多目标演化算法

演化算法因其内在的并行行,在求解多目标优化问题时具有独特的优势。本文介绍多目标演化算法的基本原理,并详细讨论基于Pareto最优概念的多目标演化算法。     

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．     

基于演化算法实现多目标优化的岛屿迁徙模型

多目标演化算法(MOEA)利用种群策略，尽可能地找出多目标问题的Pareto最优集供决策者选择，为决策者提供了更大的选择余地，与其它传统的方法相比有了很大的改进．但提供大量选择的同时，存在着不能为决策者提供一定的指导性信息，不能反映决策者的偏好，可扩展性差等问题．本文提出了一个新的多目标演化算法(MOEA)计算模型…岛屿迁徙模型，该模型体现了一种全新的多目标演化优化的求解思想，对多目标优化问题的最优解集作了新的定义．数值试验结果表明，岛屿迁徙模型在求解MOP时有效地解决了以上问题，并且存在进一步改进的潜力．     

Pareto强度值演化算法求解多目标优化问题

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.本文定义和使用稀松密度来保持群体中个体的均匀分布,并将个体的Pareto强度值和稀松密度合并到个体的适应值定义中.通过对测试函数的实验,验证了算法的可行性和有效性.     

基于斜率淘汰策略的多目标演化算法

提出一种新的多目标演化算法——基于斜率淘汰策略的多目标演化算法。利用基于斜率的淘汰策略,在演化过程中能以较低的时间复杂度更新精英空间、保存精英个体(Elitist),且取得的解数量大,既保证了近似解集对Pareto前沿的逼近,又很好地保持了解集分布的均匀性。对于一些代表性的Benck Mark问题,数值试验都取得了非常好的效果。     

基于稀松密度的多目标优化演化算法

该算法定义和使用稀松密度来保持群体中个体的均匀分布,并将个体的Pareto强度和稀松密度合并到个体的适应值定义中,使得搜索向Pareto最优解集的方向进行并防止早熟;算法还采用多父体杂交策略,每代只产生一个新个体、淘汰一个最差个体,精英个体自动留存。算法复杂度小,占用存储空间少。通过对测试函数的实验,验证了算法的可行性和有效性。     

多目标演化算法的进展研究

回顾多目标演化算法的研究历史,给出问题相应的数学描述;其次,分析经典的第一代多目标进化算法,阐明这一代算法的优点与不足;对新一代多目标进化算法作详细的分析,其主要特点是构造外部种群实现精英保留机制;最后多目标进化算法的研究方向作展望.     

基于进化算法的多目标优化方法

进化算法在解决多目标优化问题中有其特有的优势.首先对多目标优化问题进行了描述;然后结合研究现状讨论了目前几种主要的基于进化算法的多目标优化方法,以及它们的优缺点;最后给出了多目标进化优化算法的一些应用,以及进化多目标优化算法的未来发展方向.     

基于正交设计的多目标演化算法

提出一种基于正交设计的多目标演化算法以求解多目标优化问题(MOPs)．它的特点在于：(1)用基于正交数组的均匀搜索代替经典EA的随机性搜索,既保证了解分布的均匀性,又保证了收敛的快速性;(2)用统计优化方法繁殖后代,不仅提高了解的精度,而且加快了收敛速度;(3)实验结果表明,对于双目标的MOPs,新算法在解集分布的均匀性、多样性与解精确性及算法收敛速度等方面均优于SPEA;(4)用于求解一个带约束多目标优化工程设计问题,它得到了最好的结果——Pareto最优解,在此之前,此问题的Pareto最优解是未知的．     

一种高效的多目标演化算法

为了提高非劣解向Pareto最优前沿收敛的速度及进一步提高解的精度,在设计了一种新的杂交算子并改进了NSGA-Ⅱ的拥挤操作的基础上,提出了一种基于分级策略的多目标演化算法。数值实验表明,新算法能够非常高效地处理高维的最优前沿为凸的、非凸的和不连续前沿的多目标测试函数,得到的非劣解具有很好的分布性质。但在处理高维的具有太多局部最优前沿的多峰函数时极易陷入局部最优前沿。     

基于Pareto的多目标优化免疫算法

免疫算法具有搜索效率高、避免过早收敛、群体优化、保持个体多样性等优点。将其应用于多目标优化问题,建立了一种新型的基于Pareto的多目标优化免疫算法(MOIA)。算法中,将优化问题的可行解对应抗体,优化问题的目标函数对应抗原,Pareto最优解被保存在记忆细胞集中,并利用有别于聚类的邻近排挤算法对其进行不断更新,进而获得分布均匀的Pareto最优解。文章最后,对MOIA算法与文献[3]中SPEA算法进行仿真,通过比较两者的收敛性和分布性,得到了MOIA优于SPEA的结论。     

一种基于个体密度估算的多目标优化演化算法

通过在目标空间中利用目标本身信息估算个体k最近邻距离之和,作为个体的密度信息,根据个体的密度信息对群体中过剩的非劣解进行逐个去除,以便更好地维护解的多样性,由此给出了一种基于个体密度估算的多目标优化演化算法IDEMOEA。用这个算法对几个典型的多目标优化函数进行测试。测试结果表明,算法IDEMOEA求解多目标优化问题是行之有效的。     

