量子退火最优化与地球物理反演方法

量子退火最优化方法的思想是基于模拟退火方法发展而来的，但利用的是量子跃迁隧道效应的机制，这和模拟退火基于热力学的退火原理是不一样的.本文首先概述了量子退火和模拟退火的区别所在；其次主要论述了量子退火在最优化方面的应用发展情况，比如伊辛自旋玻璃问题，旅行商问题，布尔可满足性问题等，讨论了具体测试问题中量子退火方法的应用情况以及和模拟退火方法的比较；随后对基于量子退火方法的地球物理反演原理和方法做了相应的阐述，讨论了不同参数比如温度、横向场的设置，比较了处于不同的横向场和势能状态的概率大小问题；最后就量子退火方法在地球物理反问体中的应用前景以及存在的问题做了简要概述.     

基于量子蒙特卡罗的地球物理反演方法

本文将量子蒙特卡罗全局优化方法引入地球物理反问题,进而发展了一类新的地球物理非线性反演方法.量子蒙特卡罗方法是基于量子力学机制的随机方法,包括变分蒙特卡罗方法、格林函数蒙特卡罗方法、扩散蒙特卡罗方法、路径积分蒙特卡罗方法.本文简要回顾了量子蒙特卡罗方法的发展,阐述了其方法理论;随后的数值试验结果表明,量子蒙特卡罗方法应用于地球物理反问题的求解是成功的,它适合于非线性、多极值的地球物理反演问题,在收敛速度和避免陷入局部极小等方面有着一定的优势,且该方法也适用于其他领域非线性最优化问题的求解,其算法具有较强的通用性;最后就量子蒙特卡罗方法在地球物理反问题中的应用前景以及存在的问题做了简要概述.     

地球物理资料群体智能反演(英文)

复杂地球物理资料的反演问题往往是一个求解多参数非线性多极值的最优解问题。而鸟和蚂蚁等群体觅食的过程,正好与寻找地球物理反演最优解的过程相似。基于自然界群体协调寻优的思想,本文提出了交叉学科的群体智能地球物理资料反演方法,并给出了其对应的数学模型。用一个有无限多个局部最优解的已知模型对该类方法进行了试验。然后,将它们应用到了不同的复杂地球物理反演问题中:(1)对噪声敏感的线性问题;(2)非线性和线性同步反演问题;(3)非线性问题。反演结果表明,群体智能反演是可行的。与常规遗传算法和模拟退火法相比,该类方法有收敛速度相对快、收敛精度相对高等优点;与拟牛顿法和列文伯格一马夸特法相比,该类方法有能跳出局部最优解等优点。     

一维波动方程波阻抗反演的同伦方法

文中从地震勘探一维波动方程反问题出发,研究了一种反演地层参数的同伦方法,该方法把非线性方程组的求解转化成常微分方程初值问题的数值求解,从而给出一种稳定的计算速度快、抗噪能力强的全局收敛的反演方法．理论模型和实例试算的结果表明了同伦方法是一种有效的反演算法,特别适用于非线性、多极值的地球物理反演问题,在地球物理非线性反演中具有广泛的应用前景．     

一种新的地球物理反演方法——模拟原子跃迁反演法

详细研究了一般地球物理反问题的迭代优化求解过程与物理学中原子跃迁过程的对应关系，建立了反演问题中模型空间、初始模型、局部极值模型、最优化模型等与原子的态空间、定态、激发态、基态等的对应关系. 在此基础上，模拟了物理学中原子从激发态向基态跃迁的物理过程，建立了一种与原子跃迁过程相对应的非线性随机跃迁数学模型和模型解跃迁搜索准则，导出了适用于一般地球物理资料的模拟原子跃迁的非线性反演算法. 用理论测试函数对这种新的反演方法进行了数值试验，结果表明该方法具有解不依赖于初始模型、收敛速度快等优点.     

