融合动态反向学习的阿奎拉鹰与哈里斯鹰混合优化算法

阿奎拉鹰优化算法(Aquila optimizer, AO)和哈里斯鹰优化算法(Harris hawks optimization, HHO)是近年提出的优化算法。AO算法全局寻优能力强,但收敛精度低,容易陷入局部最优,而HHO算法具有较强的局部开发能力,但存在全局探索能力弱,收敛速度慢的缺陷。针对原始算法存在的局限性,本文将两种算法混合并引入动态反向学习策略,提出一种融合动态反向学习的阿奎拉鹰与哈里斯鹰混合优化算法。首先,在初始化阶段引入动态反向学习策略提升混合算法初始化性能与收敛速度。此外,混合算法分别保留了AO的探索机制与HHO的开发机制,提高算法的寻优能力。仿真实验采用23个基准测试函数和2个工程设计问题测试混合算法优化性能,并对比了几种经典反向学习策略,结果表明引入动态反向学习的混合算法收敛性能更佳,能够有效求解工程设计问题。     

面向柔性作业车间调度的多策略鲸鱼优化算法

以某大型家具企业的柔性生产制造过程中调度问题为研究对象,提出了一种主要用于求解柔性作业车间调度问题的多策略鲸鱼优化算法(multi-strategy whale optimization algorithm, MWOA),首先,为了提高初始种群的多样性,引入混沌理论来初始化种群;同时设计了非线性收敛因子和自适应惯性权重系数来平衡全局探索和局部开发能力;然后结合差分进化(differential evolution, DE)算子提高了WOA的利用和搜索能力,最后采取最优个体混沌搜索策略,减少WOA算法出现早熟收敛现象的概率.以最小化最大完工时间为求解目标,对基准测试问题与某家具企业的生产制造过程的调度优化问题进行了求解,结果表明提出来的多策略鲸鱼优化算法克服了基本鲸鱼优化算法寻优精度低、收敛速度慢及容易陷入局部最优等缺陷,与对比算法比较,取得了更好的寻优效果.     

一种改进的鲸鱼优化算法

针对鲸鱼优化算法(WOA)收敛速度慢、收敛精度低的问题,在提升性能的基础上保留WOA的简单性,提出一种改进的WOA。利用分段Logistic混沌映射产生混沌序列对种群位置进行初始化,以维持全局搜索时初始种群的多样性。考虑算法的非线性优化过程和搜索过程中个体状态的差异性,在WOA中引入非线性自适应权重策略,以协调全局探索和局部开发能力。通过仿真测试比较改进算法和WOA在求解6个典型基准函数时的性能,实验结果表明,改进算法在寻优过程中能够保持初始种群多样性,且具有更快的收敛速度和更优的收敛精度。     

求解高维复杂函数的混合蛙跳–灰狼优化算法

针对高维复杂函数问题, 提出一种混合蛙跳–灰狼优化算法(SFL–GWO). 该算法通过改进的Logistic映射初 始化GWO算法种群提高算法的多样性; 其次, 提出一种新的距离控制参数的非线性调整策略来增强种群的探索与 开发的能力; 最后通过引入改进的随机蛙跳算法中改变最差位置的方式使SFL–GWO算法跳出局部最优的局限. 通 过选取的10个高维复杂函数的寻优结果验证了算法的性能, 并与粒子群优化算法(PSO)、灰狼优化算法(GWO)和鲸 鱼优化算法(WOA)3种基本算法以及与8种改进算法的寻优的结果进行了比较. 仿真结果证明: SFL–GWO算法在不 仅可以提高收敛精度也可以提高算法的搜索速度, 证明了SFL–GWO算法在求解高维复杂函数的高效性.     

