基于种群角度距离的高维多目标优化问题的演化算法研究

来源 :江南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhuxh054
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
相比于多目标优化问题(Multi-Objective Optimization Problems,MOPs),同时考虑目标数大于3的高维多目标优化问题(Many-Objective Optimization Problems,MaOPs)更符合实际应用。随着目标个数不断增多以及目标问题的复杂度增加,目前的多目标优化方法无法很好的解决高维目标空间中性能退化问题,如无法很好的筛除性能差的支配抵抗解(Dominance Resistant Solutions,DRSs),在高维目标空间中的收敛性和多样性平衡性差,面对复杂Pareto前沿难以自适应调整,缺少良好的收敛性和多样性评估方法等。因此,MaOPs是当前演化计算领域的研究热点和研究难点。针对当前问题难点和演化计算的特点,本文提出了两个高效且易实现的新高维多目标优化算法(Many-objective Evolutionary Algorithms,MaOEAs),并在标准测试集上与目前主流算法比较。本文研究具体如下:(1)为改善高维目标空间中种群整体收敛性和多样性的平衡问题,同时增强种群整体性能,本文设计了一种基于新的角度惩罚距离的高维多目标优化算法(A Many-Objective Evolutionary Algorithm based on New Angle Penalized Distance,MaOEA-NAPD)。在MaOEA-NAPD中,它可以随着进化过程调节收敛性和分布性重要程度从而进行平衡,并在环境选择中用新的角度惩罚距离来剔除较差个体来提高种群整体的性能。除了对环境选择改进外,本文将匹配机制改为基于两目标Pareto占优的二进制锦标赛选择策略,并引入了新的收敛性度量和分布性度量,分别为成绩标量函数和基于角度的拥挤度度量,从而提高了匹配池的择优能力。实验结果表明,在从3目标到15目标的标准测试函数中,与主流算法性能相比较,MaOEA-NAPD能取得更好结果且还具有自适应参考向量生成,时间复杂度低等优势。(2)为增强种群在高维目标空间中收敛性和多样性的评估能力,从而准确筛出并保存种群中的优异个体,本文提出了一种基于角度距离的分离和聚类的高维多目标进化算法(An Angle Distance based Many-Objective Evolutionary Algorithm with Separation and Clustering,ADMaOEA-SC)。在ADMaOEA-SC的环境选择中,首先采用角度优先策略来选择当前种群多样性最优的个体,以此作为目标子空间的中心,达到分离和保存多样性的目的。然后,通过最大最小距离将具有中心相似特性的个体进行聚类。最后根据聚合函数值进行精英选择,即在聚类中选取收敛性和多样性综合最优的精英个体进入下一代。经过共145组高维多目标标准测试函数的实验,结果表明ADMaOEA-SC算法能取得比对比算法更好结果。ADMaOEA-SC的主要优势在于通过更准确的评估策略提升算法在带有不规则Pareto前沿优化问题的性能。综上所述,本文针对高维目标空间种群的收敛性与多样性设计了两种不同的MaOEAs,并在相关测试函数中验证了性能。在高维目标空间中对于收敛性和多样性平衡的重视,可以缓解个体陷入局部最优解的情况同时提升种群整体性能,从而可以更好的适应带有复杂Pareto前沿问题。
其他文献
据调查显示癌症是威胁人民身体健康的病因之一,治疗费用昂贵且不易治愈,而放射线治疗是治疗癌症的有效手段。放射治疗的成功很大程度上取决于对肿瘤的准确照射和对周围高危器官的保护。为了将规定的剂量输送到靶区,减少健康器官受辐射的影响,高危器官的分割对于放射治疗的正确规划至关重要。在临床实践中,分割由专家手动执行以规划放射治疗,手动分割既耗时又繁琐,结果可能因专家而异。自动分割技术可以提供准确稳健的结果,帮
学位
