一种菌落挑选通量提高方法技术

本发明专利技术提供一种菌落挑选通量提高方法，应用于菌落挑选仪中用于使探针模块的挑选路径缩短从而提高挑选通量，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，建立挑选路径的数学模型；步骤2，将菌落编号以及探针编号依次排列，得到初始染色体；采用随机插入的方式得到初始种群；步骤3，进行迭代操作；步骤4，重复步骤3，直到迭代次数达到预定次数，得到最终种群；步骤5，从最终种群中选择适值最大的染色体作为结果输出，使菌落挑选仪按照结果中菌落及探针的匹配进行菌落挑选。采用本发明专利技术的菌落挑选通量提高方法能够对菌落挑选仪的探针模块控制进行优化，使得挑选过程中探针模块移动路径缩短，从而提高菌落挑选通量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于改进遗传算法的菌落挑选通量提高方法。
技术介绍
菌落挑选仪是近年来生物
中发展较快的一种智能化仪器，其具有菌落自动识别、自动挑选功能，是实现菌落筛选自动化的基础仪器之一。在这类菌落挑选仪中，探针模块上集成了多根探针，其挑选过程可以概括为：控制模块控制探针模块移动，使其中一根探针正对需要挑选的一个菌落，用该探针进行挑选后再控制探针模块移动、微调，使另一根探针正对需要挑选的下一个菌落并进行挑选，如此往复，对所有需要挑选的菌落进行一一挑选。但是，上述挑选过程中，探针模块需要移动、微调才能使探针正对需要挑选的菌落，如果需要挑选的菌落数量较多，则探针模块移动及微调的路径也相对较长，使得探针模块的移动耗费较多时间，其挑选通量尚不够理想。现有技术中，对菌落挑选仪的改进主要集中在机械结构方面，例如，采用更加先进的三维磁力导轨来提高探针模块的移动速度等。这样的改进没有缩短探针模块的实际移动路径，并且使得菌落挑选仪的成本大大提升。而目前尚未有从软件或计算角度对探针模块的控制进行改进，使得探针模块的移动路径最短的方法。遗传算法是一种常用计算模型，用于对一些复杂问题进行求解。其主要流程是设定一个初始种群，该初始种群包含一定数量的染色体，其中每个染色体对应着问题的一个解。随后模拟自然界生物进化的过程，对初始种群进行遗传迭代操作(包括交叉、变异等)，其种群中的遗传信息被不断优化，最后得到的种群中即包含问题的近似最优解。这种遗传算法具有自适应、自学习的特性，并且能够基于问题全局进行求解，因此在一些复杂问题的解决中能够起到很好的作用。但是，传统的遗传算法在面对实际问题时，其编码操作通常较为困难。并且，遗传算法对初始种群的优劣较为敏感；传统的交叉操作对问题适应性差，使得收敛速度较慢；传统的变异操作容易破坏优秀染色体，或者难以使染色体种群达到足够的变异程度；选择算子设置不当容易使种群陷入局部解。由于存在上述多种缺陷，即使将遗传算法直接应用于菌落挑选仪的改进，也难以达到使探针模块路径大大缩短、提高挑选通量的目的。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术对传统遗传算法进行了改进，并提出了一种基于改进遗传算法的菌落挑选通量提高方法，采用了如下技术方案：本专利技术提供一种菌落挑选通量提高方法，应用于菌落挑选仪中用于使探针模块的挑选路径缩短从而提高挑选通量，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，对需要挑选的菌落及探针模块中的探针进行编号，得到菌落编号以及探针编号，根据探针与菌落的空间位置建立挑选路径的数学模型，其中，需要使用的探针的数量与菌落一致，均为n个；步骤2，将菌落编号以及探针编号依次排列，得到初始染色体，该初始染色体是长度为2n的实数序列，其中前n个实数为菌落序列，后n个实数为探针序列，菌落编号以及探针编号依次匹配成对；采用随机插入的方式得到2m个染色体，该2m个染色体的集合为初始种群，其中m为5的倍数，此时迭代次数为0；步骤3，对父代种群进行迭代操作，得到子代种群，并计算该子代种群中每个染色体的适值，迭代次数加1；步骤4，用步骤3得到的子代种群替换父代种群，重复步骤3，直到迭代次数达到预定次数，得到最终种群；步骤5，从最终种群中选择适值最大的染色体作为结果输出，使菌落挑选仪按照结果中菌落及探针的匹配进行菌落挑选，其中，在步骤3中，迭代操作包括如下子步骤：步骤3.1，按照下述式(1)计算初始种群中每个染色体的适值，并将初始种群作为父代种群，式(1)中，i为探针模块移动的次数，Si为探针模块在第i次移动时所移动的距离；步骤3.2，采用适值分组随机复制策略得到2m个染色体，该2m个染色体的集合为第一子代；步骤3.3，对步骤4.1得到的第一子代进行交叉操作，得到第二子代；步骤3.4，变异操作，将步骤4.2中得到的第二子代中的全部染色体按适值排序，求出所有染色体的平均适值fitavg、最大适值fitmax以及最小适值fitmin。遍历所有染色体并进行以下操作，得到子代种群：在当前染色体的适值高于平均适值的情况下，将预设的固定变异率作为基准值进行随机值判定，若判定成功则进行染色体变异并用变异后的染色体代替当前染色体，若判定失败则跳过；在当前染色体的适值低于平均适值的情况下，根据下述式(2)计算得到变异率系数式(2)中，fiti为当前染色体的适值，以计算得到的变异率系数作为基准值进行随机值判定，若判定成功则进行染色体变异并用变异后的染色体代替当前染色体，若判定失败则跳过。