趋优变异反向学习的樽海鞘群与蝴蝶混合优化算法

针对蝴蝶优化算法(butterfly optimization algorithm, BOA)易陷入局部最优,且收敛速度慢和寻优精度低等问题,提出了一种趋优变异反向学习的樽海鞘群与蝴蝶混合优化算法(hybrid optimization algorithm for salp swarm and butterfly with reverse mutation towards optimization learning, OMSSBOA)。引入柯西变异对最优蝴蝶个体进行扰动,避免算法陷入局部最优;将改进的樽海鞘群优化算法(salp swarm algorithm, SSA)嵌入到BOA,平衡算法全局勘探和局部开采的比重,进而提高算法收敛速度;利用趋优变异反向学习策略扩大算法搜索范围并提升解的质量,进而提高算法的寻优精度。将改进算法在10种基准测试函数上进行仿真实验,结果表明,改进算法具有较好的寻优性能和鲁棒性。     

基于邻域重心反向学习的混合樽海鞘群蝴蝶优化算法

针对蝴蝶优化算法（BOA）收敛速度较慢和过早收敛到局部解的问题,提出一种基于邻域重心反向学习的混合樽海鞘群蝴蝶优化算法（HSSBOA）。首先,将樽海鞘群算法（SSA）引入BOA中,使算法快速处理局部搜索阶段,并更新种群位置,从而更有效地完成寻优过程,避免算法陷入局部最优;然后,引入邻域重心反向学习以便更好地帮助算法在邻域内进行小范围精确搜索,从而提高算法的精度;最后,引入动态切换概率以改善搜索中全局与局部的比重,从而加快算法的搜索速度。选取10个标准检测函数进行测试,将HSSBOA与几个先进的优化算法从收敛精度、高维度数据、收敛速度、Wilcoxon秩和检验和平均绝对误差（MAE）五个方面进行对比分析。研究结果表明,相较于其他算法,HSSBOA取得了更优的结果。消融实验进一步验证了各项改进均为正向作用。实例问题上的表现表明相较于其他方法,在求解有约束的复杂问题时,HSSBOA能够更有效地搜索出最优解。可见HSSBOA在寻优精度、稳定性和收敛效率等方面取得了一定的优势,并且能够求解复杂的现实问题。     

基于混沌反向学习和水波算法改进的白鲸优化算法

针对原始的白鲸算法(beluga whale optimization, BWO)在某些情况下,中后期的探索和开发能力不足、多样性和求解精度降低、容易陷入局部最优等问题,提出一种基于混沌反向学习和水波算法改进的白鲸优化算法(TWBWO),进一步提高白鲸算法的计算精度和收敛速度,增强全局搜索和跳出局部最优能力。结合混沌映射和反向学习策略提高种群的质量和多样性,加快收敛速度。引入水波算法(water wave optimization, WWO)的折射操作,避免寻优时轻易陷入局部最优,提高计算精度。实验结果表明,TWBWO算法较之原始算法和其他经典算法在收敛速度和求解精度以及稳定性方面更为优秀,性能和寻优能力更强。     

基于高斯映射和小孔成像学习策略的鲸鱼优化算法

针对鲸鱼优化算法（WOA）容易陷入局部最优解、收敛速度慢等缺陷,提出一种基于小孔成像反向学习策略的鲸鱼优化算法。首先采用高斯映射生成的混沌序列取代原始算法中随机产生的初始种群,增加种群的多样性;其次,提出了一种小孔成像反向学习策略,并结合最优最差反向学习思想,增加了寻优位置的多样性,提高了算法跳出局部最优的能力;最后,在算法中加入了一个非线性收敛因子和一个对数形式的概率阈值,在保留鲸鱼算法优点的前提下,协调了算法的全局搜索和局部开发能力。通过对10个基准函数进行仿真测试,实验结果表明改进算法在收敛速度和收敛精度等方面有明显的提高。     

融合混沌映射和二次插值的自适应鲸鱼优化算法

针对鲸鱼优化算法(whale optimization algorithm, WOA)易陷入局部最优，收敛速度慢和寻优精度低等问题，提出一种融合混沌映射和二次插值的自适应鲸鱼优化算法(adaptive whale optimization algorithm based on chaotic mapping and quadratic interpolation, CQAWOA)。引入混沌映射在初始化阶段生成新种群，实现种群多样性；设计自适应权重，提高算法全局搜索和局部寻优能力并加快收敛速度；利用二次插值策略生成新的鲸鱼个体，采用贪婪策略更新局部最优解，提高种群计算的精度。通过15个基准函数将改进算法与其它优化算法进行对比测试，测试结果验证了在求解过程中，改进算法寻优速度和求解精度均存在显著提升。     

