约束优化进化算法综述

约束优化进化算法主要研究如何利用进化计算方法求解约束优化问题,是进化计算领城的一个重要研究课题.约束优化问题求解存在约束区域离散、等式约束、非线性约束等挑战,其问题的本质是如何处理可行解与不可行解的关系才能使得算法更高效.本文首先介绍了约束优化问题的定义,然后系统地分析了目前存在的约束优化方法,同时基于约束处理机制将这些方法分为罚函数法、可行性法则、随机排序法、约束处理法、多目标优化法、混合法六类,并从约束处理方法的方面对约束优化进化算法的最新研究进展进行综述.最后,指出约束优化进化算法需进一步研究的方向与关键问题.     

约束优化进化算法

约束优化问题是科学和工程应用领域经常会遇到的一类数学规划问题.近年来,约束优化问题求解已成为进化计算研究的一个重要方向.从约束优化进化算法=约束处理技术+进化算法的研究框架出发,从约束处理技术和进化算法两个基本方面对约束优化进化算法的研究及进展进行了综述.此外,对约束优化进化算法中的一些重要问题进行了探讨.最后进行了各种算法的比较性总结,深入分析了目前约束优化进化算法中亟待解决的问题,并指出了值得进一步研究的方向.     

用于约束多目标优化问题的双群体差分进化算法

首先给出一种改进的差分进化算法,然后提出一种基于双群体搜索机制的求解约束多目标优化问题的差分进化算法.该算法同时使用两个群体,其中一个用于保存搜索过程中找到的可行解,另一个用于记录在搜索过程中得到的部分具有某些优良特性的不可行解,避免了构造罚函数和直接删除不可行解.此外,文中算法、NSGA-Ⅱ和SPEA的时间复杂度的比较表明,NSGA-Ⅱ最优,文中算法与SPEA相当.对经典测试函数的仿真结果表明,与NSGA-Ⅱ相比较,文中算法在均匀性及逼近性方面均具有一定的优势.     

基于双阶段搜索的约束进化多任务优化算法

高效地平衡算法的多样性、收敛性和可行性是求解约束多目标优化问题(CMOP)的关键;然而,复杂约束的出现给该类问题的求解带来了更大的挑战。因此,提出一种基于双阶段搜索的约束进化多任务优化算法(TEMA),通过完成两个协同进化的任务实现多样性、收敛性和可行性之间的平衡。首先,进化过程由探索和利用两个阶段组成,分别致力于加强算法在目标空间的广泛探索能力和高效搜索能力;其次,设计一种动态约束处理策略以平衡种群中可行解的比例,从而增强算法在可行区域的探索能力;再次,提出一种回退搜索策略,利用无约束Pareto前沿所包含的信息指导算法向约束Pareto前沿快速收敛;最后,在两个基准测试集中的23个问题上进行对比实验。实验结果表明,TEMA分别在14个和13个测试问题上取得最优反世代距离(IGD)值和超体积(HV)值,体现出明显优势。     

求解约束优化问题的佳点集多目标进化算法

结合数论中的佳点集理论和多目标优化方法,提出一种求解约束优化问题的进化算法。将约束优化问题转化为多目标优化问题,引入佳点集理论,以确保所构造的个体在搜索空间内分布均匀,设计变异算子增加个体多样性,采用分群局部搜索方式,并根据Pareto非支配关系选择群体中的优势个体。实验结果表明,该算法具有较好的稳定性。     

约束进化算法及其应用研究综述

约束优化问题广泛存在于科学研究和工程实践中,其对应的约束优化进化算法也成为了进化领域的重要研究方向.约束优化进化算法的本质问题是如何有效地利用不可行解和可行解的信息,平衡目标函数和约束条件,使得算法更加高效.首先对约束优化问题进行定义;然后详细分析了目前主流的约束进化算法,同时,基于不同的约束处理机制,将这些机制分为约...     

多目标优化与自适应惩罚的混合约束优化进化算法

提出一种多目标优化与自适应惩罚函数相结合的方法来处理约束优化问题.首先利用多目标优化方法提取当前群体中的主要信息;然后进一步用自适应惩罚函数选出最有价值的信息.将这种约束处理技术与一种基于群的算法生成器模型相结合,即可得到一种新的约束优化进化算法.选取10个标准测试函数对新算法的性能进行数值实验,结果表明了所提出方法的有效性和较强的稳健性,与其他尖端算法相比得到了相似或更优的结果.     

