渐进演化(GE)
渐进演化(Gradual Evolution,GE) 是最强大的合成工具。它先运行针式优化达到局部最优,然后刻意强制插入一个针式层——即便这会短暂抬高评价函数——再对新状态进行精炼。强制进行一次“上坡”步骤,正是让设计能够爬出普通针式插入无法逃脱的局部极小值的原因。它会持续记录所见过的最佳设计,因此在结束时,会恢复评价函数最低的结果,并且你可以回顾它经历过的整系列设计。
每个外层循环会先运行一轮内层针式扫描达到针式最优,强制插入当前最佳可用的针式层(无论评价函数是否上升),进行精炼,然后剪除低于阈值的层并合并相邻同材料层。这一过程会按你设定的循环次数重复。
候选材料:渐进演化可以插入的材料池。全部(All)/ 清空(Clear) 可一键选中或清空该材料池。
最大层数:设计可增长到的最大层数上限。
目标评价函数(Target MF):一旦评价函数达到该值即停止(0 表示跑完所有循环)。
高级部分暴露了合成调参项:
精炼迭代次数:每次强制插入后运行的精炼步数。
dMin(nm):插入下限与剪除阈值。渐进演化在强制步骤中可以将厚度推到最小厚度限制以下,这正是它逃离紧凑极小值的方式之一。
GE 循环次数:外层循环的数量(针式优化加一次强制步骤);通常为 20–60。
内层精炼器:在步骤之间精炼堆栈所用的方法。可选方法见 优化方法。
候选搜索:每一步探索改进候选的彻底程度(快速、均衡或彻底)。
种子模式:在生长之前,是先精炼起始堆栈,还是保留其主体结构,这在你从一个较厚的种子设计开始时很重要。
设计序列是一张可排序的表格,列出每一个被接受的状态,每个状态都带有其评价函数和层数。帕累托图(Pareto chart) 将评价函数对层数作图。寻找“拐点(knee)”——即继续增加层数已无法带来明显改善之处——而不是一味追求绝对最低的评价函数。最佳(Best) 会恢复有史以来最好的设计,你也可以从序列中恢复(Restore) 任意更早的状态。
你有时可能只看到序列中的针式行而没有强制步骤行。这是正常的:渐进演化只有在内层针式循环耗尽后才会强制进行一次步骤,因此只要普通的针式插入仍在持续改进设计,它就会停留在该循环内部。
更大的候选池(三到六种材料)往往比单纯允许更多层数更有效。在 both_independent 表面模式下,它会同时生长两侧。
- Tikhonravov et al., Appl. Opt. 46, 6936 (2007).
- Sullivan & Dobrowolski, Appl. Opt. 35, 5484 (1996).