技术摘要：
本发明提供一种基于贝叶斯协同优化算法的超材料设计方法、装置、计算机设备及存储介质。所述方法将超材料设计问题转化为黑箱函数的优化问题，将超材料复杂函数型响应转化为两个简单响应函数，用高斯过程模型对两个简单响应函数建模，用贝叶斯协同优化算法求解目标设计  全部
背景技术：
近几年，随着材料科学的发展，超材料引起国内外学者广泛关注。超材料是一种由 大量结构基元以特定方式排列而形成的具有特殊电磁性能的人造材料，其电磁性能不是由 构成的材料决定，而是取决于结构基元的几何结构。在一定的设计下，超材料能够以全新的 方式对电磁波进行操控，进而创造多种不寻常的电磁性能，例如负折射、相位全相片、超级 透镜等。由于超材料超常的电磁性能是天然材料所不具备的，超材料应用前景十分广泛，可 以用于隐身衣、超材料雷达天线、吸波材料、超材料通信天线等的制作。 超材料由大量的结构基元构成，每个结构基元的几何结构由一定的几何参数确 定，通常每个结构基元的目标电磁响应值都不一样，因此超材料设计的工程量非常庞大。目 前，超材料的设计方法主要以人工设计为主，即通过设计者的经验和直觉设计材料的几何 参数，需要人为多次调整几何参数进行实验，需要耗费大量的人力和时间，效率极低。缺乏 高效的超材料多目标设计方法严重束缚了设计出结构更多样、适用性更广的超材料。
技术实现要素：
鉴于以上内容，有必要提出一种超材料设计方法、装置、计算机设备及存储介质， 其可以实现超材料的快速设计。 本申请的第一方面提供一种超材料设计方法，所述方法包括： (a)获取超材料的工作频段 K个结构基元的目标电磁响应集合Z＝{z1，...，zK} 和误差阈值集合ε＝{ε1，...，εK}，其中 (b)选择所述K个结构基元的初始的实验点集合 在所述初始的 实验点集合 上仿真产生电磁响应集合 ( c ) 定 义 均 值 函 数 和 对 数 方 差 函 数 根据所述电磁响应集合 计算所述实验点集合 对应的均值集合e＝{e(x1)，...，e(xn)}和 对数方差集合v＝{v(x1)，...，v(xn)}； (d)根据所述均值集合e＝{e(x1)，...，e(xn)}和所述对数方差集合v＝{v (x1)，...，v(xn)}，用两个独立的高斯过程模型分别对所述均值函数e(x)和所述对数方差函 数v(x)建模，得到所述均值函数e(x)和所述对数方差函数v(x)的后验分布； 5 CN 111581825 A 说　明　书 2/16 页 (e)根据所述均值函数e(x)和所述对数方差函数v(x)的后验分布，计算所述K个结 构基元中未找到目标设计的剩余结构基元的平均得分函数 其中 Zp为所述剩余结构基元对应的剩余目标电磁响应集合， 为未找到目标设计的第k个结 构基元在实验点x上的得分函数，1≤k≤K； (f)通过最大化所述平均得分函数得到新的几何参数x*，x*＝argmaxx∈ΩI(x)，Ω为 几何参数的取值范围，在x*上仿真产生电磁响应 根据电磁响应 计算x*对应的均值e(x*)和对数方差v(x*)； (g)判断是否找到所述K个结构基元的K个目标设计； (h)若未找到所述K个结构基元的K个目标设计，则将新的几何参数x*加入所述实 验点集合 将均值e(x*)加入所述均值集合e，将对数方差v(x*)加入所述对数方差集合v； (i)判断是否存在目标k使得dk(x*)≤εk，其中dk(x*)＝(e(x*)-zk)2 V(x*)，如果存 在则将新的几何参数x*作为所述K个结构基元的第k个目标设计，从Zp中移除目标电磁响应 zk并返回(d)，若不存在则直接返回(d)； (j)若找到所述K个结构基元的K个目标设计，则输出所述K个结构基元的K个目标 设计。 另一种可能的实现方式中，所述K大于或等于103。 另一种可能的实现方式中，所述选择所述K个结构基元的初始的实验点集合 包括： 采用超拉丁方设计或均匀设计的方法选择所述初始的实验点集合 另一种可能的实现方式中，所述K个结构基元为“工”型结构、“T”型结构或环型结 构。 另一种可能的实现方式中，所述n在整数区间[20，40]内取值。 另一种可能的实现方式中，满足如下条件的e(x)为一个高斯过程模型：给定实验 点集合 e＝{e(x1)，...