专利技术作用与效果本专利技术提供的菌落挑选通量提高方法中，由于将菌落及探针分别编号、一一对应形成染色体的序列，使得每个染色体都与菌落及探针的一种匹配相对应，使得遗传算法对菌落挑选挑选问题的编码及解码过程简化；本专利技术还对传统遗传算法进行了改进，使得改进后的遗传算法具有收敛速度快、能规避早熟等优点，因此采用本专利技术的菌落挑选通量提高方法能够对菌落挑选仪的探针模块控制进行优化，使得挑选过程中探针模块移动路径缩短，从而提高菌落挑选通量。附图说明图1是本专利技术的整体流程图；图2是本专利技术实施例的初始染色体序列图；图3是本专利技术实施例的染色体序列及适值计算示意图；图4是本专利技术实施例的交叉操作示意图；图5是本专利技术实施例的变异操作示意图。具体实施方式以下结合附图以及实施例来说明本专利技术的具体实施方式。<实施例>在本实施例中，采用探针模块中的8根探针对8个空间位置确定的菌落进行挑选。图1是本专利技术的整体流程图，如图1所示，本实施例的菌落挑选通量提高方法包括如下步骤：步骤1，对8个菌落及8根探针进行编号，得到菌落编号以及探针编号，根据探针与菌落的空间位置建立挑选路径的数学模型。在本实施例中，该8个菌落的编号为8个实数，即1～8；8个探针的编号也为8个实数，即1～8。其中，挑选路径的数学模型为菌落挑选仪中，控制模块根据探针与菌落的匹配得出的数学模型，即、将探针和菌落的匹配关系输入该数学模型进行计算，即可得出探针模块的移动路径；该移动路径包括探针模块的移动次数以及每次的移动距离。步骤2，将菌落编号以及探针编号依次排列，得到初始染色体。在本实施例中，菌落编号按数字从小到大排列从而形成菌落序列，同样地，探针编号也按照数字从小到大排列从而形成探针序列。图2是本专利技术实施例的初始染色体序列图。如图2所示，初始染色体是长度为16的实数序列，其中前8个实数为菌落序列，每一位数字都是一个菌落编号；后8个实数为探针序列，每一位数字都是一个探针编号。其中，菌落序列中的各个菌落编号与探针序列中的各个探针编号按顺序一一匹配：菌落序列的第一位与探针序列的第一位匹配，形成匹配①；菌落序列的第二位与探针序列的第二位匹配，形成匹配②。以此类推，该染色体中总共具有8对菌落与探针的匹配，分别为匹配①、②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧。对初始染色体采用随机插入的方式得到2m个染色体，该2m个染色体的集合为初始种群，其中m为5的倍数，设定一个迭代次数并将此时的迭代次数记为0。上述过程中，随机插入包括如下子步骤：步骤2.1，在初始染色体中随机选择一个菌落编号及一个探针编号，分别作为插入菌落编号及插入探针编号；步骤2.2，将菌落序列中，位于插入菌落编号后面的菌落编号依次替换前面的菌落编号并将插入菌落编号插入最后，将探针序列中，位于插入探针本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种菌落挑选通量提高方法，应用于菌落挑选仪中用于使探针模块的挑选路径缩短从而提高挑选通量，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，对需要挑选的菌落及所述探针模块中的探针进行编号，得到菌落编号以及探针编号，根据所述探针与所述菌落的空间位置建立所述挑选路径的数学模型，其中，需要使用的所述探针的数量与所述菌落一致，均为n个；步骤2，将所述菌落编号以及所述探针编号依次排列，得到初始染色体，该初始染色体是长度为2n的实数序列，其中前n个实数为菌落序列，后n个实数为探针序列，所述菌落编号以及所述探针编号依次匹配成对；采用随机插入的方式得到2m个染色体，该2m个染色体的集合为初始种群，其中m为5的倍数，此时迭代次数为0；步骤3，对所述父代种群进行迭代操作，得到子代种群，并计算该子代种群中每个染色体的适值，迭代次数加1；步骤4，用步骤3得到的所述子代种群替换所述父代种群，重复步骤3，直到迭代次数达到预定次数，得到最终种群；步骤5，从所述最终种群中选择适值最大的染色体作为结果输出，使所述菌落挑选仪按照所述结果中所述菌落及所述探针的匹配及该匹配的顺序进行菌落挑选，其中，在步骤3中，所述迭代操作包括如下子步骤：步骤3.1，按照下述式(1)计算所述初始种群中每个染色体的适值fit，并将所述初始种群作为父代种群，fit=1Σi=1nSi---(1)]]>式(1)中，i为所述探针模块移动的次数，Si为所述探针模块在第i次移动时所移动的距离；步骤3.2，采用适值分组随机复制策略得到2m个染色体，该2m个染色体的集合为第一子代；步骤3.3，对步骤4.1得到的所述第一子代进行交叉操作，得到第二子代；步骤3.4，变异操作，将步骤4.2中得到的所述第二子代中的全部染色体按适值排序，求出所有染色体的平均适值fitavg、最大适值fitmax以及最小适值fitmin，遍历所有染色体并进行以下操作，得到所述子代种群：在当前染色体的适值高于平均适值的情况下，将预设的固定变异率作为基准值进行随机值判定，若判定成功则进行染色体变异并用变异后的染色体代替当前染色体，若判定失败则跳过；在当前染色体的适值小于或等于平均适值的情况下，根据下述式(2)计算得到变异率系数Pfiti=fitmax-fitifitmax-fitmin---(2)]]>式(2)中，fiti为当前染色体的适值，以计算得到的所述变异率系数作为基准值进行随机值判定，若判定成功则进行染色体变异并用变异后的染色体代替当前染色体，若判定失败则跳过。...

