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Unformatted text preview: 月 年 油 测 井 气 试 卷 第 期 第 基 于 遗传 算 法 的 混 合 自动 拟 合 方 法 陈 伟 ’ 段永刚 红 将 西 南 石 油学 院 摘要 究 , 采 用 遗 传 算 法 与 常 规 非 线 性 优 化 方 法 相 结 合 的途 径 进 行 试 井典 型 曲 线 的 自动 拟 合 研 、 。 这 种 混 合 优 化 机 制 综 合 了 遗 传 算 法 高 效 搜 索特 性 全 局 优 化 能 力 和 常 规 优 化 算 法 的 快 速 收 敛 、 性 并 讨 论 了 遗传 算 法 实 际 应 用 相 关 的表 示 方 案 适 应 值 变 换 等 问 题 , 试 井解释 主题 词 回 归分 析 最优化 。 遗传 算 法 试 井典 型 曲 线 自动 拟 合 研 究 一 直 受 到 重 视 特别 是 在 试 井 解 释 模 型 多 样 化 的 情 况 下 计 算 , , ‘一 ’〕 机 辅 助 手 工 解 释 尤 为 困 难 将 非 线 性 最 小 二 乘 法 及 其 修 正 的 约 束优 化 方 法 口 , 释 方 面 此 方法 本 身 要 求 给 出一 个 好 的 估 计 点 才 会 收 敛 否 则 可 能 失败 , , 。 应 用 在试 井解 在 实 际 应 用 中要 求解 释 人 员对 试 井 模 型 特 征 有 充 分 的 认识 并 且 利 用 特 征 信 息 作 出 参 数估 计 当 特 征 信 息 未 出 现 时 , , 只 能 凭 经 验估 计 而 复 杂 内边 界 的 参 数 估 计 尤 其 困 难 , 法 的研 究 显 得 极 其 重 要 。 因 此 开 展 试 井 自动 拟 合 的 稳 健 优 化 方 , 。 遗传 算 法 描 述 、 、 户 口是 一 种模 拟 生 物 界 自然 选 择 和 自然 遗 传 机 制 的 高 度 并 行 随 机 自适 应 遗 传算 法 。 最 优 化 搜索算 法 它 具 有 隐 含 的并 行 性 和 对 全 局 信 息 的 有 效 利 用 能 力 使 得 只 须 搜 索 少 数 结 构 , 、 就 能 反 映 搜 索 空 间 的大 量 区 域 利 用 群 体 的适 应 值 信 息 通 过 简 单 的复 制 杂 交 和 变 异 算 子 来 , , 。 完 成 遗 传算 法 能 以 很 大 的概 率 找 到 全 局 最 优 解 尤 其 适 合 于 处 理 传 统 搜 索 方 法 解 决 不 了 的 复 , 杂 和 非 线性 问 题 川 川 。 遗 传算 法 采 用 某种编 码 技 术 将 可 行 解变 换 成 染 色 体 的二 进 制 特 征 串 从 一 组 随 机 选 择 的 , , “ ” 初 始 可 行 解 开 始搜 索 通 过 二 进 制 数 特 征 串 群 体 的 演 变 来 模 拟 生 物 界 适 者 生 存 的进 化 过 , 程 。 , 、 简 单 遗 传算 法 由复制 杂 交 和 变 异 算 子 构 成 。 复制 算 子 复制 算 子 将 群 体 中 的 个 体 按 与 其 适 应 值 高 低 成 比 例 的 概 率 复 制 到 称 为 交 配 池 的新 群 体 , 中 交 配 池 只是 父 代 与子 代 之 间 的过 渡 群 体 通 过 复 制 保 优 去 劣 提 高 群 体 的平 均 适 应 值 但 , , 却 损 失 了 群 体 的多样 性 “ 适 应值 累 加 求和 关 , 。 , , 复 制 最 常 用 的算法 是 赌盘 选 择 法 具体 过 程 为 ①将 群 体 中全 部 个 体 , ②产 生 一 个 加适 应 值 直 到 累 加 和 大 于 等 于 。与 , , , , 二 人 之 间的 随机数 ③从 编 号 为 最 后 累 加 的 就是 复制 个 体 、 、 的个 体 开 始 逐 个 累 。 。 陈伟 男 讲 师 目前 从 事 试 井分 析 理 论 及 应 用 研 究 射 测 联 作 优 化 设 计 试 井软 件 开 发及 计 算 机 专 业 教学 地 址 四 川 , , 南 充 西 南 石 油 学 院计 算 机 系 舍 , 号 邮政 编 码 。 