計算機網絡優化設計中遺傳算法的應用

劉興建 陳曉

摘要：我國社會經濟在建設過程中大大提升了計算機網絡技術的發展速度，人們生活質量有較大的提升，對系統可靠性運行的重要性越來越高。隨著人們對計算機網絡系統運行質量的越來越高，計算機網絡在運行過程中需要進行有效的設計，其中遺傳算法在優化設計時應用較為廣泛，其中智能化大容量光纖傳輸系統與高速交換技術應用較為頻繁，在使用過程中大大簡化了節點與線路，這在較大程度大提升了計算機網絡通信效率，對計算機網絡未來有效發展奠定了良好的基礎。本文首先對計算機網絡與遺傳算法概念進行闡述，并對遺傳算法在計算機網絡優化設計中的作用實施性分析，最后對遺傳算法在計算機網絡優化設計的應用進行著重探討。

關鍵詞：計算機網絡；優化設計；遺傳算法；應用

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）12-0186-03

我國科技技術在應用的過程中，需要進行有效的管理與優化，以此較好的提升網絡性能，其中在對計算機網絡實施優化設計的過程中應用較為廣泛的就是遺傳算法，能夠有效對網絡實施有效的分段。此外，在對網絡進行有效劃分的過程中，一般情況下是通過管理者經驗有效分配網絡站點，使網絡配置達到最佳狀態，在一定程度上會提升管理者要求，與實際并不相符，為此需要尋找一種網絡自動劃分的最佳方法來全面實現計算機網絡系統的優化設計。

1 計算機網絡與遺傳算法概述

1.1 計算機網絡概述

計算機網絡主要是指把計算機進行區域性劃分，并在此基礎上將相關設備進行有效的連接，同時在管理軟件與網絡協議基礎上進行實時性協調，以此實現資源的有效共享，最終使計算機網絡在運行的過程中實相關功能[1]。此外，在計算機不同區域在運行過程中，計算機網絡的正常運行需要有外部設備作為支持，其中獨立區域外部設備主要是指單臺設備不能對整個計算機網絡進行有效的操控，但是不能外部設備均能夠對計算機網絡資源進行有效的共享。除此之外，計算機網絡其實質是計算機外部設備之間的有效鏈接，以此確保計算機之間的信息共享。從廣義上來講，計算機網絡主要是指計算機通過資源共享來實現計算機功能的集合，其主要目的就是將信息資源進行有效的共享。

1.2 遺傳算法概述

遺傳算法在計算機網絡優化設計中有較為廣泛的應用，其中該算法主要是在自然選擇的基礎上實施全局隨機搜索的算法，將計算機問題看成完整的種群，在對此進行有效的分解，并逐一進行問題的解決。此外，遺傳算法的搜索主要針對的是整個空間，并在評價策略的基礎上實施全面評估，同時還需要使用交叉、選擇以及變異等遺傳算子，這在較大程度上能夠使問題在不斷變化中得到有效解決[2]。遺傳算法在計算機較多領域中有較為廣泛的應用，其主要是原理是在自然規律與遺傳知識的前提下實施有效的發展，在發展過程中對傳輸方式與過程實施有效的模擬，再通過基因遺傳信息在群體搜索與個體之間進行數據信息的交換，以此把網絡傳輸數據信息切割成多種數據區域，并在網絡終端進行有效的組合，最大限度上滿足網絡優化搜索功能需求，以此達到網絡優化全局信息要求，同時此種方法在操作過程中較為簡捷，具有通信全局性較好、功能明顯等優勢，能夠有效避免網絡數據封裝問題。

