鑰的第三方，都會不可避免地引起量子態的變化，從而被通信雙方即時察覺。這使得QKD成為一種“竊聽即被發現”的安全機製，其安全性不依賴於數學算法的復雜性，而是源於物理定律本身。本書將深入剖析QKD的多種協議，例如BB84、E91等，並探討如何將QKD技術集成到QIN的骨乾網絡中，構建從物理層到應用層的全方位安全防護體係。這將極大地提升金融交易、政府通信、軍事指揮等對安全性要求極高的場景下的信息保障能力。 量子通信協議與網絡架構 構建一個高效、可靠的QIN，需要全新的通信協議和網絡架構。與經典網絡中的TCP/IP等協議不同，QIN的協議將充分利用量子比特的特性。例如，在量子信息傳輸過程中，需要設計能夠有效管理量子比特狀態、糾纏對分發與維護、量子糾錯以及量子態的可靠讀取的協議。本書將探討現有的量子通信協議的進展，例如量子態傳輸協議、量子隱形傳態協議等，並展望未來可能齣現的更高級的量子通信協議。 在網絡架構方麵，QIN將不僅僅是連接“量子計算機”的簡單網絡。它將是一個多層次、異構化的係統，能夠無縫地融閤量子節點（如量子計算機、量子傳感器）與經典節點。其中，量子中繼器（quantum repeater）將扮演至關重要的角色，它能夠剋服量子信號在傳輸過程中的衰減和退相乾問題，實現長距離的量子信息傳輸。此外，QIN還需要設計高效的量子資源調度機製，以優化量子比特和糾纏對的分配，確保網絡的整體性能。本書將深入剖析QIN的網絡拓撲結構、量子路由算法以及量子網絡協議棧的設計思路，為讀者描繪齣未來量子互聯網絡的藍圖。 QIN在通信技術中的顛覆性應用 QIN的潛力遠不止於理論探討，它將深刻地改變我們對通信技術的認知，並催生齣一係列顛覆性的應用： 超安全通信網絡： 構建完全抵抗經典計算機破解的加密通信網絡，實現真正意義上的“不可竊聽”和“不可篡改”。這將徹底改變當前的密碼學格局，為敏感信息的傳輸提供前所未有的安全保障。 分布式量子計算： 將分布在不同地點的量子計算機連接起來，形成一個強大的分布式量子計算平颱。用戶無需擁有昂貴的量子硬件，即可通過QIN訪問和利用全球的量子計算資源，加速科學發現和技術創新。 量子傳感器網絡： 構建高精度的量子傳感器網絡，實現對環境、生物信號、地質運動等的超高精度監測。這些數據可以通過QIN進行高效的傳輸和分析，為精準醫療、環境監測、災害預警等領域提供強大的支持。 量子互聯網： 最終目標是構建一個全球性的量子互聯網，連接全球的量子設備，實現量子信息的自由流通。這將為跨地域的量子計算、量子通信和量子傳感提供基礎，開啓一個全新的信息時代。 增強現實與虛擬現實的下一代體驗： 量子糾纏的瞬時關聯特性，有望為增強現實（AR）和虛擬現實（VR）帶來突破性的體驗。例如，通過量子關聯，可以在不同的物理位置同步生成高度逼真的虛擬場景，減少延遲，提供更沉浸式的交互感受。 更高效的物聯網（IoT）通信： 隨著物聯網設備數量的爆炸式增長，對低延遲、高安全性、低功耗的通信需求也日益迫切。QIN能夠通過更高效的量子編碼和更安全的密鑰分發，優化物聯網設備的通信效率和安全性。 量子智能係統： 將量子計算與人工智能相結閤，可以構建齣更強大、更高效的量子智能係統。QIN將為這些量子智能係統提供高速、安全的通信通道，支持其在全球範圍內進行數據交互和協同工作。 挑戰與展望 盡管QIN的願景令人振奮，但其實現仍麵臨著巨大的挑戰。量子比特的穩定性和相乾時間的延長、量子存儲器的研發、量子網絡的規模化部署以及量子通信協議的標準化等，都是亟待解決的技術難題。此外，構建和維護這樣一個全新的網絡基礎設施，也需要巨大的投入和跨學科的閤作。 本書並非僅僅是對量子互聯網絡概念的介紹，更是一次對未來通信技術發展方嚮的深度探索。它將帶領讀者穿越量子世界的奇妙景象，理解量子力學如何賦能信息傳遞，並描繪齣QIN將如何重塑我們的通信格局，開啓一個更加安全、高效、智能的信息時代。對於任何對通信技術前沿、量子計算、信息安全以及未來科技發展感興趣的讀者來說，本書都將是一份不可或缺的指南。它將激發讀者對量子技術的無限想象，並為投身於這一革命性領域的研究與開發提供深刻的洞見與啓迪。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計和排版真的給我留下瞭深刻的印象，那種深邃的藍色調和抽象的幾何圖案，仿佛立刻就把我帶入瞭一個充滿未知與可能的未來世界。我本身對技術前沿的探索就抱有極大的熱情，拿到這本書時，首先吸引我的就是它那種撲麵而來的學術氣息和設計感。雖然我對量子力學基礎知識的掌握還停留在科普層麵，但這本書的引言部分並沒有一開始就拋齣那些晦澀難懂的公式，而是用一種非常宏大且富有遠見的視角，描繪瞭信息時代所麵臨的瓶頸以及突破這些瓶頸的理論基礎。我尤其欣賞作者在構建理論體係時的那種嚴謹性，即使是初步介紹，也透露齣深厚的功底。閱讀過程中，我時常會停下來思考作者提齣的那些大膽的設想，比如如何將量子糾纏的特性映射到網絡拓撲結構的設計上。這種閱讀體驗更像是一場思想上的遠足，讓我對“智能”和“通信”這兩個看似平行的概念，有瞭一種全新的、跨學科的理解。它不是那種隻會堆砌概念的教科書，更像是一位經驗豐富的嚮導，帶著讀者去探索一片未被充分開發的知識高地。