油 气 测 井 试 月 年 杂 交算 子 杂交 算 子 按 一 定 概 率 生 两个 新 个体 。 。 利 用 交 配 池 中随 机 选 两 个 个 体 随 机 地 交 换 部 分 染 色 体 基 因 来 产 , 简 单 的 一 点 杂 交 算 子 则 是 随 机 地 交 叉 两 个 染 色 体 基 因 来 产 生 新个 体 。 遗 传算 法 通 过 复 制 和 杂 交 算 子 可 以 产 生 平 均 适 应 值更 高 和 更 好 个 体 的子 代 群 体 使 进 化 过 程 朝 更 优 , 解 方 向进 行 。 变异算 子 变异 算 子 以 很 小 的概 率 , 随机 地 改 变 染 色 体 串上 的某 些 位 即 , 、 。变 。 。 变 变异 算子 具 有 补 偿 群体 多 样 性 损 失 的 重 要 作 用 一 方 面 可 以 在 当 前 解 附 近 寻 找更 优 解 另 一 方 面 可 以 保 , 持 群 体 的 多 样 性 使 群体 能够继 续进 化 , , 。 应 用 遗 传 算 法 首 先 要 完 成 下 列 准 备 工 作 ①表 示 方 案 。 确 定染 色 体 串 长 度 凡 及 可 行 解 与 。 染 色 体 串 之 间 的 编 码 和 译 码 方 法 在 编 码 方 案 中很 自然 地 引 入 值 域 约 束 条 件 ②适 应 值 变 换 , 。 确 定 目标 函 数 与 适 应 值 之 间 合 理 的 映 射 关 系 这 将 显 著 影 响 遗 传 算 法 的性 能 常 用 的 变换 有 线 , 、 性 比 例 幂 比 例 和 指 数 比 例 三 种 方 法 选择 比 例 变 换 的直 观 准 则 是 既 要 让 非 常 好 的 个 体保持 多 的复 制 机 会 又 要 限 制 其复 制 数 量 避 免 这 类 个 体 控 制 整 个 群 体 ③控 制参 数 主 要 控 制 参 数有 , 、 群体 规模 。 , , 、 迭代 的 最 大 代 数 复 制概 率 到 一 个 可 接 受 解 或 者 已 迭代 到 最 大代 数 。 一 组 串长 为 。 , 、 杂交 概 率 和变异概率 ④停 止 准 则 , 。 已找 而 后 遗 传算 法 经 过 以 下 几 个基 本 步 骤 ①随 机 产 生 , 的 初 始 群 体 ②分别 将 染 色 体译 码 成 寻 优 参 数 计 算 对 应 的 目 标 函 数 并 变 换 为 , 、 适 应 值 ③应 用 复 制 杂 交 和 变 异 算 子 产 生 下 一 代 群 体 ④返 回 步 骤 ② 直 到 满 足 停 止 准 则 为 止 , 。 、 遗 传算 法通 过 上 述 简 单 的 机 制 以 不 依赖 于 求 解 问题 本 身 的方 式 能够 对 复 杂 非 线性 和 , , 。 多 维 空 间 实 现 快 速 有 效 地 搜 索 其 主 要 优 越 性 表 现 在 具 有 全 局 优 化 能 力 和 隐 含 并 行性 方 面 复 , 制 和 杂 交 算 子 使 算 法 将 注 意 力 集 中到 搜 索 空 间 中 的优 势 区 域 而 变 异 算 子 则 可 以 防 止 算法 陷 , 入 局 部 最优 。 , 基 于 模 式 相 似 性 模 板 概 念 一 个 模 式 是 描 述 在 某 些 确 定 位 置 上 具 有 相 似性 的 位 串子 集 。 的 相 似性 模 板 可 以 用 三 元 字 母 表 丈 , , , ’ 。 来描 述 一 个 模 式 ‘ 例如 “ ” ’‘ ’ , ’ 模 式 的定 义 长 度 是 最 左 端 到 最 右 端 有 定 义 位 置 非 的 位 置 的 距 离 模 式 的 阶 是 出 现 在 模 式 中有 定 义 位 。 , 、 置 的数 目 从理 论 上 已 经 证 明 具 有 短 定 义 长 度 低 阶并 且 适 应 值 高 于 群 体 平 均 值 的模 式 在 遗 传 算法 迭 代 中将 按 指 数 率 增 长 对 群 体 中 , 个模式 〔 」幻 , 个 串 的 处 理 实 际 上 隐含 地 并 行 处 理 了 大 约 。 