2 遺傳算法特點

遺傳算法特點主要表現在以下幾個方面[3]：1）遺傳算法在操作過程中主要是對象是參數編碼，在此過程中不能將參數本身作為操作對象，這在較大程度上可對一些約束條件進行有效地避免，并且在此基礎上對該算法的應用范圍實施有效擴大；2）遺傳算法能夠實現不同點并行搜索，并不是在一個單點中進行搜索，能夠有效避免搜索局限性，最大程度上使搜索范圍不斷擴大，逐步實現全范圍搜索；3）遺傳算法在運用的過程中還需要進行有效的評價，其中評價方法主要通過數學相關函數來確定，在較大程度上與相關輔助信息沒有聯系，大大降低了對問題的依賴程度；4）遺傳算法在計算的過程中需要遵循一定的原則，其中最為重要的是優化原則，并不是一種概率轉換規則，而是通過非確定性規則，從而搜索到全局最優解。

3 計算機網絡優化設計原則與可靠性概述

3.1 計算機網絡優化設計原則

計算機網絡在進行優化設計過程中，需要遵循一定的設計原則，只有這樣才能最大程度上保證計算機網絡優化設計安全性與可靠性，其設計原則主要表現在以下幾個方面[4]：1）根據國家計算機網絡相關標準通過開放式的計算機網絡拓撲結構，這在較大程度上可有效支持不同設備之間的有效連接，并且在此基礎上具有較高的擴展升級能力；2）在對計算機網絡優化設計時，需要應用到網絡拓撲結構，在應用的過程中應當具備較高的實用性，這就需要應用到的技術成熟可靠；3）計算機網絡在優化設計的過程中，能夠有效支持不同網絡管理協議，以此將計算機網絡優化設計順利實施；4）計算機網絡有較好的兼容性，可使計算機網絡優化設計有效完成；5）在對計算機網絡優化設計的過程中，還應最大程度上降低設計成本，并在此基礎上使優化設計功能達到最佳狀態，不但能夠起到節約成本的目的，而且可完善優化設計功能；6）計算機網絡在優化設計過程中，需要對鏈路容量分配以及節點間路由器規模條件進行實時性滿足；7）計算機網絡在進行優化設計過程中，需要使用多鏈路及路由的方法，可在較大程度上避免由于數據信息出現問題而對網絡正常運行造成一定的影響。

3.2 計算機網絡優化設計可靠性概述

計算機網絡可靠性主要是指通過系統指定時間與范圍完成相關任務概率的能力，計算機網絡優化設計最為重要的是網絡運行過程中的可靠性與安全性，若網絡運行過程中安全性較低，會在較大程度上出現運行安全問題，會出現重要文件的丟失，造成較大的經濟損失[5]。此外，計算機網絡運行的可靠性也較為重要，主要表現在以下幾個方面：1，計算機網絡穩定性。在對計算機進行開發的過程中，開發設計人員均對硬件設施進行有效的研究，這就需要對計算機網絡可靠性進行實時性分析，一般采用計算機網絡模型概率，能夠在較大程度上發現網絡中出現的問題， 以此提升計算機網絡可靠性設計，從而更好的對硬件與軟件功能的實現奠定良好的基礎；2，計算機網絡可靠性領域應測試范圍相對比較廣泛，能夠發現事故與故障，并進行有效的解決，最大程度上提升軟件的可靠性。在提升計算機網絡可靠性的過程中，能夠進行高可靠性元器件的合理開發，并且在此基礎上還需要采取有效的方法提升計算機網絡通信效率，以此實現計算網絡優化設計。

4 遺傳算法在計算機網絡優化設計中的作用

4.1 優化計算機網絡運行過程

遺傳算法是計算機網絡優化設計中最優算法，并且在此基礎上對相關問題實施有效的解決。其中，計算機網絡優化設計過程中，能夠通過自適應方式實施優化，通過對染色體優勝劣汰過程進行有效的求解，并根據不同染色體組歷代不斷演變，以此使染色體對環境進行有效的適應，以此尋求最優方案[6]。遺傳算法在運用的過程中可以進行全局搜索，能夠對系統中出現的問題及時發現，這在較大程度上可有效避免一些遺漏。此外，此種算法還能夠提升計算機網絡運行效率，并對運行過程中出現的問題實施有效搜索，并采取有效的措施對其進行有效的解決，以此提升計算機網絡安全性與可靠性。在遺傳算法中一般采用可行解的編碼算法，這就需要使用到遺傳算子，只有這樣才能有效保證計算機網絡優化設計過程中的安全性與可靠性， 特定遺傳算法對不同優化問題需要進行不同遺傳操作算子與編碼，并在此基礎上還需要對問題實施全面分析，這在較大程度上是遺傳算法過程中最為重要的因素[7]。除此之外，遺傳算法主要通過科學顆粒的編碼方式，這在較大程度上可提升計算機網絡運行效率，以此對數據信息儲存與傳輸的可靠性與安全性進行有效的保證。

