基于自适应学习的多目标粒子群优化算法

将进化算法应用于某些多目标优化问题时,采用增加种群规模和进化代数的方法往往耗费大量的目标函数计算开销,且达不到提高种群进化效率的目的,为此提出了一种基于自适应学习最优搜索方向的多目标粒子群优化算法。采用自适应惯性权值平衡算法的全局和局部搜索能力,采用聚类排挤方法保持Pareto非支配解集的分布均匀性,使用最近邻学习方法为每个粒子在Pareto非支配解集中寻找一个最优飞行目标来提高其收敛速度并保持粒子群搜索方向的多样性。实验结果表明,提出的算法可在显著地降低函数评估成本的前提下实现快速的搜索,并使粒子群均匀地逼近Pareto最优面。     

分层粒子群优化算法

针对粒子群优化算法存在进化后期局部搜索能力不强、收敛速度变慢的问题,提出一种分层粒子群优化算法。利用标准粒子群优化算法在整个搜索空间内进行全局搜索,由全局搜索获得的较优个体产生局部搜索区域,在局部区域内进行进一步搜索。为避免陷入局部最优,采用动态调整局部搜索区域的策略,保持算法的全局收敛性。通过典型测试函数计算表明,该算法的收敛速度和局部搜索能力有明显改善。     

一种基于粒子群优化的多目标优化算法

论文提出了一种基于粒子群的多目标优化算法,该算法采用Pareto支配关系来更新粒子的个体最优值和局部最优值,用存储池保存搜索过程中发现的非支配解;采用聚类算法裁剪非支配解,以保持解的分布性能;采用动态惯性权重法来平衡粒子群对解空间的局部搜索和全局搜索,以提高算法的全局收敛性能。实验结果表明,论文算法是有效的,能有效的求解多种多目标优化问题。     

均衡分布性和收敛性的多目标粒子群优化方法

粒子群优化（PSO）算法是一种基于群体演化且非常有效的求解多目标优化问题的方法,但因经典算法中粒子进化存在趋同性导致算法易陷入局部Pareto最优前沿,使得解集收敛性和分布性不理想。为此提出了一种均衡分布性和收敛性的多目标粒子群优化（DWMOPSO）算法,算法中每个粒子根据自身在进化过程中记忆的个体最好适应度值构建进化速度,由进化速度的快慢动态调整各粒子惯性权重,增加粒子的多样性,从而提高粒子跳出局部最优解的概率。通过在5个标准测试函数上进行仿真实验,结果表明,与Coello的多目标粒子群优化(MOPSO)算法相比,DWMOPSO算法获得的解集在与真实解集的逼近性和解集的分布性两个方面都有了很大的提高。     

基于Q学习的多任务多目标粒子群优化算法

多任务粒子群优化算法(multi-task particle swarm ptimization, MTPSO)通过知识迁移学习,具有快速收敛能力,广泛应用于求解多任务多目标优化问题.然而, MTPSO难以根据种群进化状态自适应调整优化过程,容易陷入局部最优,收敛性能较差.针对此问题,利用强化学习的自我进化与预测能力,提出一种基于Q学习的多任务多目标粒子群优化算法(QM2PSO).首先,设计粒子群参数动态更新方法,利用Q学习方法在线更新粒子群算法的惯性权重和加速度参数,提高当前粒子收敛到Pareto前沿的能力;其次,提出基于柯西分布的突变搜索策略,通过全局和局部交替搜索多任务最优解,避免算法陷入局部最优;最后,设计基于正向迁移准则的知识迁移方法,采用Q学习方法更新知识迁移率,改善知识负迁移现象.与已有经典算法的对比实验结果表明所提出的QM2PSO算法具有更优越的收敛性.     