在 简 单 遗 传 算 法 的基 础 上 为 了 提 高 算 法 的 搜 索 能 力 改 进 算 法 的搜 索 时 间 对 遗 传 表 示 , 和 遗 传算 子 提 出 了 很 多 改 进 方 案 “ ” , 。 , “ 例 如 压 缩 存 储 的浮 点 表 示 川 保 护 优 势 个 体 的 二 次选 择 , 防止 过 早 收 敛 的 灾 变 算 子 保 留最 优 个 体复制 遗 传 , 到 , 。 等 遗 传算 法 控 制参 数 的 选 取 尚 无 理论 指导 但 已 有一 些 指 导 性 的 实 验 结论 在连 续 函 数优化 方 面 规模 在 , ” , , 至 的群体 经过 , 代 的 进 化 能 以 很 高 的 概 率 找 到 最 优 解 或 近 似 最 优 解 每 一 串 中每 一 位 的 变 异 概 率 只 要 大于等于 , , , 就 能 够 防 止 算 法 陷入 局 部 最 优 。 规模在 率 或 低杂 交 与高变 异 概 率 相 结 合 一 般 可 得 到 好 的 算 法性 能 图 至 。 的群体 高 杂交 与低变 异 概 , 第 第 卷 陈 伟等 基 于 遗传算 法 的混 合 自动 拟 合 方 法 期 试 井 自动 拟 合 对于 非 线 性 优 化 问 题 是 有 效 的 但 直 接 用 于 试 井 解 释 显 然 存 在 搜 索 时 间 与 优 化 精 度 , 问 题 需 要 与 常 规 算 法 快 速 优 化 算 法 相 结 合 协 同 工 作来 解 决 自动拟 合 间 题 , , 。 一 种方法 是 通 优 选 初 值 个 体 常 规 算 法 搜索 局 部 最 优 点 由极 值 点 评 价 个 体 的 适 应 值 另一 种 方 法 是 , 过 , 在 进化过 程 中用 常 规 算 法 改 良个 体 而 后 者 , 。 , 与 常 规 算 法 的 混 合 交 互性 作 用 更 强 同 时 收 敛 速 度快 对 于 常 规 算 法 选 择 一 般 极 小化 的 拟 牛 顿 法 , , 在大 余 量 条 件 下 这 类 方 法 比 线 性 逼 。 , 〔“ 〕 近 的 非 线性 最 小 二 乘 法 更 有 效 混 合 优 化 算 法 的 基 本 步 骤 ①随 机 产 生 一 组 初 始 群 体 ②用 码 ④用 拟 牛 顿 法 进 化 下 一 代 ③染 色 体 译 改 良 新 个 体 ⑤根 据 最 优 个 体 判 断 是 否 收 敛 是 则 停 止 ⑥染 色 体 编 , 。 码 转步骤 ② , 为 了 检 验 混 合优化算法 的搜 索 能力 设 计 采 用 模 拟 压 力 数 据 进 行 拟 合 数 值 实 验 实 验 采 用 , , 。 , 的 试 井解 释 模 型 为考 虑 井 筒 储 集 效 应 与 表 皮 效 应 的双 重 介 质 模 型 其 无 因 次 井 底 压 力 九 的 空 间解 为 、 二 “ 户 阶 ‘七 万 ‘ — 一阶 函数 对于 砰 幕于万 万 丁 , 万三哥 耳 二 丁 一 万幕于千 万哥万 不万 。 之 之夕 入 之 夕少 」 丫之 丫之 少 十 沐 气 下 气之 刀 下石 无 因次 井筒 储 集 常数 表 皮 系数 岛 式中 、 。 。气 少 之 一 — 。 一 的 情 况 转 换 为有 效 井 径 模 型 即 令 , , 演 算 法 得 到 实空 间 压 力 解 一 。 变量 、 风 欠 —修 一 。 通过 成 并设 正 的零 数值 反 , 。 考 虑 同 时 拟 合 压 力 和 压 力 导 数 取 极 小 化 目标 函 数 为 , 一 ‘ 户 习〔 一户 」 , , ’ 户一 习 户 ‘、 适 应 值 函 数定 义 为 尹 其 中 参 数 月动 态 的 设 置 为 当 前 代 最 优 串 的最 小 目 标 函 数 值 使 适 应 值 范 围 在 一 , , 之间 。 。 这 种 指 数 比 例 变 换 既 可 限制优 势个 体 的 复 制 数 量 又 可 提 高 相 似 串 之 间 的 竞 争 性 在 遗 传 中保 , 。 