分段权重和变异反向学习的蝴蝶优化算法

针对原始蝴蝶优化算法容易陷入局部最优解、收敛速度慢及寻优精度低等问题,提出分段权重和变异反向学习的蝴蝶优化算法。通过飞行引领策略来矫正邻域内蝴蝶的自身飞行,降低盲目飞行,增强算法跳出局部最优的能力;引入分段权重来平衡全局勘探及局部开发的能力,进而实现蝴蝶位置动态更新;使用变异反向学习对位置进行扰动,增加种群多样性以及提高算法的收敛速度。通过对9个测试函数和部分CEC2014函数及Wilcoxon秩和检验来评估改进算法的寻优能力,实验结果表明改进算法的收敛速度及寻优精度得到了极大改进。     

基于混合策略改进的鲸鱼优化算法

针对标准WOA算法初始种群分布不均、收敛速度较慢、全局搜索能力弱且易陷入局部最优等问题,提出一种混合策略改进的鲸鱼优化算法。采用Sobol序列初始化种群以使初始解在解空间分布更均匀;通过非线性时变因子和惯性权重平衡并提高全局搜索及局部开发能力,并结合随机性学习策略增加迭代过程中种群的多样性;引入柯西变异提升算法跳出局部最优的能力。通过对12个基准函数和一个水资源需求预测模型的参数估计进行优化实验,结果表明,基于混合策略改进的鲸鱼优化算法在寻优精度及收敛速度上均有明显提升。     

混合策略改进鲸鱼优化算法

针对标准鲸鱼优化算法（whale optimization algorithm,WOA）易陷入局部最优解、收敛精度低、收敛速度慢等问题,提出一种利用混合策略改进的鲸鱼优化算法（multi-strategy improved whale optimization algorithm,MSIWOA）。首先采取精英反向策略初始化种群,提高初始种群质量;其次,采取卡方分布的逆累积分布函数更新收敛因子以实现全局探索和局部开发的平衡;然后利用改进氏族拓扑结构强化种群的全局探索能力,并提高算法收敛速度;最后采取Circle映射产生混沌解,结合贪婪策略保留较优解,以帮助种群跳出局部最优解。通过对10个基准测试函数以及CEC2019测试函数进行仿真实验,结果表明,MSIWOA在收敛精度和收敛速度上均有较明显的提升。     

嵌入Circle映射和逐维小孔成像反向学习的鲸鱼优化算法

针对鲸鱼优化算法(WOA)容易陷入局部最优解、收敛速度慢等缺陷,提出一种改进鲸鱼优化算法.首先,利用Circle混沌序列取代原始算法中随机产生的初始种群,提高初始个体的多样性;其次,提出一种逐维小孔成像反向学习策略,增加寻优位置的多样性,提高算法摆脱局部最优的能力;最后,提出融合贝塔分布和逆不完全Γ函数的自适应权重,在...     

基于IWOASVM的煤矿突水预测模型

针对传统煤矿突水预测算法易陷入局部最优、预测结果准确率低及速度慢等问题,提出了一种基于改进鲸鱼优化算法(IWOA)-支持向量机(SVM)的煤矿突水预测模型。IWOA从鲸鱼种群初始化、调节因子非线性化及随机差分进化(DE)3个方面入手对鲸鱼优化算法(WOA)进行改进:使用Tent映射初始化鲸鱼种群,提高鲸鱼种群寻找到最优猎物的可能性;通过调节因子非线性变化策略,提升算法在迭代前期的全局搜索能力及迭代后期的局部搜索能力,从而加快收敛速度;引入DE算法的变异、交叉、选择操作,以增强WOA的全局搜索能力。利用IWOA对SVM模型进行参数优化,将影响煤矿突水的水压、隔水层厚度、煤层倾角、断层落差、断层与工作层距离、采高共6个影响因素作为模型的输入特征向量,突水与安全2种突水结果作为模型的输出向量,以突水预测结果与实际结果间的误差最小化为目标建立目标函数,得到基于IWOA-SVM的煤矿突水预测模型。实验结果表明:与粒子群优化算法、DE算法、WOA相比,IWOA的预测准确率最高,标准误差最小,且收敛速度快,鲁棒性好;IWOA-SVM的突水预测准确率达到100%,与传统的突水系数法、SVM、WOA-SVM相比,IWOA-SVM表现出更高的准确率和稳定性。     