基于自适应参数与混沌搜索的PSO算法求解柔性作业车间调度问题

针对传统粒子群优化(PSO)算法在求解柔性作业车间调度问题中的不足,提出了基于自适应参数与混沌搜索的粒子群优化算法。对粒子群算法中的惯性系数等参数采用基于迭代搜索而自适应调整的方式,使粒子在初期以较大惯性进行大范围搜索,后期逐渐减小惯性而转入精细搜索。这种方法改变了传统粒子群算法在求解过程中的盲目随机与求解精度不高的问题;同时,通过在局部搜索过程中引入混沌技术,扩大对最优解的寻找范围,以此避免算法陷入局部最优,有效提高算法的全局寻优能力。实验结果表明,基于自适应参数与混沌搜索的粒子群优化算法在求解柔性作业车间调度问题(FJSP)时能够获得更优粒子适应度平均值及更好的优化目标。所提算法对求解柔性作业车间调度问题可行,有效。     

基于平衡搜索策略的多目标粒子群优化算法*

鉴于平衡全局和局部搜索在多目标粒子群优化算法获取完整均匀Pareto最优前沿方面的重要性,设计平衡全局和局部搜索策略,进而提出改进的多目标粒子群优化算法(bsMOPSO).文中策略在局部搜索方面设计归档集自挖掘子策略,通过对归档集中均匀分布的部分粒子进行柯西扰动,使归档集涵盖整个前沿面的局部搜索.在全局搜索方面设计边界最优粒子引导搜索子策略,以边界最优粒子替换部分粒子的全局最优解,引导粒子向各维目标的边界区域搜索.选取4种对比算法在ZDT和DTLZ系列的部分测试函数上进行实验,结果表明bsMOPSO具有更快的Pareto最优前沿收敛效率和更好的分布性.     

改进的混沌粒子群算法在TSP中的应用

针对基本粒子群(PSO)算法不能较好地解决旅行商优化问题(TSP),分析了基本粒子群算法的优化机理,在新定义粒子群进化方程中进化算子的基础上利用混沌运动的随机性、遍历性等特点,提出一种结合混沌优化和粒子群算法的改进混沌粒子群算法.该算法对惯性权重进行自适应调整,引入混沌载波调整搜索策略避免陷入局部最优,形成一种同时满足全局和局部寻优搜索的混合离散粒子群算法,使其适合解决TSP此类组合优化问题.利用MATLAB对其进行了仿真.仿真结果说明此算法的搜索精度、收敛速度及优化效率均较优,证明了此算法在TSP中应用的有效性,且为求解TSP提供了一种参考方法.     

自适应动态调整粒子群的云计算任务调度

为了高效地实现云计算任务调度,融合改进的分数阶达尔文粒子群算法和多目标函数构造,提出一种新的云计算任务调度算法。对分数阶达尔文粒子群算法进行全方位改进,基于粒子群适应度动态调整惯性权重系数以自适应搜索最优解;利用粒子自身进化信息定义进化因子,结合进化因子并利用高斯图函数调整分数阶次α系数以实现快速收敛;借助Levy飞行随机扰动对局部最优位置进行位置扰动以提高跳出局部最优的能力;综合最短等待时间、资源负载均衡程度及任务完成所耗费用等三个目标构造任务调度满意度函数,以此搜索任务调度最优解。仿真实验表明,与其他粒子优化算法相比,该算法有较快的收敛速度和较高的寻优精度;在任务调度中,该算法与其他三种调度算法相比,在较低的截止时间未完成率下实现了虚拟资源的均衡负载。     

基于粒子群优化算法的电力系统无功优化

针对粒子群优化算法在进化中随种群多样性降低易出现早熟收敛等问题,结合全局-局部最优模型,提出一种改进的全局-局部参数最优粒子群优化算法。利用全局-局部最优惯性权重及全局-局部最优加速度常数,简化速度更新方程,使算法性能得到改善。将该算法应用于电力系统无功优化中,仿真结果表明,网损平均值更低,寻优性能更好,优化的网损值集中在较小的区间。     

Attributed multi-objective comprehensive learning particle swarm optimization for optimal security of networks