【技术特征摘要】
1.一种菌落挑选通量提高方法，应用于菌落挑选仪中用于使探针模块的挑选路径缩短从而提高挑选通量，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，对需要挑选的菌落及所述探针模块中的探针进行编号，得到菌落编号以及探针编号，根据所述探针与所述菌落的空间位置建立所述挑选路径的数学模型，其中，需要使用的所述探针的数量与所述菌落一致，均为n个；步骤2，将所述菌落编号以及所述探针编号依次排列，得到初始染色体，该初始染色体是长度为2n的实数序列，其中前n个实数为菌落序列，后n个实数为探针序列，所述菌落编号以及所述探针编号依次匹配成对；采用随机插入的方式得到2m个染色体，该2m个染色体的集合为初始种群，其中m为5的倍数，此时迭代次数为0；步骤3，对所述父代种群进行迭代操作，得到子代种群，并计算该子代种群中每个染色体的适值，迭代次数加1；步骤4，用步骤3得到的所述子代种群替换所述父代种群，重复步骤3，直到迭代次数达到预定次数，得到最终种群；步骤5，从所述最终种群中选择适值最大的染色体作为结果输出，使所述菌落挑选仪按照所述结果中所述菌落及所述探针的匹配及该匹配的顺序进行菌落挑选，其中，在步骤3中，所述迭代操作包括如下子步骤：步骤3.1，按照下述式(1)计算所述初始种群中每个染色体的适值fit，并将所述初始种群作为父代种群，fit=1Σi=1nSi---(1)]]>式(1)中，i为所述探针模块移动的次数，Si为所述探针模块在第i次移动时所移动的距离；步骤3.2，采用适值分组随机复制策略得到2m个染色体，该2m个染色体的集合为第一子代；步骤3.3，对步骤4.1得到的所述第一子代进行交叉操作，得到第二子代；步骤3.4，变异操作，将步骤4.2中得到的所述第二子代中的全部染色体按适值排序，求出所有染色体的平均适值fitavg、最大适值fitmax以及最小适值fitmin，遍历所有染色体并进行以下操作，得到所述子代种群：在当前染色体的适值高于平均适值的情况下，将预设的固定变异率作为基准值进行随机值判定，若判定成功则进行染色体变异并用变异后的染色体代替当前染色体，若判定失败则跳过；在当前染色体的适值小于或等于平均适值的情况下，根据下述式(2)计算得到变异率系数Pfiti=fitmax-fitifitmax-fitmin---(2)]]>式(2)中，fiti为当前染色体的适值，以计算得到的所述变异率系数作为基准值进行随机值判定，若判定成功则进行染色体变异并用变异后的染色体代替当前染色体，若判定失败则跳过。2.根据权利要求1所述的菌落挑选通量提高方法，其特征在于，在步骤2中，所述随机插入的方式包括如下子步骤：步骤2.1，在所述初始染色体中随机选择一个菌落编号及一个探针编号，分别作为插入菌落编号及插入探针编号；步骤2.2，将所述菌落序列中，位于所述插入菌落编号后面的菌落编号依次替换前面的菌落编号并将所述插入菌落编号插入最后；将所述探针序列中，位于所述插入探针编号后面的探针编号依次替换前面的探针编号并将所述插入探针编号插入最后；步骤2.3，在重复步骤2.1～2.2预定次数后，对得到的染色体进行记录；步骤2.4，重复步骤2.32m次，得到所述2m个染色体。3.根据权利要求1所述的菌落挑选通量提高方法，其特征在于，在步骤3.2中，所述适值分组随机复制的策略为：所述染色体按照适值从高到低排列并分为五组，第一组包含适值排名为前10％的染色体，第二组包含适值排名为10％～40％的染色体，第三组包含适值排名为40％～80％的染色体，第四组包含适值排名为前80％～90％的染色体，第五组包含剩余的染色体，对排在第一位的染色体进行复制，在所述第一组中随机选择数量为0.2...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯向东，罗玮，张荣福，郑立毅，郑传生，夏志君，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31