基于高斯过程的多元高斯分布估计离线优化算法

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wsw12345ok
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
许多现实世界的优化问题需要昂贵的计算模拟甚至物理实验来评估候选解。而代理模型辅助的进化算法(Surrogate-assisted Evolutionary Algorithm,SAEA)就是用来解决现实世界中这类昂贵优化问题。然而在某些情况下,在进化算法优化过程中没有在线数据可用,只能基于离线历史数据构建代理模型。这被称为离线的数据驱动优化问题。由于没有新数据可用于改进代理模型,离线数据驱动优化仍然是一个十分有挑战性的课题。本文设计了一套基于分布估计算法(Estimation of Distribution Algorithm,EDA)的离线数据驱动优化框架用来解决离线优化问题。并基于该离线优化框架提出了一种全新的高斯过程辅助的多元高斯分布估计算法(A Gaussian Process Assisted Offline Estimation of Multivariate Gaussian Distribution Algorithm,GP-OEMGDA)。不同于一般的SAEA算法使用传统的进化算法(Evolutionary Algorithm,EA)作为优化组件,本文提出的离线优化算法GP-OEMGDA的优化组件是基于概率分布的EDA来设计的。EDA在优化中明确使用概率模型的方法,与传统类型的进化算法相比,可以更好的挖掘有限离线数据集的信息。GP-OEMGDA采用多元高斯分布作为EDA的概率模型。GP-OEMGDA的代理模型部分是基于高斯过程模型(也被称作克里金模型)训练了两种不同特点的模型,一个精准度高的盲克里金模型和一个鲁棒性强的普通克里金模型。为综合这两种模型的优点,GP-OEMGDA设计了一种基于预测结果稳定性的模型管理策略。该策略使得GPOEMGDA兼具出色的优化效果和强鲁棒性。在对于子代的选择策略上,GP-OEMGDA没直接使用使用代理模型给出的值来作为子代的适应度值,而是结合了代理模型给出的均值和方差的组合来给出子代中各个个体的排名。这样有助于增强算法的鲁棒性。特别是对于没有数据更新的离线数据驱动优化问题,可以防止算法早熟,即收敛到局部最优。最后本文在5个典型的基准问题上进行了全面的实验。实验结果表明,本文所提出离线优化算法GP-OEMGDA能够充分挖掘离线数据集的信息,对于5个基准问题均能收敛到一个合理的最小值。通过和单模型的算法进行对比,GP-OEMGDA的双模型管理策略也被证明是成功的。GP-OEMGDA和目前业界的相同类型的数据驱动算法进行了对比,在一些问题上能取得更好的优化结果。并且在现实世界中的热点材料电优值优化问题上,GP-OEMGDA也取得了不错的优化效果。
其他文献
科技发展和生产力解放带来了对能源和环境的新要求,发展高效清洁的能源转化方式成为备受关注的热点。新能源电池的使用越来越广泛,但其中涉及的氧气析出反应是一个动力学复杂的高能量驱动反应。降低新能源电池的使用能耗成本需要高效廉价的电催化剂。金属钴及其衍生物均具有可观的催化活性,有发展为商业催化剂的潜力。ZIF-67是一种以钴为金属节点的金属有机框架材料,可以在保留金属活性位的同时引入异种元素进行电子构型的
学位
骨关节炎是一种由关节软骨退变引起的慢性骨关节疾病,可导致患处关节肿胀、疼痛、僵硬、活动受限、肢体失能。由于目前的中国已经开始逐渐走向老龄化社会,骨关节炎患者的增加也将变成一个日趋严重的社会问题,给个人家庭以及社区医疗等卫生系统带来了很大的压力。怎样寻找一个可以有效治愈骨关节炎疾病的手段,是目前科研人员亟待解决的主要问题。而目前对骨关节炎疾病的疗法,主要是非药物疗法、药物治疗和手术疗法这三类方式。对
