量子蚁群算法在优化农业灌溉渠道中的应用

何小虎

摘要：为了让农田灌溉切实利用好水资源，采用量子蚁群算法对某田块农业配水渠道线路进行优化。以陕西省渭南某田块为例，仿真结果表明，量子蚁群算法比基本蚁群算法可以更好地解决农业节水灌溉渠道优化问题，路径长度缩短了9%左右，从而使有限的水资源发挥更大的作用。

关键词：量子进化；蚁群算法；节水灌溉；优化渠道

中图分类号：TP301.6；S274 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）03-0676-02

据统计，中国农业用水每年约4 800亿m3，但是只有1/3的水能被利用，大部分水资源被浪费。2011年中央1号文件中强调，把水利作为国家基础设施建设的优先领域，把农田水利作为农村基础设施建设的重点任务。为对农业配水渠道线路进行优化，在蚁群算法的基础上， 把量子进化算法中的量子位编码和量子旋转门引入蚁群算法，从而加快了算法的收敛速度和全局寻优能力。试验结果表明，量子蚁群算法比基本蚁群算法可以更好地解决农业节水灌溉渠道优化问题，路径长度缩短了9%左右，从而使有限的水资源发挥更大的作用。

1 量子蚁群算法

量子蚁群算法是近几年由李盼池等[1]、杨佳等[2]引入量子计算理论和进化计算理论并将其与蚁群算法相融合，发展起来的一种基于量子计算[3]原理的概率优化算法，是将量子计算与蚁群算法相结合的一种崭新的优化方法。

1.1 量子编码特性

量子比特（Qubit）是一个充当信息存储单元的物理介质的双态量子系统，是定义在二维复向量空间中的一个单位向量，该空间由一对特定的标准正交基{|0>，|l>}张成。……