In particle swarm optimization (PSO) each particle uses its personal and global or local best positions by linear summation. However, it is very time consuming to find the global or local best positions in case of complex problems. To overcome this problem, we propose a new multi-objective variant of PSO called attributed multi-objective comprehensive learning particle swarm optimizer (A-MOCLPSO). In this technique, we do not use global or local best positions to modify the velocity of a particle; instead, we use the best position of a randomly selected particle from the whole population to update the velocity of each dimension. This method not only increases the speed of the algorithm but also searches in more promising areas of the search space. We perform an extensive experimentation on well-known benchmark problems such as Schaffer (SCH), Kursawa (KUR), and Zitzler–Deb–Thiele (ZDT) functions. The experiments show very convincing results when the proposed technique is compared with existing versions of PSO known as multi-objective comprehensive learning particle swarm optimizer (MOCLPSO) and multi-objective particle swarm optimization (MOPSO), as well as non-dominated sorting genetic algorithm II (NSGA-II). As a case study, we apply our proposed A-MOCLPSO algorithm on an attack tree model for the security hardening problem of a networked system in order to optimize the total security cost and the residual damage, and provide diverse solutions for the problem. The results of our experiments show that the proposed algorithm outperforms the previous solutions obtained for the security hardening problem using NSGA-II, as well as MOCLPSO for the same problem. Hence, the proposed algorithm can be considered as a strong alternative to solve multi-objective optimization problems.     

A hybrid multi-objective PSO–EDA algorithm for reservoir flood control operation

Reservoir flood control operation (RFCO) is a complex multi-objective optimization problem (MOP) with interdependent decision variables. Traditionally, RFCO is modeled as a single optimization problem by using a certain scalar method. Few works have been done for solving multi-objective RFCO (MO-RFCO) problems. In this paper, a hybrid multi-objective optimization approach named MO-PSO–EDA which combines the particle swarm optimization (PSO) algorithm and the estimation of distribution algorithm (EDA) is developed for solving the MO-RFCO problem. MO-PSO–EDA divides the particle population into several sub-populations and builds probability models for each of them. Based on the probability model, each sub-population reproduces new offspring by using PSO based and EDA methods. In the PSO based method, a novel global best position selection method is designed. With the help of the EDA based reproduction, the algorithm can lean linkage between decision variables and hence have a good capability of solving complex multi-objective optimization problems, such as the MO-RFCO problem. Experimental studies on six benchmark problems and two typical multi-objective flood control operation problems of Ankang reservoir have indicated that the proposed MO-PSO–EDA performs as well as or superior to the other three competitive multi-objective optimization algorithms. MO-PSO–EDA is suitable for solving MO-RFCO problems.     

基于混合粒子群算法的锌电解过程能耗优化

针对锌电解过程能耗过高的情况,研究其能耗优化问题.根据电力部门实行的分时计价政策,建立以全天锌电解过程电能消耗和总用电费用为目标的锌电解过程多目标优化模型.提出一种带加速度调整的粒子群优化算法,当粒子陷入局部最优时,通过加速度策略增强种群速度,使算法获得持续搜索的能力,有效克服早熟收敛;并和Powell算法相结合构成新的混合粒子群算法,将粒子群算法的全局搜索能力与Powell算法的局部寻优能力有机结合起来.最后将该混合粒子群算法应用于所建优化模型的求解,获得优化生产方案.仿真结果证明了该算法的有效性.工业应用效果表明,按所得优化方案组织生产降低了电能消耗,减少了用电费用.     

基于改进粒子群优化算法的约束多目标优化

针对约束多目标优化问题,提出一种改进的粒子群优化算法,采用距离量度和自适应惩罚函数相结合的约束处理技术,通过可行解比例有效均衡目标函数和约束条件,提高算法的边界搜索能力。定义新的k最近邻聚集密度,保持解集分布性,并将聚集密度和轮盘赌选择相结合选取全局最优粒子。仿真结果表明,该算法在Pareto解集均匀性及逼近性方面均具有优势。     