自适应全局混合反演

地球物理学反演多是一个多参数、非线性、多极值、非连续函数的优化问题 .在模拟退火与单纯形、均匀设计中引入自适应的退火规则 ,形成自适应全局混合反演方法 .数值检验与模型计算表明 ,该方法具有搜索速度快、效率高的特点     

无图多维空间搜索

对地球物理中的非线性反演问题进行了讨论，地球物理反演通常涉及有限参数空间的最优问题，一个地球模型由一组参数描述其一个或多个地球物理性质（例如，穿过地球内部的弹性波速度）。地球模型是在一定的限制条件下，寻找模型预测值和观测值之间的最小失配。最优问题通常是非线性或非线性极强的反演问题，经常导致失配空间出现多重极小，在过去的10年里，全局（随机）最优方法得到了广泛应用，有关模拟退火、遗传算法和进化程序法的讨论已出现在有关的地球物理专业文献中。但是，这些方法在对各参数解的约束评价方面没有引起足够的重视，通常很少涉及这类问题。这里给出一类新的方法，该方法在反演的最优化和误差分析方面均具有潜力。新的方法使用的是计算几何的概念。这里描述的搜索方法对10维以上的问题不太适用。     

粒子滤波非线性AVO反演方法

提出一种新的AVO非线性反演方法,即利用粒子滤波器来求解AVO非线性贝叶斯反演问题,利用随机带权样本逼近后验概率.论文首先论述了粒子滤波器的基本原理,包括状态转移模型与观测模型,权值预测与更新,重要性密度采样等粒子滤波器应用中的关键技术.然后建立了适合于AVO反演的粒子滤波器状态转移模型和观测模型.最后,利用该方法分别对模型数据和实际资料进行了反演计算.反演结果表明,该方法具有较好的稳定性,在AVO反演中具有的一定的应用潜力.同时对地球物理反演的其他问题求解也提供了一条新的途径.     

电阻率成像反演中的模拟退火方法

电阻率成像反演是一种典型的多参数、非线性反演问题。模拟退火方法将组合优化问题与统计力学中的热平衡问题相类比,开辟了求解组合优化问题的新途径。本文通过数字模拟及对野外资料的处理,证明快速模拟退火方法在二维电阻率成像反演中具有较好的应用前景。     

基于混沌-粒子群优化的磁法数据非线性反演方法

磁法反演属于非线性最优化问题,具有多变量、目标函数多极值、反演多解性等特点,因此,需要稳定的和高效的优化反演算法.粒子群优化已开始被用于地球物理反演计算,但是对于高维数、多峰值函数,粒子群的收敛精度不高,容易陷入局部极值.如果将混沌局部搜索和粒子群优化的优势相结合,通过将种群搜索过程对应为混沌轨道的遍历过程,可使标准粒子群优化的搜索过程具有避免陷入局部极小的能力.本文利用混沌-粒子群优化用于磁法反演计算.数据试验结果表明,该方法可以用于磁法数据的地球物理非线性反演,并且在一定程度上优于标准粒子群优化方法.     

改进的模拟退火－单纯形综合反演方法

实际中的大量地球物理反演是一个多参数、非线性优化问题,所采用的目标函数,即度量由参数化的理论模型得出的预测值与观测值的吻合程度,往往具有多个局部极值．针对这类问题,本文综合全局反演方法具有的全域搜索能力强、局部方法收敛速度快和“均匀设计”布点效率高的特点,提出了模拟退火－单纯性综合反演方法,并通过一维声波非线性反演验证了这种综合方法的搜索能力和效率．     

改进的模拟退火－单纯形综合反演方法

实际中的大量地球物理反演是一个多参数、非线性优化问题,所采用的目标函数,即度量由参数化的理论模型得出的预测值与观测值的吻合程度,往往具有多个局部极值．针对这类问题,本文综合全局反演方法具有的全域搜索能力强、局部方法收敛速度快和“均匀设计”布点效率高的特点,提出了模拟退火－单纯性综合反演方法,并通过一维声波非线性反演验证了这种综合方法的搜索能力和效率．     