評分☆☆☆☆☆

我對這本書的內容深度感到有些驚訝，坦率地說，我在閱讀過程中有好幾次都不得不放慢速度，甚至需要查閱一些相關的背景資料纔能完全跟上作者的思路。這本書在探討具體應用層麵時，展現齣極強的工程實踐導嚮性，這在很多理論物理背景的著作中是比較少見的。作者似乎非常注重理論如何落地，如何解決現實世界中高速、安全通信的難題。例如，書中對於後量子密碼學的一些分析，不僅僅停留在理論上的脆弱性論述，而是深入到瞭具體算法結構上，對比瞭不同抗攻擊路徑的優劣。這種層次分明的論述方式，使得這本書的價值不僅僅局限於學術研究，對於正在從事網絡安全或通信協議設計的工程師來說，也具有極高的參考性。不過，這也帶來瞭挑戰，對於非專業讀者而言，部分章節的閱讀門檻相對較高，需要讀者有一定的數理基礎和抽象思維能力來消化其中的復雜邏輯和推導過程。總體而言，這本書的深度和廣度都達到瞭一個很高的水準。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和插圖設計也值得單獨提齣來稱贊一番。雖然主題是高度抽象的理論，但作者團隊顯然在視覺傳達上下瞭很大功夫。圖錶和示意圖的質量非常高，它們並非簡單地復刻公式推導，而是用直觀的圖形語言，將那些原本難以想象的物理過程和數學關係具象化。例如，那些用來解釋信息編碼和傳輸效率提升的動態流程圖，清晰明瞭，極大地降低瞭理解難度。此外，全書的字體選擇和行距處理都非常舒適，長時間閱讀也不會感到視覺疲勞，這對於一本需要反復研讀的專業書籍來說至關重要。作者在細節上的這種專注和匠心，體現瞭對讀者的尊重，也間接說明瞭他們對自己所研究領域的專業態度。這本書不僅是一份知識的寶庫，更是一次愉悅的閱讀體驗，讓人願意反復翻閱、細細品味。

評分☆☆☆☆☆

從一個學習者的角度來看，這本書的啓發性是無可替代的。它不僅僅是傳授知識，更重要的是提供瞭一種全新的思維框架。在閱讀過程中，我發現自己開始下意識地用“非經典”的邏輯去審視日常接觸到的信息處理問題。比如，過去我習慣於綫性、確定性的思維模式，但這本書引導我思考，在高度不確定性的復雜網絡環境中，如何通過概率性的、整體性的視角來優化資源分配和信息傳遞效率。這種思維模式的轉變，其價值甚至超越瞭書本上教授的任何具體技術細節。書中對“信息”這一核心概念的重新定義，拓寬瞭我的認知邊界。它不再僅僅是“0”和“1”的組閤，而是與物理世界的相互作用緊密相連的復雜實體。這本書仿佛是打開瞭一扇通往“更高維度”思考的大門，讓我對通信領域未來的發展方嚮充滿瞭無限的遐想和探索的動力。

評分☆☆☆☆☆

這本書的敘事節奏把握得非常巧妙，它不像傳統的技術專著那樣平鋪直敘，而是采用瞭一種螺鏇上升的結構。從最基礎的理論概念齣發，逐漸深入到復雜的係統架構設計，然後再迴過頭來，用更成熟的視角重新審視最初的那些假設。這種寫作手法使得讀者的知識體係能夠得到穩固的構建，不會因為某一個環節的理解偏差而導緻後續內容的迷失。我特彆喜歡作者在章節過渡時所做的總結和展望，它們有效地起到瞭承上啓下的作用，幫助我梳理瞭剛剛學到的知識點，並為即將到來的新內容建立起預期的聯係。尤其是在討論到大規模係統集成時，作者對不同技術模塊之間潛在的衝突與協同效應進行瞭細緻的剖析，這讓我意識到，未來的通信技術發展，必然是跨界融閤和係統優化的綜閤産物。這本書成功地將一個前沿、高深的議題，轉化成瞭一場引人入勝的探索之旅，讓人欲罷不能。