解非线性约束规划问题的新型多目标遗传算法

给出非线性约束规划问题的一种新解法。把带约束的非线性规划问题转化成为两个目标的多目标优化问题，并为转化后的多目标优化模型设计了一种新型多目标遗传算法，数据实验表明该算法对带约束的非线性规划问题求解是非常有效的。     

解约束优化问题的一种新的罚函数模型

罚函数法是进化算法中解决约束优化问题最常用的方法之一,它通过对不可行解进行惩罚使得搜索逐步进入可行域.罚函数常定义为目标函数与惩罚项之和,其缺陷一方面在于此模型的罚因子难以控制,另一方面当目标函数值与惩罚项的函数值的差值很大时,此模型不能有效地区分可行解与不可行解,从而不能有效处理约束.为了克服这些缺点,首先引入了目标满意度函数与约束满意度函数,前者是根据目标函数对解的满意度给出的一个度量,而后者是根据约束违反度对解的满意度给出的一个度量.然后将两者有机结合,定义了一种新的罚函数,给出了一种新的罚函数模型.并且设置了自适应动态罚因子,其随着当前种群质量和进化代数的改变而改变.因此它很易于控制.进一步设计了新的杂交和变异算子,在此基础上提出了解决约束优化问题的一种新的进化算法.通过对6个常用标准测试函数所作的数据仿真实验表明,提出的算法是十分有效的.     

Modified Immune Clonal Constrained Multi-Objective Optimization Algorithm

针对约束多目标优化问题,提出修正免疫克隆约束多目标优化算法.该算法通过引进一个约束处理策略,用一个修正算法对个体的目标函数值进行修正,并对修正后的目标函数值采用免疫克隆算法进行优化,用一个精英种群对可行非支配解进行存储.该算法在优化过程中,既保留了非支配可行解,也充分利用了约束偏离值小的非可行解,同时引进整体克隆策略来提高解分布的多样性.通过对约束多目标问题的各项性能指标的测试以及和对比算法的比较可以看出:该算法在处理约束多目标优化测试问题时,所得解的多样性得到了一定的提高.同时,解的收敛性和均匀性也得到了一定的改进.     

修正免疫克隆约束多目标优化算法

针对约束多目标优化问题,提出修正免疫克隆约束多目标优化算法.该算法通过引进一个约束处理策略,用一个修正算法对个体的目标函数值进行修正,并对修正后的目标函数值采用免疫克隆算法进行优化,用一个精英种群对可行非支配解进行存储.该算法在优化过程中,既保留了非支配可行解,也充分利用了约束偏离值小的非可行解,同时引进整体克隆策略来提高解分布的多样性.通过对约束多目标问题的各项性能指标的测试以及和对比算法的比较可以看出:该算法在处理约束多目标优化测试问题时,所得解的多样性得到了一定的提高.同时,解的收敛性和均匀性也得到了一定的改进.     

非线性约束规划的极大熵多目标进化算法

解非线性约束规划的困难在于如何处理问题的约束,从问题的约束条件出发构造了一个新的极大熵函数,利用此函数将原非线性约束规划问题转化成了两个目标的多目标优化问题。通过对搜索操作和参数的合理设计给出了一种新的极大熵多目标进化算法。计算机仿真表明该算法对带约束的非线性优化问题求解是非常有效的。     

非线性规划问题的极大熵多目标粒子群算法

结合非线性规划的约束条件构造了一个新的极大熵函数,利用该函数将问题转化成了两个目标的多目标优化问题.通过对违反约束动态的进行惩罚,提出了一种新的极大熵多目标粒子群算法.该方法能有效的保持群体中不可行解的一定比例,从而增加了群体的多样性,而且避免了传统的过度惩罚缺陷,使群体更好地向最优解逼近.计算机仿真表明,该算法对非线性规划问题求解是非常有效的.     

