多模态多目标差分进化算法求解非线性方程组

针对当前算法在求解非线性方程组时面临解的个数不完整、精确度不高、收敛速度慢等问题进行了研究,提出一种多模态多目标差分进化算法。首先将非线性方程组转换为多模态多目标优化问题,初始化一个随机种群并对种群中全部个体进行评价;然后通过非支配解排序和决策空间拥挤距离选择机制,挑选种群中的一半优质个体进行变异;接着在变异过程中采用一种新的变异策略和边界处理方法以增加解的多样性;最后通过交叉和选择机制使优质个体进行进化,直到搜索到全部最优解。在所选测试函数集和工程实例上的实验结果表明,该算法能有效地搜索到非线性方程组的解,并通过与当前四个算法进行比较,该算法在解的数量和成功率上具有优越性。     

基于共轭梯度法的反馈差分进化混合算法及其在弹簧设计中的应用

分析了差分进化算法多种变异方式的特点以及每种变异方式所适应的搜索状态,建立了一条能够让种群根据自身的搜索环境来动态选择变异方式的反馈回路,使个体能够自学习、自调节地高效搜索。在每一代的最优个体邻域内,采用共轭梯度法确定最佳的共轭搜索方向,向量能够在最优解邻域内进行细致的局部搜索。根据混合算法的子代更新形式,从理论上证明了种群能够以概率1的方式收敛到全局最优解。与其它进化算法的对比实验结果表明,本文的差分进化算法有效提高了benchmark函数的最优值精度,加快了收敛速度。在弹簧设计问题中,利用改进的差分进化混合算法得到了较好的结构参数。     

基于人工免疫系统的多目标函数优化

为克服传统遗传算法退化和早熟等缺点,同时降低优化算法的复杂度,提出基于人工免疫系统（Artificial Immune System, AIS）实现无约束多目标函数的优化。使用随机权重法和自适应权重法计算种群个体的适应值,使Pareto最优解均匀分布的同时,加快算法的收敛;通过引入人工免疫系统的三个基本算子：克隆、超变异和消亡,保持种群的多样性;在进化种群外设立Pareto 解集,保存历代的近似最优解。使用了两个典型的多目标检测函数验证了该算法的有效性。优化结果表明,基于AIS的多目标优化算法可使进化种群迅速收敛到Pareto前沿,并能均匀分布,是实现多目标函数优化的有效方法。     

一类带约束动态多目标优化问题的进化算法

动态多目标约束优化问题是一类NP-Hard问题,定义了动态环境下进化种群中个体的序值和个体的约束度,结合这两个定义给出了一种选择算子.在一种环境变化判断算子下给出了求解环境变量取值于正整数集Z+的一类带约束动态多目标优化问题的进化算法.通过几个典型的Benchmark函数对算法的性能进行了测试,其结果表明新算法能够较好地求出带约束动态多目标优化问题在不同环境下质量较好、分布较均匀的Pareto最优解集.     

求解多目标作业车间调度问题的混合变异杂草优化算法

针对多目标作业车间调度问题,提出一种混合变异杂草优化算法。该算法采用基于各子目标熵值权重的欧氏贴近度作为适应度值计算方法,引导种群向Pareto前端进化。在进化过程中,运用快速非支配排序策略构建Pareto档案,并利用进化种群中最优个体实时更新Pareto最优解集,提升算法的优化性能;同时通过引入变异算子增加种群多样性,避免算法陷入局部最优。最后,基于Benchmark算例的仿真实验,验证了该算法求解多目标作业车间调度问题的有效性。     

多目标强度Pareto 混沌差分进化算法

提出一种多目标强度Pareto混沌差分进化算法(SPCDE).首先利用Tent映射进行种群的混沌初始化,采用一种基于均匀排挤机制的截断排挤操作和混沌替换操作进行种群的环境选择操作;然后基于一种变缩放因子的差分变异策略进行变异操作,通过计算支配关系得到变异个体;最后通过支配关系的计算和环境选择操作进行进化选择操作并得到子代个体.以上操作不仅提高了算法的收敛性能,而且保证了Pareto最优解的均匀分布性.数值实验结果表明了该算法的有效性.     