，e(xn)}，则e～N(μ1，∑)，其中1为所有元素为1的 n 维 向 量 ，μ为 未 知 均 值 ，∑ 为 n × n 的 协 方 差 矩 阵 ，其 ( i ，j ) 元 素 满 足 ： φ ＝ (φ1，...，φd)为未知参数，用高斯过程模型对所述均值函数e(x)建模包括： 运用极大似然估计，计算未知参数θ＝(μ，σ2，φ)的估计值 利用贝叶斯公式计算e(x)的后验分布为正态分布： 另一种可能的实现方式中，所述未找到目标设计的第k个目标设计的得分函数根 据下式计算： 6 CN 111581825 A 说　明　书 3/16 页 其中 表示对e(x)和v(x)的后验分布求期望， 本申请的第二方面提供一种超材料设计装置，所述装置包括： 获取模块，用于获取超材料的工作频段 K个结构基元的目标电磁响应集合Z＝ {z1，...，zK}和误差阈值集合ε＝{ε1，...，εK}，其中 选择模块，用于 选择所述K个结构基元的初始的实验点集合 在所述初始的实验点集合 上仿真产生电磁响应集合 第一计算模块，用于定义均值函数 和对数方差函数 根 据 所 述 电 磁 响 应 集 合 计算所述实验点集合 对应的均值集合e＝ {e(x1)，...，e(xn)}和对数方差集合v＝{v(x1)，...，v(xn)}； 建模模块，用于根据所述均值集合e＝{e(x1)，...，e(xn)}和所述对数方差集合v＝ {v(x1)，...，v(xn)}，用两个独立的高斯过程模型分别对所述均值函数e(x)和所述对数方差 函数v(x)建模，得到所述均值函数e(x)和所述对数方差函数v(x)的后验分布； 第二计算模块，用于根据所述均值函数e(x)和所述对数方差函数v(x)的后验分 布，计算所述K个结构基元中未找到目标设计的剩余结构基元的平均得分函数 其中Zp为所述剩余结构基元对应的剩余目标电磁响应集合， 为未找到目标设计的第k个结构基元在实验点x上的得分函数，1≤k≤K； 第三计算模块，用于通过最大化所述平均得分函数得到新的几何参数x*，x*＝ argmaxx∈ΩI(x)，Ω为几何参数的取值范围，在x*上仿真产生电磁响应 根据电 7 CN 111581825 A 说　明　书 4/16 页 磁响应 计算x*对应的均值e(x*)和对数方差v(x*)； 第一判断模块，用于判断是否找到所述K个结构基元的K个目标设计； 加入模块，用于若未找到所述K个结构基元的K个目标设计，则将新的几何参数x* 加入所述实验点集合 将均值e(x*)加入所述均值集合e，将对数方差v(x*)加入所述对数 方差集合v； 第二判断模块，用于判断是否存在目标k使得dk(x*)≤εk，其中dk(x*)＝(e(x*)-z )2k V(x*)，如果存在则将新的几何参数x*作为所述K个结构基元的第k个目标设计，从Zp中移除 目标电磁响应zk； 输出模块，用于若找到所述K个结构基元的K个目标设计，则输出所述K个结构基元 的K个目标设计。 本申请的第三方面提供一种计算机设备，所述计算机设备包括处理器，所述处理 器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现所述超材料设计方法。 本申请的第四方面提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算 机程序被处理器执行时实现所述超材料设计方法。 与现有的超材料设计方法相比，本发明具有如下特点和优势：(1)解决了一个更复 杂的超材料设计问题，即实现包含多个不同结构基元的几何参数设计；(2)将函数型的电磁 响应数据用均值和方差表示，将无穷维函数转化为两个简单函数，实现了数据的高效降维， 降维后的函数保留了原始数据的大量信息，为所有设计目标共有，形式更简单，并用统计模 型对均值和方差进行联合建模；(3)提出贝叶斯协同优化算法，充分利用了不同设计目标间 的相关性，减少了仿真实验的次数，从而节省计算资源和仿真时间，实现超材料的快速设 计。 附图说明 图1为“工”型结构的结构基元的示意图。 图2是本发明实施例提供的超材料设计方法的流程图。 图3是本发明实施例提供的超材料设计装置的结构图。 图4是本发明实施例提供的计算机设备的示意图。