具有约束多目标优化的进化算法

针对带有约束多目标优化问题,提出一种多目标优化进化算法。在选择过程中,采用约束的Pareto支配和聚集距离定义适应值,根据适应值挑选出有代表性的个体。在变异过程中,沿着权重梯度方向搜索来寻找可行的Pareto最优解。最后,采用两个数值算例测草算法的性能,结果表明该算法能获得多目标约束优化问题的可行Pareto最优解并且具有较好的分散性。     

一类带约束动态多目标优化问题的进化算法

动态多目标约束优化问题是一类NP-Hard问题,定义了动态环境下进化种群中个体的序值和个体的约束度,结合这两个定义给出了一种选择算子.在一种环境变化判断算子下给出了求解环境变量取值于正整数集Z+的一类带约束动态多目标优化问题的进化算法.通过几个典型的Benchmark函数对算法的性能进行了测试,其结果表明新算法能够较好地求出带约束动态多目标优化问题在不同环境下质量较好、分布较均匀的Pareto最优解集.     

解约束多目标优化问题的一种鲁棒的进化算法

将约束条件与目标函数融合在一起,对有约束的多目标优化问题(MOP)建立了一种新的偏序关系,引入了约束占优的定义,并证明了在新的偏序关系意义下的Pareto最优集就是满足约束条件的Pareto最优集,从而在对种群中的个体进行评估或排序时,并不需要特别去关心个体是否可行,避免了罚函数选择参数的困难,尝试应用有限Markov链的有关理论证明了此进化算法的收敛性,用较复杂的Benchmark函数进行了大量的数值实验,测试结果表明新算法在解集分布的均匀性、多样性以及快速收敛性均较理想。     

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.     

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。     

解约束最优化问题的一个新的多目标进化算法

把约束函数作为目标函数,将约束优化问题转化为多目标规划问题。对这个多目标规划,根据带权极小极大策略构造了一个同进化代数有关的变适应值函数。利用广义球面坐标变换和均匀设计法来选择权重,使得由此权重确定的适应值函数能使种群中的容许解逐渐增加并且保持其多样性。用均匀设计法构造的带有自适应性的变异算子增强了算法的局部搜索能力。该方法能有效处理约束,特别是紧约束。计算机仿真显示了该方法是有效的。     

多目标优化的演化算法

近年来．多目标优化问题求解已成为演化计算的一个重要研究方向，而基于Pareto最优概念的多目标演化算法则是当前演化计算的研究热点．多目标演化算法的研究目标是使算法种群快速收敛并均匀分布于问题的非劣最优域．该文在比较与分析多目标优化的演化算法发展的历史基础上，介绍基于Pareto最优概念的多目标演化算法中的一些主要技术与理论结果，并具体以多目标遗传算法为代表，详细介绍了基于偏好的个体排序、适应值赋值以及共享函数与小生境等技术．此外，指出并阐释了值得进一步研究的相关问题．     

组织进化数值优化算法

基于经济学中“组织”的概念 ,该文提出一种新的进化算法———组织进化算法 ,来解决无约束和有约束的数值优化问题 .该算法与传统遗传算法、进化规划、进化策略的运行机制完全不同 ,其进化操作不直接作用于个体上 ,而作用在组织上 ,为此 ,该文定义了三种组织进化算子———分裂算子、吞并算子和合作算子来引导种群进化 .理论分析证明组织进化算法具有全局收敛性 .实验中 ,用 4个无约束和 6个有约束标准函数对算法进行了测试 ,与 3个新算法作了比较 ,并对组织进化算法的性能作了深入分析 .结果表明 ,该文算法无论在解的质量上还是在计算复杂度上都优于其它算法 .对于有约束问题 ,只用了简单的静态罚函数就得到了良好的效果 ,这表明该文算法的搜索机制非常有效 ,不易陷入局部最优 .最后 ,参数分析的结果表明该文算法具有性能稳定、成功率高、对参数不敏感等优越的性能     

一种求解约束优化问题的演化规划算法

提出了一种新的求解约束优化问题的演化算法——基于混合策略求解约束优化问题的演化规划算法(CMSEP).借鉴了Mezura-Montes的算法中直接比较的约束处理方法,为求解位于边界附近的全局最优解采用多样性保护机制,允许一定比例最好不可行解进入下一代种群,混合策略变异机制用于指导算法快速搜索过程.标准测试函数的实验结果验证了算法的通用性和有效性.     

进化算法在复杂网络中的应用综述

复杂网络作为现今科学研究中的一个热点学科,在过去20年里得到了巨大的发展.现实中大量的复杂的交互系统,比如互联网、交通运输网、神经网络等都可以抽象为复杂网络,以进行系统的分析和研究.进化算法作为优化工具应用于复杂网络的不同领域的各个任务中,如网络社团结构的检测任务、网络动力学中的鲁棒性优化任务、网络传播中关键节点的搜寻任务等.本文首先对复杂网络和进化算法相关的基础知识进行了全面的概述,重点讨论了复杂网络中目标优化的研究进展,针对不同任务对优化目标及其具体应用展开了详细介绍,同时,对算法的性能评价指标进行了概述.此外,本文通过一系列实验展示了单/多目标优化算法在复杂网络优化问题上的性能表现,以及部分目标之间的相关性关系.最后对复杂网络中优化问题未来的研究动向进行了展望,为今后研究人员开展进化计算和复杂网络相结合的相关研究提供一些思路.