混合差异演化算法求解多维背包问题

提出了一种求解多维0-1背包问题的混合差异演化算法,算法使用了两个主要的思想策略,即依据物品单位容积价值的高低选择物品的贪婪算法和基于二进制编码的差异演化算法。对10个测试算例进行了仿真试验,结果表明文章提出的算法可以快速找到这些测试算例的最优解,是求解多维背包问题的一种有效方法。     

Enhanced grey wolf optimizer with a model for dynamically estimating the location of the prey

Grey Wolf Optimizer (GWO) is a new meta-heuristic inspired by the hunting behavior of grey wolves. Our findings reveal that the optimizer has a strong search bias towards the origin of the coordinate system. In this article, a more realistic model is proposed to mimic the leadership hierarchy and group hunting mechanism of grey wolves in nature. In the innovative model, the location of the prey is dynamically estimated by leader wolves and each wolf is directly moving towards the estimated location of the prey. The proposed algorithm is compared with the original grey wolf optimizer and its recent variants on the CEC2017 test suite. The experimental results indicate that the enhanced optimizer significantly outperforms the original version and recent variants in terms of the convergence speed and the quality of solution found. The proposed algorithm also achieves the best solutions in solving two real engineering optimization problems at a lower computation cost.     

改进二进制和声搜索算法求解多维背包问题

和声搜索（HS）是一种已广泛应用于连续优化问题的元启发式方法。针对典型的组合优化问题——多维背包问题（MKP）,提出一种改进二进制和声搜索（IBHS）算法。算法通过伯努利随机过程生成二进制群体,在候选和声生成算子中,引入动态自适应参数,通过算法参数的自适应调整来协调算法的全局搜索和局部搜索,并提出一种新的更有效的衡量商品多维加权价值密度的方法用于二进制个体修正和优化;引入精英局部搜索机制进行协同寻优,提高IBHS的收敛速度。通过求解10组不同规模的典型多维背包算例和与贪心二进制狮群优化（GBLSO）算法、改进的差分演化（MBDE）算法以及二进制修正和声（BMHS）算法的对比分析,实验结果表明,所提算法在求解MKP时有具有良好的收敛效率、较高的寻优精度和很好的鲁棒性。     

Evolutionary multiobjective optimization using an outranking-based dominance generalization

One aspect that is often disregarded in the current research on evolutionary multiobjective optimization is the fact that the solution of a multiobjective optimization problem involves not only the search itself, but also a decision making process. Most current approaches concentrate on adapting an evolutionary algorithm to generate the Pareto frontier. In this work, we present a new idea to incorporate preferences into a multi-objective evolutionary algorithm (MOEA). We introduce a binary fuzzy preference relation that expresses the degree of truth of the predicate “x is at least as good as y”. On this basis, a strict preference relation with a reasonably high degree of credibility can be established on any population. An alternative x is not strictly outranked if and only if there does not exist an alternative y which is strictly preferred to x. It is easy to prove that the best solution is not strictly outranked. For validating our proposed approach, we used the non-dominated sorting genetic algorithm II (NSGA-II), but replacing Pareto dominance by the above non-outranked concept. So, we search for the non-strictly outranked frontier that is a subset of the Pareto frontier. In several instances of a nine-objective knapsack problem our proposal clearly outperforms the standard NSGA-II, achieving non-outranked solutions which are in an obviously privileged zone of the Pareto frontier.     

全局最优引导的差分演化二进制人工蜂群算法

针对基本二进制人工蜂群算法开采能力弱、收敛速度慢的缺点,提出一种全局最优引导的差分二进制人工蜂群算法。算法仿照粒子群优化,将全局最优参数引入二进制人工蜂群算法中以提高开采能力;同时受差分演化算法中“交叉”操作的启发,提出多维邻域搜索方式,加快收敛速度。采用0-1背包问题进行仿真,实验结果表明与传统算法相比,提出算法不仅寻优能力增强且收敛速度明显提高。对于10维背包问题,提出算法的收敛速度比基本二进制人工蜂群算法提高近10倍。     

基于混合编码的差异演化算法解0-1背包问题*

针对典型的一类NP完全问题——背包问题,提出一种混合编码的差异演化求解方法。该方法基于差异演化算法框架,采用混合编码机制,每个决策变量均由一个实数和一个二进制数的组合表示。利用新定义的映射算子,构建混合编码的种群;增加边界约束处理算子,确保变异算子计算结果满足边界约束条件;利用新定义的丢弃算子对于不可行的装包策略进行修正。通过数值仿真实验,将该方法与遗传算法、二进制差异算法的计算结果比较分析,表明该算法求解背包问题的有效性与适用性。     

蚁群算法求解多维0／1背包问题

0／1背包问题是一类典型的组合优化问题，并且是NP-完全的问题，研究它具有很重要的意义。本文针对多维0／1背包问题的特点，设计了二进制编码的有向图，使得蚁群算法可以应用到背包问题上。仿真结果表明，该蚁群算法在求解多维0／1背包问题上的是相当出色的。     