二度半长方体组合模型的重力模拟退火反演

针对重力异常反演的现状,采用矩形单元体网格剖分的二度半体组合模型,模拟任意的多层密度界面或形体,实现了重力正演.该建模方法适应性强,适合于实际工作中常见的密度横向变化的复杂模型.使用改进的全局寻优的快速模拟退火算法,对重力异常进行反演,结合这种灵活的密度建模方法,反演过程中只需要反演各矩形单元体的密度参数,即可同时得到地质体的界面或形态以及密度值分布.通过复杂界面和形体的模型试验,证明了方法的效果.在江苏下扬子地质构造复杂区的实际应用说明,在地震等先验信息约束下,该重力反演方法提高了反演精度并减少了多解性,可有效解决古生界泥盆系-志留系目的层分布等地质问题.     

重力与地震资料的模拟退火约束联合反演

联合反演是综合地球物理研究的重要定量解释手段.本文在总结和分析重力与地震资料联合反演的研究现状基础上,利用改进的全局寻优的快速模拟退火算法,实现了重力和地震资料的约束同步联合反演.针对性地设计了密度和速度界面不完全一致的模型,理论模型的试验说明了方法的效果和适用性.结合最近完成的广东徐闻地区实际资料的处理和解释,表明该方法可准确确定复杂构造物性界面的密度和速度结构,在该地区的油气勘探中发挥了作用.在先验信息约束下,该联合反演方法要明显优于单独的重力反演.     

雷云荷电模型量子反演

雷电物理学的发展和雷电防护新理论与新技术的研究需要对雷云荷电结构进行深入探索.利用地面电场观测数据对雷云荷电模型进行地球物理学反演是一个可行的研究途径.实际雷云荷电结构复杂多变,反演目标函数高度非线性,传统的反演方法往往显得无能为力,利用量子反演方法可尝试解决此问题.在总结分析近年发展比较成熟的量子遗传算法(QGA)、量子退火算法(QA)和量子粒子群算法(QPSO)的基础上,针对Amoruso和Lattarulo提出的带电圆盘雷云荷电模型建立反演模型,分别用三种改进的量子反演算法对理论模型计算结果进行了反演实验,发现QA对此模型的反演准确度最高,而QGA的全局收敛速度最快.通过用QGA对一组实际观测数据分别进行的三层、四层、五层带电圆盘模型的反演,对比分析了不同模型结构对实际反演结果的影响.     

利用模拟退火法反演大陆地震位置

为了精确得到大陆地震震源位置,利用模拟退火法对大陆地震参数进行反演,并对改变算法中相关参数后的反演结果进行分析,表明反演精度受降温速度和收敛阈值的影响较大,初始温度只影响迭代次数,模拟退火法在对模型参数进行全局搜索情况下能获得质量较好的最优解。     

改进模拟退火算法在研究地壳上地幔层面位置中的应用

本文基于Metropolis接收原则改进快速模拟退火算法同时进行地下介质层速度和层厚度的联合反演.通过数值模拟验证,该方法在调整好起始温度、温度下降方案等参数的情况下,通过非线性反演可以得到接近理论模型的结果.通过对沿86.E经线南北跨越印度板块、青藏高原和塔里木盆地的垂直剖面的纯频散进行反演,得到S波速度结构,由此识别其Moho 面深度和岩石圈底界面等层面位置.     

MT-重力模拟退火联合反演研究

为了合理互补不同地球物理场的优势和特点,本文研究了MT与重力模拟退火联合反演的技术.在分析MT与重力联合反演的必要性和可行性后,讨论并研究了主要技术难点及解决方法.重点解决了模型扰动、MT与重力界面不一致的处理、目标函数的加权联合问题,提出MT-重力模拟退火反演(MT-GSA)算法.在此基础上进行了理论模型试验和实际资料处理,取得了较好的效果.