物理学 > 计算物理
[提交于 2025年4月29日
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标题: 一种生成复空间中最大正交框架的遗传算法
标题: A genetic algorithm to generate maximally orthogonal frames in complex space
摘要: 框架是向量空间基底概念的推广,它是一组冗余覆盖的向量集,这些向量是线性相关的。框架在信号处理和量子信息理论中找到应用。 我们提出了一种遗传算法,可以生成任意大小为$n$的$d$维复数空间中的最大正交框架。 首先,我们形式化了最大正交框架的概念,并证明它依赖于能量函数的选择来衡量向量之间的不同成对重叠。 然后,我们讨论了不同的能量函数与著名的框架变体(如紧框架和Grassmannian框架以及复射影$p$设计)之间的关系。 获得最大正交框架构成了一个全局非凸最小化问题。 我们讨论了与已建立的数值问题(如汤姆森问题和在复射影空间中寻找最优填充的问题)的关系。 为了处理最小化问题,我们设计了一种混合遗传算法,该算法具有父代的局部优化特性。 为了评估算法的性能,我们提出了两种可视化技术,使我们可以分析高维框架的一致性和均匀性。 对于配置到$d=6$和$n=36$的情况,该遗传算法能够生成高度对称的通用框架,如等角紧框架、对称信息完整、正算子值测量(SIC-POVMs)以及最大互无基组,对于最大的配置,运行时间约为几分钟的普通台式计算机时间。
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