多变异策略差分进化算法的研究与应用

标准差分进化(DE)算法在高维多峰等复杂函数优化时易出现早熟现象,并且算法后期收敛速度较慢。为此,研究2种标准差分进化算法的变异策略(DE/rand/1和DE/best/1),并将其进行串行组合,提出一种多变异策略的差分进化算法(MDE)。在4个Benchmark函数上的测试结果表明,在多变异策略下,通过对MDE算法控制参数的调整能有效拓展和平衡改进后算法的全局与局部搜索能力,其所得最优解的精度、算法的收敛速度都较标准差分进化算法有明显优势,能较好地解决电力负载分配问题。     

基于目标分解的高维多目标并行进化优化方法

高维多目标优化问题普遍存在且难以解决, 到目前为止, 尚缺乏有效解决该问题的进化优化方法. 本文提出一种基于目标分解的高维多目标并行进化优化方法, 首先, 将高维多目标优化问题分解为若干子优化问题, 每一子优化问题除了包含原优化问题的少数目标函数之外, 还具有由其他目标函数聚合成的一个目标函数, 以降低问题求解的难度; 其次, 采用多种群并行进化算法, 求解分解后的每一子优化问题, 并在求解过程中, 充分利用其他子种群的信息, 以提高Pareto非被占优解的选择压力; 最后, 基于各子种群的非被占优解形成外部保存集, 从而得到高维多目标优化问题的Pareto 最优解集. 性能分析表明, 本文提出的方法具有较小的计算复杂度. 将所提方法应用于多个基准优化问题, 并与NSGA-II、PPD-MOEA、ε-MOEA、HypE和MSOPS等方法比较, 实验结果表明, 所提方法能够产生收敛性、分布性, 以及延展性优越的Pareto最优解集.     

基于线性权重最优支配的高维多目标优化算法

在高维多目标优化问题中,Pareto支配关系存在非支配解随优化目标数增加呈指数级增长和种群选择压力下降等问题。针对这些问题,基于线性权重聚合函数和支配关系两种比较多目标解方法的思想,提出一种线性权重最优支配关系（LWM-dominance）,并理论证明了LWM非支配解集是Pareto非支配解集的子集,同时保留了种群中重要的角解。进一步地,基于LWM支配关系,实现了一个高维多目标进化优化算法,基于该算法的实验验证了LWM支配关系的性质。在随机解空间中的实验结果表明LWM支配关系适用于5~15个目标的高维多目标优化问题,通过DTLZ1~DTLZ7高维多目标优化问题进化过程中LWM非支配解集与Pareto非支配解集规模的对比实验,结果表明优化目标数为10和15时非支配解的比例平均下降了约17%。     

多策略协方差矩阵学习差分进化算法

针对差分进化算法（DE）存在的早熟收敛和搜索停滞的问题,提出了多策略协方差矩阵学习的差分进化算法。通过协方差矩阵建立特征坐标系,通过在特征坐标系中执行变异和交叉操作,来充分利用当前种群的分布信息以及各变量之间的关系,保证种群能朝着全局最优解的方向进化;根据历史进化信息来选择变异策略的方式使得个体能选择当前最合适的变异策略,提高找到最优解的概率;交叉概率的自适应也一定程度上平衡算法的全局探索能力和局部探索能力。对算法的收敛性进行了证明,同时将算法在CEC2017测试集上进行了仿真实验,并将实验结果跟其他优秀的差分进化算法进行了对比,对比结果表明了该算法的有效性。     