Pareto强度值演化算法求解约束优化问题

提出了一种求解约束函数优化问题的方法.它不使用传统的惩罚函数,也不区分可行解和不可行解.新的演化算法将约束优化问题转换成两个目标优化问题,其中一个为原问题的目标函数,另一个为违反约束条件的程度函数.利用多目标优化问题中的Pareto优于关系,定义个体Pareto强度值指标以便对个体进行排序选优,根据Pareto强度值排序和最小代数代沟模型设计出新的实数编码遗传算法.对常见测试函数的数值实验证实了新方法的有效性、通用性和稳健性,其性能优于现有的一些演化算法.特别是对于一些既有等式约束又有不等式约束的复杂非线性规划问题,该算法获得了更高精度的解.     

鲁棒多目标线性规划模型及混合遗传算法

针对目标函数系数和约束条件系数均在椭球扰动集下的不确定多目标线性规划, 提出了椭球扰动集下的鲁棒多目标线性规划问题。基于每个目标均需获得鲁棒解的假设下给出了定理及证明, 以此把原问题转换为具有二阶锥约束的确定性多目标优化问题。设计了一种混合策略求解算法, 整体流程采用多目标遗传算法, 局部采用SOCP优化软件Sedumi进行计算, 从而获得不确定多目标线性规划的鲁棒解集, 并通过数值算例验证了该算法的有效性。     

一种改进的求解约束函数优化问题的演化算法

带约束的函数优化是函数优化中最多,也是较难的问题.针对这个问题提出一种改进的算法,它是基于遗传算法的非参惩罚函数的函数优化.通过改进广义的目标函数,对不可行解恰当地进行惩罚,并引进柯西组合、柯西变异以及高斯变异,极大地提高了算法的全局搜索和局部搜索能力,克服传统遗传算法"爬山能力差"的弱点.     

一种基于参考点约束支配的NSGA-III算法

针对带约束的高维多目标优化问题,设计一种基于参考点的约束支配关系(RPCDP),将可行解与不可行解作为一个整体看待,进而综合考虑它们的收敛性、多样性和可行性,并基于此提出用于解决约束高维多目标优化问题的NSGA-III算法.将所提出算法与著名的3种约束高维多目标进化算法进行对比,实验结果表明在标准测试函数集CDTLZ上,相对于其他算法,所提出算法的解集具有更好的收敛性和分布性.     

Contact shape optimization: a bilevel programming approach

We consider the problem of shape optimization of nonlinear elastic solids in contact. The equilibrium of the solid is defined by a constrained minimization problem, where the body energy functional is the objective and the constraints impose the nonpenetration condition. Then the optimization problem can be formulated in terms of a bilevel mathematical program. We describe new optimality conditions for bilevel programming and construct an algorithm to solve these conditions based on Herskovits’ feasible direction interior point method. With this approach we simultaneously carry out shape optimization and nonlinear contact analysis. That is, the present method is a “one shot” technique. We describe some numerical examples solved in a very efficient way. Received July 27, 1999     

求解一类凸优化问题的区间迭代算法

研究了一类非线性带约束的凸优化问题的求解.利用Kuhn-Tucker条件将凸优化问题等价地转化为多变元非线性方程组的求解问题.基于区间算术的包含原理及改进的Krawczyk区间迭代算法,提出一个求解凸优化问题的区间算法.对于目标函数和约束函数可微的凸优化,所提算法具有全局寻优的特性.在数值实验方面,与遗传算法、模式搜索法、模拟退火法及数学软件内置的求解器进行了比较,结果表明所提算法就此类凸优化问题能找到较多且误差较小的全局最优点.     