一种单个粒子自适应修正的粒子群算法

在各类优化问题的解决过程中,群智能优化算法的局部搜索与全局搜索性能都起着重要的作用。在粒子群优化算法中,惯性权值的引入对粒子群算法的收敛性与稳定性都具有一定的影响。因此,在分析现有权值递减策略的基础上,提出一种基于单个粒子适应值的权值修正策略,区别对待同次迭代中适应值好与差的粒子,通过不同的权值赋值策略,以充分发挥各粒子的优势,以增强全局搜索和跳出局部最优的能力。通过对标准测试函数所做的对比实验,该策略可以使粒子在搜索初期获得更好的多样性,使粒子具有更强的摆脱陷入局部极值点的能力;在搜索末期可以加快粒子收敛速度以提高粒子群优化算法的快速性能。改进算法有效减少了早熟的发生,提高了粒子的收敛性能,取得了比较满意的仿真结果。     

一种求解高维约束优化问题的γ-PSO算法

PSO算法是一种随机搜索的群体智能算法,在求解高维约束优化问题,尤其是在约束条件较多时,PSO算法易陷入局部极值且收敛速度慢。针对上述问题,对PSO算法进行了改进,提出了γ-PSO算法,把PSO算法的随机数由(0,1)扩展到(-1,1),这样加大了粒子飞行速度和飞行方向的多样性,从而使PSO算法具有摆脱局部极值的能力。对γ-PSO算法进行了求解高维约束优化问题的实验,实验结果表明γ-PSO算法能收敛到全局最优值,收敛性能明显优于其他改进的PSO算法和其他优化算法。     

MOPSO算法及其在水库优化调度中的应用

提出了一种新的多目标粒子群优化(MOPSO)算法，该算法采用自适应网格方法来估计非劣解集中粒子的密度信息、平衡全局和局部搜索能力的Pareto最优解的搜索机制、删除品质差的多余粒子的Archive集的修剪技术。通过对三峡梯级多目标优化调度问题的计算，表明该算法是求解大规模复杂多目标优化问题的一种有效手段。     

An effective hybrid particle swarm optimization algorithm for multi-objective flexible job-shop scheduling problem

Flexible job-shop scheduling problem (FJSP) is an extension of the classical job-shop scheduling problem. Although the traditional optimization algorithms could obtain preferable results in solving the mono-objective FJSP. However, they are very difficult to solve multi-objective FJSP very well. In this paper, a particle swarm optimization (PSO) algorithm and a tabu search (TS) algorithm are combined to solve the multi-objective FJSP with several conflicting and incommensurable objectives. PSO which integrates local search and global search scheme possesses high search efficiency. And, TS is a meta-heuristic which is designed for finding a near optimal solution of combinatorial optimization problems. Through reasonably hybridizing the two optimization algorithms, an effective hybrid approach for the multi-objective FJSP has been proposed. The computational results have proved that the proposed hybrid algorithm is an efficient and effective approach to solve the multi-objective FJSP, especially for the problems on a large scale.     

基于二阶振荡及自然选择的随机权重混合粒子群算法

针对粒子群算法“早熟收敛”的缺点,提出一种混合粒子群算法.该算法采用最大速度线性递减的方法平衡全局寻优能力与算法收敛精度的矛盾,并用随机权重平衡算法的全局和局部搜索能力.学习因子二阶振荡使种群在粒子数目不变的情况下维持多样性,是提高全局搜索能力的主要方法.自然选择原理使算法改善了因二阶振荡和随机权重的加入而造成收敛速度降低的情况.测试实验表明,所提出的算法能避免早熟问题,有效地提高寻优能力.     

融合隶属度函数的自适应惯性权重模式的粒子群优化算法

粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)的性能极大地依赖于其惯性权重参数的选择策略。当在一次迭代中更新粒子速度时,PSO忽略了粒子间的差异,在所有粒子上应用了相同的惯性权重。针对这一问题,提出一种自适应惯性权重的粒子群算法PSO-AIWA,有效合理地均衡PSO的全局搜索和局部搜索能力。根据当前粒子与全局最优粒子间的差异,算法可以通过基于粒子间距的隶属度函数动态调整粒子的惯性权重,使得每次迭代中,粒子可以根据当前状态在每个维度上的搜索空间内选择合适的惯性权重进行状态更新。在6种基准函数下进行了算法的性能测试,结果表明,与随机式惯性权重PSO算法与线性递减惯性权重PSO-LDIW算法相比,该算法可以获得更好的粒子分布和收敛性。