基于向量角分解的高维多目标进化算法

选择是进化的主要驱动力,也是多目标进化算法的关键特征,然而,在处理高维多目标问题时,随着目标维数的增加种群的收敛性和分布性的冲突加剧,传统多目标进化算法中的选择算子已难以有效地维持种群的收敛性与分布性之间的平衡.针对该问题,提出一种基于向量角分解的高维多目标进化算法.首先,将个体本身作为参考向量,利用目标向量之间的夹角作为个体的相似度测度估计种群分布性,以减轻算法预先指定权重向量的负担;然后,利用成绩标量函数作为个体的收敛性测度,该收敛测度在引导种群走向Pareto最优前沿方面发挥着重要作用;最后,提出一种基于向量角分解的精英选择策略,其在环境选择过程中利用向量角信息将目标空间动态分解,并利用成绩标量函数从分布性较好的区域中挑选较好的个体进入下一代,能够动态地平衡种群的收敛性和分布性.对比实验结果表明,所提出算法具有较强的竞争力,其在保持种群分布性的同时具有足够的选择压力,能够有效地引导高维目标空间的搜索.     

基于双种群的小生境差分进化算法

将非线性方程组的求解问题转化为函数优化问题,当方程组有多个解时,它的适应值函数就是具有多个最优解的多峰函数.为此,提出了基于双种群的小生境差分进化算法.在该算法中,进化在两个不同的子群间并行进行,通过使用不同的变异策略,实现种群在解空间具有尽可能分散的探索能力的同时在局部具有尽可能细致的搜索能力.通过子群重组实现子群间的信息交换,然后引入小生境淘汰机制.对典型测试函数的优化结果表明,该算法能找到全部解,而且精度好.     

基于自适应机制的多宇宙并行量子衍生进化算法

进化参量的选取对量子衍生进化算法(QEA)的优化性能有极大的影响,传统QEA在选择进化参量时并未考虑种群中个体间的差异,种群中所有个体采用相同的进化参量完成更新,导致算法在解决组合优化问题中存在收敛速度慢、容易陷入局部最优解等问题。针对这一问题,采用自适应机制调整QEA的旋转角步长和量子变异概率,算法中任意一代的任一个体的进化参量均由该个体自身适应度确定,从而保证尽可能多的进化个体能够朝着最优解方向不断靠近。此外,由于自适应量子进化算法需要评估个体的适应度,导致运算时间较长,针对这一问题则采用多宇宙机制将算法分布于多个宇宙中并行实现,从而提高算法的执行效率。通过搜索多峰函数最优解和求解背包问题测试算法性能,结果表明,与传统QEA相比,所提出算法在收敛速度、搜索全局最优解及执行速度方面具有较好的表现。     

面向交通出行服务的多目标优化选择方法

随着交通信息化和服务多元化的发展，选择满足约束条件下的交通出行服务是一个难题。针对服务的多目标选择问题，给出基于改进多目标算法的服务优化选择方法。该方法对交通出行服务中的服务质量和事务属性进行分析，将烟花爆炸算法、启发式的差分进化算法相结合。该多目标优化算法通过烟花爆炸与变异算子实现了局部搜索，同时利用启发式的差分进化算法保证了种群多样性，淘汰了劣质个体。实验结果表明：该方法针对交通出行服务组合的多个参数进行优化，求得满足服务质量和事务约束的最优解，保证了服务选择的质量。     

基于新变异策略的动态自适应差分进化算法

针对差分进化算法在复杂优化问题求解时后期收敛速度慢、易陷入局部最优和参数设置繁琐等问题,提出一种基于新变异策略的动态自适应差分进化算法p-ADE.首先,新变异策略中通过利用种群的全局最优解和目标个体的历史最优解引导种群搜索方向,为下一代个体的生成引入更多有效的方向性信息,避免差分向量中个体随机选择导致的搜索盲目性.其次,为加快收敛速度、提高算法稳定性、避免参数设置的繁琐与不精确,提出一种参数动态自适应调整策略,动态平衡算法局部搜索与全局搜索间的关系,有效调节个体在进化过程中的变异程度.在10个Benchmark函数上的实验结果表明,p-ADE相对于多种先进DE优化策略和全局优化算法在收敛精度、速度和鲁棒性上均具有明显优势.     