一种改进的鲸鱼优化算法

针对鲸鱼优化算法（whale optimization algorithm ,WOA）容易陷入局部最优和收敛精度低的问题进行了研究,提出一种改进的鲸鱼优化算法（IWOA）。该算法通过准反向学习方法来初始化种群,提高种群的多样性;然后将线性收敛因子修改为非线性收敛因子,有利于平衡全局搜索和局部开发能力;另外,通过增加自适应权重改进鲸鱼优化算法的局部搜索能力,提高收敛精度;最后,通过随机差分变异策略及时调整鲸鱼优化算法,避免陷入局部最优。实验选取九个基准函数,所有算法均迭代30次,结果表明：改进的鲸鱼优化与原鲸鱼优化算法以及五种改进的鲸鱼优化算法相比,其均值和标准差均优于其他算法,收敛曲线也优于其他大多数算法。说明改进的鲸鱼优化算法收敛精度和算法稳定性最佳,收敛速度较其他大多数改进的鲸鱼优化算法明显加快。     

A new improved whale optimization algorithm with joint search mechanisms for high-dimensional global optimization problems

Similar to other swarm-based algorithms, the recently developed whale optimization algorithm (WOA) has the problems of low accuracy and slow convergence. It is also easy to fall into local optimum. Moreover, WOA and its variants cannot perform well enough in solving high-dimensional optimization problems. This paper puts forward a new improved WOA with joint search mechanisms called JSWOA for solving the above disadvantages. First, the improved algorithm uses tent chaotic map to maintain the diversity of the initial population for global search. Second, a new adaptive inertia weight is given to improve the convergence accuracy and speed, together with jump out from local optimum. Finally, to enhance the quality and diversity of the whale population, as well as increase the probability of obtaining global optimal solution, opposition-based learning mechanism is used to update the individuals of the whale population continuously during each iteration process. The performance of the proposed JSWOA is tested by twenty-three benchmark functions of various types and dimensions. Then, the results are compared with the basic WOA, several variants of WOA and other swarm-based intelligent algorithms. The experimental results show that the proposed JSWOA algorithm with multi-mechanisms is superior to WOA and the other state-of-the-art algorithms in the competition, exhibiting remarkable advantages in the solution accuracy and convergence speed. It is also suitable for dealing with high-dimensional global optimization problems.

     

仿生策略优化的鲸鱼算法研究

通过对混沌映射初始化种群和自适应调整搜索策略对鲸鱼优化算法(WOA)改进,提出了仿生策略优化的鲸鱼算法(BWOA),实现了对算法的全局优化能力和收敛速度的改进.通过基准测试函数的仿真,BWOA与标准WOA及高效的WOA(EWOA)对比分析,证明了BWOA的有效性.     

改进鲸鱼算法及其在路径规划的应用

针对鲸鱼优化算法(WOA)存在的收敛速度慢、收敛精度低和易陷入局部最优等问题,提出了采用非线性收敛因子、协同a的惯性权重、时变独立搜索概率和免疫记忆改进的鲸鱼优化算法(IWTWOA);应用非线性收敛因子、协同a的惯性权重和时变独立搜索概率改进WOA迭代模型,平衡了算法的全局搜索和局部搜索能力,有效避免了陷入局部最优的问题;引入免疫算法的免疫记忆机制,提高了算法收敛速度;选取了15个基准测试函数进行性能测试,结果表明IWTWOA算法在稳定性、计算精度和收敛速度上均有所提高;最终将其应用在路径规划问题中,获得了较好的结果.