提高菌落优选仪性能的关键技术研究

吴剑峰

摘要：随着生物技术工业化的发展，在菌落筛选环节上，传统的人工手动筛选已经逐渐被自动筛选所替代，菌落优选仪的主要功能便是在菌落筛选的过程中智能识别、优选菌落。该文主要研究了菌落优选仪探针模块挑选菌落的行程优化问题，对优选仪的挑选过程建立数据模型，将贪心算法运用到优选仪的探针行程优化中，最后通过与未进行优化、遗传优化的优化效果进行分析，验证贪心算法优化对菌落优选仪探针行程的有效性。

关键词：行程优化；贪心算法；菌落优选仪

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）07-0190-02

目前国外已经有研发机构和公司对菌落挑选仪进行开发和生产[1]，并且挑选速度可以达到一台每天十几万个菌落，相较于国外，国内在菌落筛选方面仅仅刚刚起步，还是处于理论方面的研究，更没有针对菌落挑选仪的开发，主要还是集中在菌落计数仪器的开发应用[2]。以致国内研究机构和公司过度的依赖国外。

本文既是针对开发菌落优选仪样机过程中探针行程的优化问题进行研究。对于不同的菌落种类，不同的菌落数量以及菌落位置分布的随机性，若不对优选仪的挑选行程进行一定程度的优化，探针模块在挑选菌落时将耗费相当长的时间在机械臂的移动过程中[3]，这样就容易造成之前挑取并附着在探针上的菌落干裂脱落，一方面存在污染已经接种的菌落的可能性，另一方面也会降低整个优选仪的通量[4]。

1优化组合问题的常见解法分析

菌落优选仪96探针模块的挑选行程的数学模型可归纳为优化组合领域的问题，解决问题的过程中有非常多的选择分支，每一次的选择都会对下一次的选择产生一定的影响，甚至有些问题的排列组合的起点和终点都具有不确定性，问题的解的空间也非常大，通过遍历的解法花费的时间呈几何倍数的增加[5]。对于解决优化组合领域问题方法，比较常见的有贪心算法、遗传算法、差分进化算法等智能算法，本节简单介绍下本文使用的改进的贪心算法。

贪心算法，又名贪婪算法，其主要思想是在针对某一个问题进行分析和运算时，无一例外地选择适应当前状况的最优解[6]。贪心算法不会从全局角度的最优解上进行分析，而是在局部的范围内进行计算寻找最优解，所以小范围的最优是贪心算法的考虑范围[7]。而在大范围的众多问题中，它总可以求得整体最优解或者近似最优解。所以它省去了寻找最优解所有覆盖的可能性而必须耗费的大量时间。贪心算法的最根本的问题就是要找出能够得到最终解的最合适的最可靠的衡量准则[8]。如果选择了恰当的最优度量标准，贪心算法就显得格外有效。

2行程优化的数学分析

挑选过程中96根探针对96个菌落进行挑选，96探针模块是一个整体，探针的间距为9mm。挑选仪以电缸X、Y共同归零时1号探针的坐标作为参考点。设某一时刻探针1坐标（即电缸X、Y反馈的坐标）为

对于优质的导轨，导轨的运行速度非常高的情况下，贪心算法几乎可以弥补。

5结束语

本文分析了菌落优选仪探针挑选菌落的行程优化组合问题，并分析了几种常见的解决方法，利用贪心算法来做菌落优选仪的行程优化。通过建立数据模型，实现了算法的具体应用，并和之前的遗传算法进行试验对比，通过对试验结果的分析，表明利用贪心算法可以有效地对菌落优选仪的行程选择进行优化。

参考文献：

[1]“高通量优选仪器开发及应用”获批重大科仪开发专项[EB/OL].[2013-01-04]. http：//info.instrument.hc360.com/2013/01/0409377321.shtml.

[2] 于哲，王晓明，何鸿强，等.面向基因操作的克隆及微量液体提取机器人的控制系统[J].制造业自动化，2004（10）：76-78.

[3]郭庆鼎，王成元.直线交流伺服系统的精密控制技术[M].北京：机械工业出版社，2000：21-89.

[4]袁雪，陈斌，鲁中巍，等.基于LabVIEW的Modbus串口通讯协议的实现[J].现代仪器，2008（2）：1-33.

[5] 王永虹，徐炜，郝立平.STM32系列ARMCortex-M3微控制器原理与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008：1-400.

[7] NagelC.C#高级编程[M].李铭，译.北京：清华大学出版社，2006：24-31.

[8]Srivastava S S，Kumar S.Generalizedtravelingsalesmanproblemthroughnsetsofnodes[J].CORSJ，1969（7）：97-101.