求解作业车间调度问题的改进混合灰狼优化算法*

灰狼优化算法(GWO)是目前一种比较新颖的群智能优化算法,具有收敛速度快,寻优能力强等优点。本文将灰狼优化算法用于求解复杂的作业车间调度问题,与布谷鸟搜索算法进行比较研究,验证了标准GWO算法求解经典作业车间调度问题的可行性和有效性。在此基础上,针对复杂作业车间调度问题难以求解的特点,对标准GWO算法进行改进,通过进化种群动态、反向学习初始化种群,以及最优个体变异等三个方面的改进操作,测试结果表明改进后的混合灰狼优化算法能够有效跳出局部最优值,找到更好的解,并且结果鲁棒性更强。     

求解0-1背包问题的二进制狮群算法

针对传统二进制群智能算法求解0-1背包问题易陷入局部最优、收敛速度慢的缺点,提出一种新的解决离散空间问题的二进制狮群算法BLSO。二进制狮群算法对狮王、母狮和幼狮的位置重新定义,引入反置运算、移动算子和学习算子建立全新的位置转移方式和局部搜索规则;加入贪心策略进行解的可行化处理和充分利用,增强局部搜索能力,进一步提高收敛速度。对9个典型的0-1背包算例进行仿真实验,实验结果表明,该算法不仅可以有效求解0-1背包问题,而且还能够以较快的速度搜索到精度较高的次优解甚至全局最优解,具有较好的稳定性;同时,对高维背包问题的求解与参考算法相比,在寻优时间和精度上更具优势。     

求解广义背包问题的贪心DS_BPSO算法

首先针对演化算法求解背包问题定义了贪心变换的概念,并给出了该变换的一种有效实现算法;然后将此算法与文献[5]中提出的具有双重结构编码的二进制粒子群优化算法(DS_BPSO)相结合,提出了一种解决广义背包问题GKP(General Knapsack Problem)的快速算法:基于贪心变换的DS_BPSO算法(GDS_BPSO).利用该算法求解文献[3,6]中的著名背包实例,给出了该背包实例的目前最好结果.此外,对于随机生成的大规模背包实例,通过与文献[3]中的HGA算法对比计算表明:GDS_BPSO算法是求解广义背包问题的一种高效方法.     

基于离散灰狼算法的喷涂机器人路径规划方法

针对目前用于复杂结构实体喷涂的机器人路径规划方法存在的效率低、未考虑碰撞以及适用性差等问题,提出一种用于求解多层决策问题的离散灰狼算法,并把该算法用于该路径规划问题的求解。为了将连续域灰狼算法改为用于求解多层决策问题的离散灰狼算法,采用矩阵编码方法解决多层决策问题的编码问题,提出基于先验知识与随机选择的混合初始化方法提高算法求解效率和精度,运用交叉算子与两级变异算子定义离散域灰狼算法的种群更新策略。另外,运用图论将喷涂机器人路径规划问题简化为广义旅行商问题,并建立了该问题的最短路径模型和路径碰撞模型。在路径规划实验中,相较于粒子群算法、遗传算法和蚁群算法,提出的算法规划的平均路径长度分别减小了5.0%、5.5%和6.6%,碰撞次数降低为0,且路径更平滑。实验结果表明,提出的算法能够有效提高喷涂机器人的喷涂效率,以及喷涂路径的安全性和适用性。     

基于离散灰狼算法的喷涂机器人路径规划方法

针对目前用于复杂结构实体喷涂的机器人路径规划方法存在的效率低、未考虑碰撞以及适用性差等问题，提出一种用于求解多层决策问题的离散灰狼算法，并把该算法用于该路径规划问题的求解。为了将连续域灰狼算法改为用于求解多层决策问题的离散灰狼算法，采用矩阵编码方法解决多层决策问题的编码问题，提出基于先验知识与随机选择的混合初始化方法提高算法求解效率和精度，运用交叉算子与两级变异算子定义离散域灰狼算法的种群更新策略。另外，运用图论将喷涂机器人路径规划问题简化为广义旅行商问题，并建立了该问题的最短路径模型和路径碰撞模型。在路径规划实验中，相较于粒子群算法、遗传算法和蚁群算法，提出的算法规划的平均路径长度分别减小了5.0%、5.5%和6.6%，碰撞次数降低为0，且路径更平滑。实验结果表明，提出的算法能够有效提高喷涂机器人的喷涂效率，以及喷涂路径的安全性和适用性。     

一种求解0-1背包问题的二进制修正和声搜索算法

针对0-1 背包问题, 提出一种二进制修正和声搜索算法. 该算法修正了即兴创作过程, 对参数PAR进行动态调整, 同时提出一种随机修复机制, 有效修复不可行的和声, 增强算法的局部搜索. 采用一种可行和声初始化方式, 保证初始和声都是可行的, 整个搜索过程完全采用0-1 二进制模式, 对14 个0-1 背包问题进行测试. 将所提出算法与其他算法进行比较, 结果验证了所提出算法的有效性.