多群多策略差分大规模多目标优化算法

针对差分进化算法在解决大规模多目标优化问题时,出现优化后期多样性不足、收敛速度慢等问题,提出一种多群多策略差分大规模多目标优化算法.根据个体特性不同,将种群分为3个等级不同的子群,利用多群策略的优势维持种群多样性.为减少种群陷入局部最优的概率,在不同等级的子群中引入多个变异策略以较好地平衡子群个体的多样性和收敛性.为保证不同子群间信息得到有效交换,根据3个子群的进化状态确定重新分群时机,既保证个体在本群内得到充分进化,又保证个体在一定的条件下进行信息交换.为利用更多的信息生成优秀的子代,将更新后的子群与其父代子群合并,选出下一代子群.为验证所提出算法的有效性,在一组大规模基准测试问题上评估算法的性能,实验结果表明,所提出算法在两个常用测试指标IGD和HV上明显优于其他对比算法.     

基于估值不确定度排序顺序均值采样的昂贵高维多目标进化算法

模型管理,特别是训练样本的选择和填充采样准则,是影响昂贵多目标优化算法求解性能的重要因素.为此,选择样本库中具有较好目标函数值的若干个体作为样本训练目标函数的代理模型,使用基于参考向量的进化算法搜索模型的最优解集,并提出一种基于个体目标函数估值不确定度排序顺序均值的采样策略,从该最优解集中选择两个个体进行真实的目标函数评价.为了验证算法的有效性,将所提出算法在DTLZ和WFG多目标优化测试问题和两个实际工程优化问题上进行测试,并与其他5种优秀的同类型算法进行结果对比.实验结果表明,所提出算法在求解昂贵高维多目标优化问题上是有效的.     

多策略自适应变异的差分进化算法及其应用

针对传统DE算法在求解复杂函数时会出现早熟收敛、收敛精度低、收敛速度慢等缺陷，提出了一种多策略自适应变异的差分进化算法MsA-DE。将3种变异策略两两结合，随机分配所占比重，以增加种群的多样性；通过引入进化程度阈值，自适应地选择最合适的变异策略，平衡算法的全局搜索和局部搜索能力；对越界的变异个体进行处理，保证种群的多样性和有效性。加入扰动机制提高算法跳出局部最优的能力，同时提高最优解的精度。将该算法用于14个测试函数的优化中，结果表明，MsA-DE算法与其它4种算法相比具有更高的收敛精度和跳出局部最优的能力。将该算法应用于铁路功率调节器RPC的容量优化问题中，结果表明，该算法能够减小RPC补偿装置的容量，提高装置的经济性。     

自适应二次变异差分进化算法

提出一种基于群体适应度方差自适应二次变异的差分进化算法．该算法在运行过程中根据群体适应度方差的大小，增加一种新的变异算子对最优个体和部分其他个体同时进行变异操作，以提高种群多样性，增强差分进化算法跳出局部最优解的能力．对几种典型Benchmarks函数进行了测试，实验结果表明，该方法能有效避免早熟收敛，显著提高算法的全局搜索能力。     

电力系统无功优化的反向优化差分进化算法

电力系统无功优化问题是一个复杂的多目标、多约束、非线性的混合整数优化问题,针对基本差分进化算法易陷入局部最优解、收敛速度慢的缺点,首次引入反向优化差分进化算法应用于解决电力系统无功优化问题.反向优化差分进化算法利用基于反向的优化对种群进行初始化,可以获得适应度更优的个体,从而加快了收敛速度;根据一定的跳变率,对种群逐代进行动态跳变,增加了种群的多样性,可以避免算法陷入局部最优解.以系统的有功网损最小为目标函数同时兼顾电压的合理分布,对IEEE-14节点系统进行了无功优化仿真计算,并与其他优化算法进行了比较,结果表明该算法具有较强的全局寻优能力,且收敛速率较快,收敛精度高,鲁棒性好,可较好地解决电力系统无功优化问题.