智能優(yōu)化理論-第8章思維進(jìn)化算法

第8章思維進(jìn)化算法思維進(jìn)化算法的提出思維進(jìn)化算法的基本思想思維進(jìn)化算法的描述思維進(jìn)化算法的改進(jìn)復(fù)習(xí)思考題contents目錄01思維進(jìn)化算法的提出思維進(jìn)化算法（Mind-Evolution-Algorithm．MEA）是1998年由孫承意提出的一種新的進(jìn)化算法。思維進(jìn)化算法采用了不同的進(jìn)化操作和運(yùn)行機(jī)制，使其具有把群體劃分為子群體、趨同和異化操作相輔相成等特點(diǎn)。局部和全局公告板記憶子群體和環(huán)境的信息，指導(dǎo)趨同與異化向著有利的方向進(jìn)行。思維進(jìn)化算法的提出0102思維進(jìn)化算法的提出通過(guò)趨同算子實(shí)現(xiàn)個(gè)體之間、子群體之間的學(xué)習(xí)，體現(xiàn)了向前者和優(yōu)勝者學(xué)習(xí)的機(jī)制。采用多子群體并行進(jìn)化機(jī)制，具有本質(zhì)上的并行性。易擴(kuò)充，可移植性強(qiáng)。思維進(jìn)化算法已用于優(yōu)化計(jì)算、圖像處理、系統(tǒng)建模等方面。思維進(jìn)化算法的提出02思維進(jìn)化算法的基本思想思維進(jìn)化算法主要針對(duì)遺傳算法的過(guò)早收斂、搜索效率低的問(wèn)題而提出。遺傳算法存在早熟、搜索效率低等問(wèn)題的主要原因包括多表象性和多基因性的交互影響難以控制、信息包含在個(gè)體所攜帶的染色體的集合及染色體編碼的結(jié)構(gòu)中、GA進(jìn)化過(guò)程中獲得的信息都保存在當(dāng)前群體中的個(gè)體里、沒(méi)有充分利用從環(huán)境得到的信息指導(dǎo)進(jìn)化的方向以及探索與開(kāi)發(fā)利用功能協(xié)調(diào)配合差等。思維進(jìn)化算法的基本思想思維進(jìn)化算法的基本思想人類思維進(jìn)步速度高于生物進(jìn)化速度的原因包括向前人和優(yōu)勝者學(xué)習(xí)以及不斷地探索與創(chuàng)新。思維進(jìn)化算法認(rèn)為，趨同和異化是普遍存在于各個(gè)領(lǐng)域的人們的思維活動(dòng)中的兩種模式。03思維進(jìn)化算法的描述01思維進(jìn)化算法由群體、子群體、個(gè)體、公告板、環(huán)境和特征提取系統(tǒng)等部分組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖8.1所示。02MEA的基本概念及定義包括環(huán)境、適應(yīng)度函數(shù)、個(gè)體和勝者、群體、初始群體和子群體、公告板和進(jìn)化操作。03環(huán)境是所求問(wèn)題的解空間和信息空間，即所有可能的解及其所攜帶的知識(shí)的集合。思維進(jìn)化算法的描述適應(yīng)度函數(shù)對(duì)所求問(wèn)題的解的適應(yīng)性進(jìn)行度量，對(duì)每一個(gè)解給出其數(shù)值評(píng)價(jià)，也稱評(píng)價(jià)函數(shù)。個(gè)體表示所求問(wèn)題的每個(gè)可能解，在MEA中，每個(gè)個(gè)體都可以擁有自己的知識(shí)，并管理它們。每個(gè)個(gè)體都有其自己的性格，如有保持自己成功經(jīng)驗(yàn)的趨勢(shì)，或者有向其他個(gè)體學(xué)習(xí)的趨勢(shì)。010203思維進(jìn)化算法的描述勝者指的是這樣的個(gè)體，它依據(jù)適應(yīng)度函數(shù)計(jì)算出的評(píng)價(jià)值高于解空間中其他的個(gè)體。進(jìn)化過(guò)程的每一代中所有個(gè)體的集合稱為群體。初始群體是指算法初始化以后，個(gè)體在解空間中隨機(jī)散布。優(yōu)勝子群體記錄全局競(jìng)爭(zhēng)中的優(yōu)勝者的信息，臨時(shí)子群體記錄全局競(jìng)爭(zhēng)的中間過(guò)程。思維進(jìn)化算法的描述思維進(jìn)化算法的描述01為個(gè)體之間和子群體之間交流信息提供了環(huán)境和機(jī)會(huì)，在算法中有局部公告板和全局公告板。02公告板包含3類基本信息（或稱為必要信息）：個(gè)體或子群體的序號(hào)、動(dòng)作、得分。根據(jù)需要，還可以包含其他信息，如前若干代群體或個(gè)體的信息。03序號(hào)是算法對(duì)操作對(duì)象的編號(hào)。動(dòng)作是指被執(zhí)行的進(jìn)化操作，動(dòng)作的描述因領(lǐng)域而異。