留 最 优 个 体 复制 算 法 的 停 止 准 则 设 定 为 相 邻 代 最 优个 体 目标 函 数 相 对 误 差 小 于 , 个 寻 优参数 、 一律 采 用 一 、 一 ‘ 。二 , 表示 位二进制 编码 , ‘ , ・ , , 一 ‘一 ‘ ‘ , , 一 , 构 造 染 色 体 串 的 一 般 方 法 是 直 接 拼 接 参 数 编 码 这 种 级 联 染 色 体 编 码 方 案 对 各参 数 之 间 , 、 的 结 构 性 较 弱 有 主 次 参 数 的 问 题较 为有 效 的 间题 则 适 合采 用 交 叉 编 码 方 案〔 〕 即将 , 接 成 染色体 串 见 图 , , 。 、 对 于 各参 数 对 最优 解 的贡 献 度 相 当 结构性 较 强 , 个 参 数 编 码 的相 同权 值 位 集 中形 成 等 权 子 串 再 拼 、 这是 一 种结 合 函数优 化 模 式 理论 和 二进 制 编 码特 点 的编 码方 案 参 数 之 间 的 结 构 性 较 强 时 染 色 体 串的 最 高 , 。 定 了 更 进 一 步 的精 细 结 构 根 据 位 确 定 了参 数 间最 基 本 的 结 构 关 系 次 高 , 。 当 位确 的 模 式 分 析理 论 定 义 长 度 短 的 模 式 被 交 叉 算 子 破 坏 的 可 , 佃 式 染 色 体 串的 最 高 位 开 侧 年 试 位 编 码 结构 的模 , 能性 小 交 叉 编 码 下 决 定 参 数 最 高 , 气 参数 参数 一月 参数 , 其 定 义 长 度 比级 联 方 式 下的定 义 长 度 短 故 其生 存率 较高 有 利 于 提 高 算 , , 。 法 的搜索 效率 、 考 虑 到 试 井 拟 合 问 题 的 目标 函 数 中 渗 透 率 表皮 系数 是 强 参数 而 井筒储集 常数 和 窜流 系 数 几是 弱 参 数 、 , 、 。久 作交叉 编码 , , 图 储容 比 丫 拌 、 再 拼接 一 , 耐 编码 。 一 丫 一 , 一 拟 合结果为 、 , 的 控 制参 数 设 定 为 一 交叉 编码方案 实 验 采 用 的 染 色 体 串编 码 是 综 合 级 联 与 交 叉 的 混 合 编 码 方 案 将 实 将 染 色体 串 拼 。 , , 例 一 , 。一 。 , 一 一 “一 , 。 丫 , 结 , 。 二 模 拟 压 力 数 据 的参 数 设 定 为 经过 , 代 进 化 后 混 合算 法 给 出 的 。 , 久 一 , 一 只 。 论 。 遗 传 混 合优 化 过 程 是 稳 健 的 当 常规 优 化 失 败 时则 将 劣 质 初 值个 体 淘 汰 因 此 也 可 采 用 简 , 单 的 常 规 算 法 在 试 井 解 释 过 程 中 得 到 部 分 参 数 可 以 引 入 初 始 群 体 有 利 于 降低 搜 索 时 间 , , 参 考 田 盛 丰 人 工 智 能 原 理 与 应 用 北 京理 工 大 学 出 版 社 , 文 , , , , , 。 献 。 , 刘 勇 康 立 山 陈毓 屏 非 数 值 并 行 算 法 遗 传 算 法 第 二 册 金 希 东 李 治 进 化 算 法 及 其 改进 西 南 交 通大 学 学 报 , , , , 科 学 出 版社 。 , 。 , , , , , , , , , , 诊 , , , , , , , , , , , , 一 , , , 。 , 马 光 文 等 水 电站 优 化 调 度 的 遗 传算法 成 都科技 大学 学 报 王 强 等 神 经 网 络 的 遗 传设 计 及 其在 甲醛 生 产 建 模 及 优 化 中 的 应 用 上 海 交 通 大 学 学 报 , , , , 席少 霖 非线性 最 优 化 方 法 高 等 教 育 出 版 社 , , , ” 。 , 。 本文 收 稿 日期 一 ・ ・ 衣 , 啊 , , , , 八 , , , 尸 尸 , 护 , , , , , 一 , 叨 , “ , , , , 刀赵 故 , , 动 介夕 了 , , , ‘ , , 呀夕 勿 心 , , 刀口 , ’ 钻 故 , 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