近年来,物联网设备(Internet of Things,IoT)发展迅速,时间敏感的应用如视频流、智能交通、数据共享和个性化多媒体等服务需求迅速增加。边缘计算应运而生,其核心思想是将一部分请求卸载到网络边缘节点进行处理,而不是将其上传到云服务器处理。但是,相比于拥有强大运算能力的云服务中心,在移动边缘计算架构中,边缘服务器的计算资源和存储资源通常是有限的,且分布比较分散。面对未来大规模增加的接入
学位
多源在线迁移学习利用多个源域的标记数据来增强目标域的分类性能,其中目标域以在线的方式接受数据。通过动态调整源域和目标域的权重,使得各个域能被自适应地利用,所以具有良好的泛化性能和极高的学习效率。然而在许多现实场景中的数据往往是不平衡的,其中的少数类样本被误分类将带来重大的损失。为了有效解决这样的实际问题,本文提出了新的多源在线迁移学习算法,具体的研究工作如下:本文提出了一种可以对目标域样本过采样的
学位
网络中的文本信息愈加丰富多样,但如何从海量非结构文本中提取有价值的信息却无从下手,因此亟需一些方法和工具来完成这项任务。其中一个重要的信息提取方法就是命名实体识别,其主要用于提取例如人名、地名和组织机构名等有特定意义的实体信息。近年来,命名实体识别得到了广泛的研究和发展,但目前基于Transformer编码器的中文命名实体识别方法仍存在以下问题:第一,在字符特征提取时,存在未充分利用字符相关多语义
学位
随着人工智能技术的迅速发展,行人重识别逐渐成为计算机视觉领域热门的研究课题,其作为智能视频监控系统中的重要组成部分,可以帮助从候选集中检索出待查询行人的所有图像,从而减少大量的人力成本,具有巨大的研究意义和应用价值。然而,由于背景杂乱、遮挡、图像质量低和相机视角等复杂的影响因素,给行人重识别带来了严峻的挑战。目前,主流的基于图像的行人重识别方法主要研究如何从捕捉到的监控图像中提取更具有判别性的行人
学位
特征选择旨在通过去除冗余、有噪声和不相关的特征,找到一组简捷且具有良好泛化能力的特征,由此提出的相关算法已广泛应用在生物信息学、数据挖掘和机器学习等领域。基于是否使用标签,特征选择方法可分为有监督学习,无监督学习。本文分别从无监督和有监督领域探讨了不同特征选择方法的性能,主要内容包括:首先,给出了联合不相关回归和非负谱分析的无监督特征选择(JURNFS)模型,JURNFS在选择不相关且具有判别性特
学位
遗传规划算法(Genetic Programming,GP)是一种典型的智能优化算法,它可自动生成解决问题的计算机程序及其他复杂结构,从而解决各类优化问题。GP模拟了种群的演化过程,采用选择、交叉、变异等遗传算子优化种群中的个体,以适应值为导向寻找最优解。然而,GP存在早熟收敛及代码膨胀等问题,这些问题将对解的质量产生重要影响。因此,针对GP存在的上述问题,本文展开了以下研究工作:(1)早熟收敛问
学位
不相关并行机调度问题(Unrelated Parallel Machine Scheduling Problem,UPMSP)是现代工业生产中普遍存在的一种车间调度问题,广泛应用于通讯设备制造、窑炉煅烧制造、纺织制造以及其他工业活动中。在不考虑其他约束条件下,它通常要求将一组数量有限的作业分配到一组数量有限的机器上,同时确保一个或者多个关键目标值最优。然而,实际的工业生产需要考虑大量的其他因素:例
学位
多目标优化问题(Multi-objective optimization problems,MOPs)在科学研究和工程领域广泛存在,研究者提出了许多经典多目标演化算法(Multi-objective optimization evolutionary algorithms,MOEAs)来求解MOPs,且取得了一定的成效。然而,MOEAs无法在求解决策变量数大于100的大规模多目标优化问题(Larg
学位
人脸检测技术是指一种从给定图像中识别出所有人脸,并返回对应的人脸边界框的技术,是当前计算机视觉领域的热点研究内容之一。目前人脸检测技术已被广泛应用于智能手机的美颜拍照、刷脸支付以及小区的安防门禁等应用场景中。尽管人脸检测技术在最近十多年里已经发展得比较成熟,但它在无约束环境下的性能仍然有很大的提升空间,同时在移动设备上的性能和检测速度也不令人满意。因此,人脸检测技术仍然存在着深入研究的学术价值和工
学位