這些信息就是個(gè)體或群體得到的關(guān)于環(huán)境的知識(shí)。公告板中的信息根據(jù)應(yīng)用的不同可以按不同的要求排序。思維進(jìn)化算法的描述個(gè)體的得分是個(gè)標(biāo)量，它是環(huán)境依據(jù)適應(yīng)度函數(shù)對(duì)個(gè)體動(dòng)作的評(píng)價(jià)。子群體的得分按該子群體中勝者的得分計(jì)算。子群體中的個(gè)體在局部公告板記錄各自的信息。全局公告板用于記錄各子群體信息。04思維進(jìn)化算法的改進(jìn)123改進(jìn)的思維進(jìn)化算法之一：MEA-PSO-GA針對(duì)思維進(jìn)化算法的趨同和異化操作帶有太多的隨機(jī)性，公告板的信息不能得到充分利用，使得效果下降，出現(xiàn)重復(fù)搜索。借鑒粒子群優(yōu)化算法（PSO）和遺傳算法（GA）的優(yōu)點(diǎn)，提出改進(jìn)的思維進(jìn)化算法（MEA-PSO-GA）。思維進(jìn)化算法的改進(jìn)在思維進(jìn)化算法子種群的產(chǎn)生過(guò)程中加入類似PSO粒子移動(dòng)更新位置的行為，使得個(gè)體按一定規(guī)則移動(dòng)。加入類似GA交叉和變異算子，保證種群多樣性，防止非成熟收斂，避免重復(fù)搜索，提高收斂速度。以得分最高的個(gè)體為中心，隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)種群，對(duì)神群中個(gè)體的速度和位置隨機(jī)進(jìn)行初始化，運(yùn)用PSO算法。思維進(jìn)化算法的改進(jìn)通過(guò)GA算法的交叉和變異算子更新整個(gè)種群，把其中的個(gè)體隨機(jī)兩兩配對(duì)，按一指定概率Pc對(duì)第k個(gè)染色體Xk和第l個(gè)染色體Xl在j位進(jìn)行如下的交叉操作其中，b是[0,1]間的隨機(jī)數(shù),選取第i個(gè)個(gè)體的第ｊ個(gè)基因Xij進(jìn)行變異操作：其中，Xmax是基因Xij的上界,Xmin是基因Xij的下界，種群中個(gè)體通過(guò)個(gè)體極值和群體極值更新自身的速度和位置的公式如下思維進(jìn)化算法的改進(jìn)03思維進(jìn)化算法在理論上已經(jīng)有了很大的發(fā)展，并廣泛應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題。01r2為一個(gè)隨機(jī)數(shù)，g為當(dāng)前迭代次數(shù)，Gmax為最大進(jìn)化代數(shù)，r是[0,1]間的隨機(jī)數(shù)。02改進(jìn)的思維進(jìn)化算法之二：基于混沌優(yōu)化的思維進(jìn)化算法思維進(jìn)化算法的改進(jìn)與遺傳算法等優(yōu)化算法相類似，思維進(jìn)化算法同樣存在產(chǎn)生初始種群的盲目隨機(jī)性和冗余性以及現(xiàn)有搜索方式易陷入局部最優(yōu)的問(wèn)題。劉建霞、王芳等利用思維進(jìn)化算法的記憶特性和當(dāng)代最優(yōu)解指導(dǎo)混沌搜索，利用混沌的遍歷性提出一種混沌思維進(jìn)化算法。算法既有良好的搜索導(dǎo)向,又能夠充分利用混沌的遍歷性,使得算法收斂速度快,搜索能力強(qiáng)。思維進(jìn)化算法的改進(jìn)思維進(jìn)化算法的改進(jìn)混沌優(yōu)化算法的基本思想是把混沌變量從混沌空間映射到解空間,然后利用混沌變量具有遍歷性、隨機(jī)性和規(guī)律性的特點(diǎn)進(jìn)行搜索。將混沌優(yōu)化與思維進(jìn)化結(jié)合，主要采用以下兩種措施:初始種群的混沌生成。05復(fù)習(xí)思考題思維進(jìn)化算法包括哪些構(gòu)成要素？答構(gòu)成要素主要包括思維進(jìn)化算子、選擇機(jī)制和優(yōu)化策略。思維進(jìn)化算法的實(shí)現(xiàn)步驟是什么？答實(shí)現(xiàn)步驟主要包括問(wèn)題定義、初始化、進(jìn)化操作、選擇機(jī)制和優(yōu)化策略。復(fù)習(xí)思考題復(fù)習(xí)思考題改進(jìn)的思維進(jìn)化算法（MEA-PSO-GA）具有更多的優(yōu)勢(shì)，如引入了免疫記憶機(jī)制、優(yōu)化了搜索策略等。改進(jìn)的思維進(jìn)化算法（MEA-PSO-GA）具有哪些優(yōu)…混沌優(yōu)化與思維進(jìn)化算法相結(jié)合具有多方面的優(yōu)勢(shì)，如拓寬搜索空間、提高搜索效率等?；煦鐑?yōu)化與思維進(jìn)化算法相結(jié)合具有哪些優(yōu)勢(shì)？答混沌優(yōu)化與思維進(jìn)化