4.2 網絡層次結構設計的完善

在計算機網絡結構設計的過程中，主要是采用體系結構與網絡結構，這在較大程度上可有效保證計算機網絡運行達到最佳狀態，其中遺傳算法可在較大程度上保證此種層次結構設計過程中的優化，主要表現在以下幾個方面：1，接入層。計算機網絡運行過程中的一個較大的出發點就是接入層，能夠對用戶網絡數量進行實時性控制，并在此基礎上還能夠提供計算機網絡寬帶交換，最大程度上保證計算機王凱麗穩定性與高效性；2，分布層。計算機網絡分布需要通過分層來實現，其中分布是計算機網絡核心層之間的便捷，這在較大程度上也是計算機核心層與接入層之間的一個界限，VLAN在較大程度上具有較高的聚合特性，可以對不同用戶計算機進行有效訪問，并對網絡功能實施控制，通過次助攻安全認證模型，能夠在較大程度上提升計算網絡工作效率，以此確保網絡通信安全性。

4.3 提升結構體系設計質量

計算機網絡在運行過程中最為重要的就是可靠性，需要在計算機網絡可靠性提升的過程中進行網絡結構體系的有效設計，在設計過程中應當根據設計要求進行規范化操作，并在此基礎上根據自上而下的接地方式對網絡系統實施有效的完善，同時還需要將不同層之間進行有效的聯系，比如網絡控制層、操作層、網絡硬件以及操作系統等[8]。其中該設計不同結構主要表現在以下幾個方面：1）網絡操作層。此結構是計算機決策支持系統，并且在此基礎上也是辦公、教學等自動化系統，可在較大程度上實現用戶的網絡功能；2）網絡控制層。網控制層主要是對數據庫進行有效的服務，以此為用戶提供網絡層服務；3）網絡操作系統。網絡操作系統主要是不同軟件在運行過程中可對計算機網絡相關操作進行有效的支持；4）網絡硬件層。該層主要有互連協議、拓撲結構以及服務等組成的網絡硬件層。以上四層體系在較大程度上可有效提升計算網絡可靠性與安全性。

5 計算機網絡優化設計中遺傳算法的應用

在計算機網絡優化設計過程中，需要對數據信息進行深入的分析，并在分析過程中實施科學的計算，其中分析與計算需要經過多節點情況，通過多通道傳輸方式實施有效控制。此外，通道中均采用單一性數據連接，這就需要對系統單一性采用數學模型對其進行全面描述，同時還需要采用有效的方法對通道穩定性實施科學分析，這在較大程度上對節點之間的數據的可靠性具有較大的促進作用，對數據安全傳輸尤為重要。

5.1 數學模型

在對計算機網絡優化設計過程中，需要在網絡信息通信傳輸時進行數據模型的有效構建，以此對此有效說明，通過以下網絡矩陣數據模型進行說明，以此對網絡傳輸地介質實施公式化研究。

[C0=c11c12...c1nc21c22...c2n……cm1cm2...cmn]

其中，[Co]主要是傳輸介質矩陣，而評估鏈路介質間成本關系中，觀察是否存在某種聯系，則用[j（1≤j≤n）]，此鏈路主要是指矩陣中包含的鏈路。

在計算機網絡通信過程中，需要表示信道鏈路介質在傳輸數據時的衡量值，可以通過以下公式來表示：

[MinC=?=1Nj=11Cifgij]