     

基于编码转换的离散演化算法设计与应用

为了利用演化算法求解离散域上的组合优化问题,借鉴遗传算法（GA）、二进制粒子群优化（BPSO）和二进制差分演化（HBDE）中的映射方法,提出了一种基于映射变换思想设计离散演化算法的实用方法——编码转换法（ETM）,并利用一个简单有效的编码转化函数给出了求解组合优化问题的离散演化算法一般算法框架A-DisEA.为了说明ETM的实用性与有效性,首先基于A-DisEA给出了一个离散粒子群优化算法（DisPSO）,然后分别利用BPSO、HBDE和DisPSO等求解集合联盟背包问题和折扣{0-1}背包问题,通过对计算结果的比较表明：BPSO、HBDE和DisPSO的求解性能均优于GA,这不仅说明基于ETM的离散演化算法在求解KP问题方面具有良好的性能,同时也说明利用ETM方法设计离散演化算法是一种简单且有效的实用方法.     

求解多维0-1背包问题的一种改进的遗传算法

针对多维0-1背包问题,通过应用贪心法和二分搜索法的思想,本文提出了一种新的杂交算子——中值杂交,并且基于此算子提出了求解多维0-1背包问题的一种改进的遗传算法。最后本文通过一系列数值实验,把改进算法与传统的遗传算法以及其他最新的遗传算法进行比较,经过对求得近似解的精度及计算所需时间两方面的对比,验证了其有效性。     

求解0-1背包问题的混合蝙蝠算法

针对基本蝙蝠算法易陷入局部最优、收敛速度慢等缺点,对其进行优化研究。基于0-1背包问题的具体特征,在基本蝙蝠算法原有概念和框架的基础上,引入遗传算法中的交叉机制以及反置算子建立全新的位置转移方式和局部搜索规则;加入贪心策略进行解的可行化和充分利用,增强局部搜索能力,加快算法收敛速度,构建全新的混合蝙蝠算法。将混合蝙蝠算法应用于两组0-1背包算例,仿真实验结果优于自适应元胞粒子群算法、基本蝙蝠算法和贪心二进制蝙蝠算法。结果验证了该混合算法求解0-1背包问题的可行性和有效性。     

一种求解多维0-1背包问题的拟人算法

在项目决策与规划,资源分配,货物装载等工作中,提出了多维0-1背包问题,对这一问题,国内外学者提出了诸如模拟退火算法,遗传算法,蚁群算法及其它一些启发式算法等求解算法。该文提出了一种新的启发式求解算法。该算法使用了两个主要的思想策略,即依据物品单位容积价值的高低选择物品并对其进行标记的策略和拟人跳坑策略。用本文提出的算法,对55个测试算例进行了实算测试,得到了其中54个算例的最优解。测试结果表明,用该文提出的拟人算法求解多维0-1背包问题,计算结果的优度高,计算时间短,是求解此问题的有效算法。     

基于停滞检测的双向搜索灰狼优化算法

针对灰狼优化算法（GWO）易陷入局部最优、收敛速度低的问题,提出了一种基于停滞检测的双向搜索灰狼优化算法（DBGWO）。为了提升初始种群的质量,引入了Bernouilli shift映射;为了充分利用GWO特有的头狼机制,实现整体提升算法性能的目的,提出一种双向搜索策略;为了提升算法跳出局部最优的能力、增加算法的收敛速度,提出一种停滞检测机制,针对算法是否有陷入局部最优风险的判断,狼群会采取相应的措施改变当前状态。通过对23个基准测试函数进行仿真实验结果表明,所提算法在求解多峰函数问题上效果显著,同时在求解最优解非0点的函数问题上表现也较为优越。将该算法用于求解多阈值图像分割问题,解决了用Kapur熵法计算多阈值时耗时过长的问题。     

An effective hybrid EDA-based algorithm for solving multidimensional knapsack problem

In this paper, an effective hybrid algorithm based on estimation of distribution algorithm (EDA) is proposed to solve the multidimensional knapsack problem (MKP). With the framework of EDA, the probability model is built with the superior population and the new individuals are generated based on probability model. In addition, an updating mechanism of the probability model is proposed and a mechanism for initializing the probability model based on the specific knowledge of the MKP is also proposed to improve the convergence speed. Meanwhile, an adaptive local search is proposed to enhance the exploitation ability. Furthermore, the influences of parameters are investigated based on Taguchi method of design of experiment and the importance of repair operator is also studied via simulation testing and comparisons. Finally, numerical simulation is carried out based on the benchmark instances, and the comparisons with some existing algorithms demonstrate the effectiveness of the proposed algorithm.     

一种求解多维背包问题的混合分布估计算法

针对多维背包问题（MKP）,提出一种基于分布估计算法的混合求解算法,该算法基于优势种群构建概率模型,并基于概率模型采样产生新个体;同时,提出一种基于MKP问题信息的修复机制,有效修复采样后种群中的不可行解．另外,设计了一种自适应的局部搜索操作,以增强算法的局部搜索能力,基于标准测试集的仿真结果和算法比较验证了所提出的混合算法的有效性和鲁棒性．