模拟电路的容错设计是电路设计中很重要的一部分,演化容错设计是电路容错设计的一种方法。冗余容错设计是一种较好的演化容错设计方法,它用一定的容错资源换来电路容错能力的提高。本文主要对该方法做研究,研究冗余系统的子电路结构之间的关系对系统容错能力的影响。为了更好的研究冗余系统的容错能力和电路结构之间的关系,本文希望组合成冗余系统的电路的结构分布范围要大一些,电路的结构尽可能不要太相似,即希望电路的结构更多样化。由于组合成系统的这些电路是演化得到的,电路的演化设计是进化算法在电路的编码空间中搜索目标电路的过程,所以为了演化得到一些结构多样的电路,需要保证两个条件。第一个条件：编码空间中电路的结构多样性要好。第二个条件：算法能搜索到这些结构多样的电路,而不是搜索到的只是编码空间中的一些结构很相似的电路。针对这两个问题,本文首先提出了一种基于函数机制的用于模拟电路演化设计的编码方式,该编码空间中电路的结构多样性比较好,为算法搜索到结构多样性好的电路提供基础。由于进化算法本身的特性,导致最终演化结束后,搜索到的个体很相似。针对这个问题,本文提出了一种基于惩罚和保护机制的电路结构多样性保护策略,实验结果显示,该策略提高了种群中电路的结构的多样性。在得到了这些结构多样性好的电路的基础上,本文的最后通过度量学习的方式探索了冗余系统的容错机制和系统子电路的结构之间的关系。通过度量学习,可以得到一种新的距离度量准则,在该距离度量准则的作用下,冗余系统的容错能力随着子电路结构距离的减小而变差。论文主要的研究工作和进展如下：1.提出一种基于函数机制的用于模拟电路演化设计的编码方式。该编码用自定义的函数来确定电路中元件的类型,连接方式和参数值。该编码中元件的连接比较多样,使得编码空间中电路的结构多样性比较好,为演化得到结构多样化的电路作好准备。该部分通过实验的方式验证了该编码方式能够用于电路的演化设计。2.提出一种基于惩罚和保护机制的电路的结构多样性保护策略。该策略通过惩罚一部分相似个体,同时保护一部分优秀的个体,保证算法在多样性好的编码空间中更有可能搜索到一些结构多样性好的电路。实验结果显示,相比于没有使用该结构多样性保护机制的算法而言,使用了该结构多样性保护机制的算法提高了演化种群中电路结构的多样性。3.使用了基于度量学习的方法来探索冗余系统的容错能力和系统的子电路结构之间的关系。在马氏度量学习的基础上,可以得到一种新的距离度量准则,该准则下,冗余系统的容错能力和子电路的结构存在比较明显的关系：系统的容错能力随着系统子电路的结构之间的距离的增大而变好。简言之,本文首先提出了一种基于函数机制的新的模拟电路演化设计方法,然后提出了一种惩罚和保护机制的电路结构多样性保护策略,最后本文通过度量学习探索了冗余系统的容错能力和系统子电路结构之间的关系。