[Diaij≤αi，j=1，...，N]

[j=1gij≥βi=1，...，N]

其中，N主要是指計算機網絡中地節點數量；C是通信信道中信息傳輸成本，[α與β]是節點可靠性約束常數；[Diaji]主要是指i與j之間的介質數，是最優的邏輯鏈路。若[gij]值為0時，則表明兩者之間沒有直接的鏈路，若[gij]值為1時，表明兩者之間有一定的直連鏈路。

在計算機網絡優化設計過程中，[R0]在其中較為重要，主要是指網絡可靠性矩陣，計算機網絡在運行過程中處于較高的可用狀態，也就是計算機在網絡環境中能夠相互連通，在此基礎上不同節點能夠形成一定的系統，此系統能夠在較大程度上使網絡工作得到有效的保障[9]。

[R0=r11r12...rnr21r22...r2n......rm1rm2...rmn]

5.2 確定搜索方式

在對網絡搜索實施優化的過程中，應對搜索方法進行有效的優化，在此過程中需要對主要問題實施有效解決，比如逼近精度以及收斂速度，其中收斂速度在網絡優化搜索過程中代表優化搜索效率，逼近精度主要表示搜索質量，這在較大程度上是優化方法兩個較為重要的標準。此外，遺傳算法在運用的過程中有較大的優點，比如運用過程較為簡單、便于操作等，但是也存在一些缺點，比如搜索能力存在一定的不足，易導致局部最優，這就需要通過對逼近精度進行有效的改善與優化，這在較大程度上能夠加快優化搜索速度。在選擇遺傳算法的過程中，一般情況下使用啟發式搜索算法，此算法具有較高的通用性，并在此基礎上與遺傳算法實施有效的結合，以此對比鄰域解，這在較大程度上始終沿著優化解的方向搜索，該方法在應用過程中相對較為簡單，并且搜索速度比較快，能夠在較大程度上提高解空間出現單波谷的有效性，從而使網絡規劃優化得到全局最優。

5.3 遺傳算法優化過程

遺傳算法在優化的過程中，需要實施數學建模優化，通過順序服務原則并采用排隊模型實施有效的處理，能夠在較大程度上解決對計算機網絡通信問題與節點存儲問題實施全面簡化。此外，需要對可靠性進行有效的優化，并在此基礎上實施合理的計算，其中主要包括路由復雜非線性方程以及分配容量，在求最優解的過程中，能夠將遺傳算法的運算過程表示如下：begin--（0--t）--初始化p--評估p--While不滿足終止條件--begin--重組p。若在運算過程中約束條件相對較多的情況下，需要尋找一種簡單的方法將問題得到徹底解決，遺傳算法是最優方法[10]。此外，在對算法進行設計優化過程中，需要采用遺傳算法作為優化設計的核心算法，這在較大程度上能夠得到有效的近似值，對提高優化質量具有較大的促進作用。

6 結語

綜上所述，在計算機網絡優化設計過程中，遺傳算法在其中得到廣泛的應用，能夠在較大程度上提升計算機網絡優化設計質量。此外，隨著我國經濟的不斷提高，計算機網絡技術得到較快的發展，使人們對網絡技術的可靠性與安全性要求更高，并且在此基礎上應用標準更高，特別是依賴計算機網絡的行業，需要通過網絡具有較高的可靠性與安全性，以此提升企業計算機網絡綜合性能的提高。其中，在提升計算機網絡綜合性能的基礎上，需要降低網絡結點鏈路成本，以此來提升新技術的較快發展。由此可見，在對計算機網絡優化設計過程中，將遺傳算法應用到計算機網絡優化設計中，可以有效提升計算速度與操作性能。

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[9] 睢丹， 黃永燦. 基于改進遺傳算法的網絡入侵檢測[J]. 數字技術與應用， 2016（4）：191-192.

[10] 睢丹， 黃永燦. 基于改進遺傳算法的網絡入侵檢測[J]. 數字技術與應用， 2016（4）：191-192.

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