基于PSO的预测控制及在聚丙烯中的应用

输入输出受限非线性系统的预测控制问题，可以看作是一个难以直接求解的约束非线性优化问题。针对预测控制在解决此类优化问题时，存在易收敛到局部极小或者非可行解，对初始值敏感等缺点，提出了一种基于微粒群优化方法的非线性预测控制算法。采用微粒群优化算法（PSO）作为模型预测控制的滚动优化方法，在线实时求解最优控制律。将PSO与序贯二次规划（SQP）算法进行对比仿真实验，求解两个标准函数优化问题，结果表明PSO能够快速有效地求得全局最小点，而SQP则很容易陷入局部极小点。将该算法应用于丙烯聚合反应过程的温度控制中，仿真结果显示了该方法的有效性。     

结合序列线性规划法的混合遗传算法

通过将遗传算法与改进的序列线性规划法相结合，形成混合遗传算法．当迭代点没有发生交叉和变异时，将目标函数和约束条件在迭代点处线性化，为使迭代点邻域仍然满足约束条件，加入软约束项，用线性规划方法进行寻优．该方法具有全局收敛性，不要求迭代点一定为可行点．仿真结果验证了此法的有效性和合理性．     

解灰色非线性规划问题的随机搜索算法

对带约束条件的灰色非线性规划问题进行了探讨,首先将原灰色约束非线性规划问题进行均值白化处理,转化成一个确定型的带约束条件的非线性规划问题,对该确定型的非线性约束规划问题提出一个基于分布估计算法的随机搜索方法,对所提出的求解方法的关键技术作了详细的说明并给出了具体的算法步骤。 初步的数值算例表明所提出的方法是可行有效的     

Optimal design of continuous time irrational filter with a set of fractional order gammatone components via norm relaxed sequential quadratic programming approach

This paper proposes a continuous time irrational filter structure via a set of the fractional order Gammatone components instead of via a set of integer order Gammatone components. The filter design problem is formulated as a nonsmooth and nonconvex infinite constrained optimization problem. The nonsmooth function is approximated by a smooth operator. The domain of the constraint functions is sampled into a set of finite discrete points so the infinite constrained optimization problem is approximated by a finite constrained optimization problem. To find a near globally optimal solution, the norm relaxed sequential quadratic programming approach is applied to find the locally optimal solutions of this nonconvex optimization problem. The current or the previous locally optimal solutions are kicked out by adding the random vectors to them. The locally optimal solutions with the lower objective functional values are retained and the locally optimal solutions with the higher objective functional values are discarded. By iterating the above procedures, a near globally optimal solution is found. The designed filter is applied to perform the denoising. It is found that the signal to noise ratio of the designed filter is higher than those of the filters designed by the conventional gradient descent approach and the genetic algorithm method, while the required computational power of our proposed method is lower than those of the conventional gradient descent approach and the genetic algorithm method. Also, the signal to noise ratio of the filter with the fractional order Gammatone components is higher than those of the filter with the integer order Gammatone components and the conventional rational infinite impulse response filters.     

An active set algorithm for tracing parametrized optima

Optimization problems often depend on parameters that define constraints or objective functions. It is often necessary to know the effect of a change in a parameter on the optimum solution. An algorithm is presented here for tracking paths of optimal solutions of inequality constrained nonlinear programming problems as a function of a parameter. The proposed algorithm employs homotopy zero-curve tracing techniques to track segments where the set of active constraints is unchanged. The transition between segments is handled by considering all possible sets of active constraints and eliminating nonoptimal ones based on the signs of the Lagrange multipliers and the derivatives of the optimal solutions with respect to the parameter. A spring-mass problem is used to illustrate all possible kinds of transition events, and the algorithm is applied to a well-known ten-bar truss structural optimization problem.     

求解约束优化的带偏好双目标优化方法

文章提出了一种求解约束优化问题的新方法。它把约束优化问题转化为双目标优化问题,一个目标是原问题的目标,另一目标是由约束条件转化得到。转化得到的双目标优化与一般的双目标优化问题不同在于它偏好那些使约束条件满足的最优解。我们利用动态权值将这一带有偏好的双目标优化转化为无约束的单目标优化,并使其满足偏好特性。我们对四个标准测试函数进行了数据仿真实验,实验结果表明该算法是有效的。