基于生态策略的动态多目标优化算法

动态多目标优化问题(dynamic multi-objective optimization problems, DMOP)的目标函数、约束条件或者问题的相关参数随时间变化,是多目标优化领域非常重要的研究难题,传统方法难以很好地追踪其变化的Pareto前沿.针对动态多目标优化问题特点,提出了一种基于生态策略的动态多目标优化算法(dynamic multi-objective optimization algorithm based on ecological strategy, ESDMO).各种群可以采取不同的进化策略应对外部环境变化,捕食种群与被捕食群体间的竞争也促进种群不断提高生存力.受此启发,采用了一种多种群协同进化机制与强化学习策略相结合的协同进化计算模型.该算法定义了一种环境自检算子用于检测环境的变化,不同的种群采取不同的生态策略来应对动态环境变化.经过各种类型的动态多目标优化问题测试,实验结果表明所提出的算法具有更好的解集多样性、均匀性和分布性,验证了该算法对于解决动态多目标优化问题是有效的.     

基于多父体杂交的多目标演化优化算法

多目标优化问题是演化计算领域的一个新热点。提出了一种求解Pareto最优解集的新算法,它既能较快地收敛,又能有效保持种群的多样性。新算法引入了“约束占优”的概念;采用多父体杂交算子(一种多父体非凸线性组合算子),最小淘汰压力策略(每次只淘汰群体中的一个最差个体),以及适应值共享的niche技术,这样既保证了近似解集对Pareto前沿的逼近,又保持了解集分布的均匀性。对一些代表性的BenchMark问题(包括凸的与非凸的、连续的与间断的、带约束的与不带约束的各种问题)数值试验都取得了很好的结果。     

多目标进化算法的研究与进展

多目标优化问题通常难以处理,在20世纪80年代中期人工智能的进化算法开始应用于该领域.近10年来涌现了很多种多目标进化算法,一些已成功应用到工程实践中,从而形成了最近的一个热门研究领域.本文阐述了多目标进化算法研究的有关工作进展,并提出今后需要研究的问题,旨在引起大家对此新兴研究领域的关注与兴趣,从而推动与此相关问题的研究.     

一种基于云模型的多目标进化算法

在多目标进化算法的基础上,提出了一种基于云模型的多目标进化算法(CMOEA).算法设计了一种新的变异算子来自适应地调整变异概率,使得算法具有良好的局部搜索能力.算法采用小生境技术,其半径按X条件云发生器非线性动态地调整以便于保持解的多样性,同时动态计算个体的拥挤距离并采用云模型参数来估计个体的拥挤度,逐个删除种群中超出的非劣解以保持解的分布性.将该算法用于多目标0/1背包问题来测试CMOEA的性能,并与目前最流行且有效的多目标进化算法NSGA-II及SPEA2进行了比较.结果表明,CMOEA具有良好的搜索性能,并能很好地维持种群的多样性,快速收敛到Pareto前沿,所获得的Pareto最优解集具有更好的收敛性与分布性.     

一种基于多Agent的进化多目标优化算法

将进化多Agent系统引入多目标优化问题求解,通过Agent的局部搜索机制及Agent种群的协同进化机制来寻求Pareto最优解。在设计的进化算法当中借鉴了人工生命系统中的一些基本方法,如能量、小生境和迁移机制等。实例表明通过该进化算法求得Pareto最优解集具有很高的效率。     

基于新模型的动态多目标优化进化算法

在动态多目标优化中,各目标通常相互冲突,其最优解往往有无穷多个,如何在时间连续发生变化的情况下依然能求出分布均匀且数量多的Pareto最优解供决策者选择十分重要.对动态多目标优化问题连续变化的时间变量区间进行了任意划分,在得到的每个时间子区间上把动态多目标优化问题近似为静态多目标优化问题,进而在每个子区间上定义了种群的静态序值方差和静态密度方差,然后把目标个数任意的动态多目标优化问题转化成一个双目标静态优化问题.在给出的一种能自动检测时间变化的自检算子下,提出一种新的动态多目标优化进化算法,并且证明了算法的收敛性.计算机仿真表明新算法对动态多目标优化问题求解十分有效.     

基于模拟退火的多目标优化算法

该文剖析了多目标优化问题和物体退火之间的关系,发现两者之间有着天然的联系,并在此联系的基础上,构建了一种新型的多目标优化算法———基于模拟退火的多目标优化算法。最后,基于典型算例的数值仿真验证了算法的有效性。     

基于（μ＋λ）选择策略的多目标优化分段遗传算法

在多目标优化遗传算法中，将整个种群按目标函数值划分成若干子种群，在各子种群内μ个父代经遗传操作产生λ个后代；然后将各子种群的所有父代和后代个体收集起来进行种群排序适应度共享，选取较好的个体组成下一代种群。相邻的非劣解容易分在同一子种群有利于提高搜索效率；各子种群间的遗传操作可采用并行处理；各子种群的所有
有个体收集起来进行适应度共享有利于维持种群的多样性。最后给出了计算实例。