学位
掺氮碳材料中的氮物种可以有效的调控其电子特性和表面化学的性质,从而引起碳材料催化性能的差异。改变制备条件而增加氮物种的相对含量,可调变掺氮碳材料的催化活性。然而不是所有研究都能得到氮物种的相对含量与反应活性的简单关系。研究氮原子掺杂在碳材料表面的种类、分布与构型有利于认识催化反应中的活性位点、电子转移过程与催化反应机理。虽然掺氮碳材料上的氧还原反应(ORR)得到了广泛的研究,然而对于催化剂的活性中
学位
近年来有关C(sp~3)–H键氧化官能化的研究成为了热点领域之一,因为该类反应能够有效避免预官能化,提高原子和步骤经济性,符合现代有机合成理念。氧杂蒽及其衍生物是杂环化合物中一类非常重要的分子,是组成许多重要生物活性物质、合成药物、催化剂和染料等最常见的分子骨架之一,因此开展其官能化研究具有重要的科学与现实意义。本文依据苄位C(sp~3)–H氧化转化策略,实现了氧杂蒽衍生物的两类选择性官能化反应,
学位
以相变材料为核心的相变储能技术是一种能够协调能量时间和空间不匹配的矛盾、提高能源利用率的新型节能技术。将具备储热特性的相变材料(PCM)应用于建筑采暖保温系统中,能够提升室内热舒适性,进而减少对于建筑调温设备的依赖,最终起到降低能耗的效果。与有机相变材料相比,水合盐无机相变材料作为无机相变材料因其具有成本低,获取来源多和安全不易燃等优点,在建筑节能领域受到了广泛关注。本文将五水合硫代硫酸钠和三水合
学位
参数曲线曲面的造型设计,在计算机辅助设计(Computer Aided Design,CAD)、计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing,CAM)、计算机辅助工程(Computer Aided Engineering,CAE)、计算机图形学(Computer Graphics,CG)等许多领域发挥出了巨大的应用价值。Bernstein基函数和B样条基函数作为经典的多
学位
不变流形是理解和研究微分动力系统的长期动力学行为的有效工具之一,其存在性、光滑性与持久性的探讨大多基于解析半群理论,已获得十分丰富的研究成果。另一方面,积分半群理论也广泛应用于年龄结构等数学模型的不适定性问题。但是,噪声驱动的此类不适定方程的研究甚少,特别是长期动力学行为的研究还在起步阶段。因此,很有必要深入研究此类随机不适定方程的不变流形。本学位论文研究了一类不适定随机发展方程在分别由线性噪声和
学位
喊价式期权是一种奇异期权,它赋予期权持有人一次“喊价”机会,期权的最终回报是标准欧式看涨期权的回报和喊价时的隐式回报取大者。喊价机制能在一定程度上保障持有人的最终收益。文章研究了连续分期付款喊价式期权的定价问题。期权持有人要在期权有效期内连续支付期权金以继续持有期权。由于持有人对喊价或者终止期权的选择具有随机性,该类期权不存在显式定价公式。本文研究得出连续分期付款喊价式期权的定价模型为抛物型变分不
学位
缺血诱发的细胞应激性衰老是影响心血管疾病发生发展的潜在靶点。有研究发现,心肌缺血诱发的心肌细胞衰老是心功能不全的主要原因。成纤维细胞是缺血性损伤后组织修复的重要参与者,模拟急性心肌梗死的氧糖剥夺(oxygen glucose deprivation,OGD)可诱导成纤维细胞分化为肌成纤维细胞,通过分泌胶原等介导组织修复,促进损伤部位瘢痕的形成。研究发现,成纤维细胞的衰老影响缺血组织损伤修复。衰老的
学位
生化反应模型可以从分子层面描述组织、器官的功能,甚至在更高层面中描述生物种群的行为和时间演化。相较于确定性的生化反应模型,随机模型能够更加精确地刻画反应系统内部的动力作用,但它同时也为模型的计算带来了更多挑战。在实际应用场景中,模型参数往往是未知的,此时就需要通过一些方法进行估计。贝叶斯推断是解决这类模型的参数推断问题的一种主流方式。特别地,考虑到随机生化反应模型的似然函数未知,直接推断比较困难,
学位