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演化计算的最新进展

Recent Advances in Evolutionary Computation

  • 摘要: 演化计算是模拟自然界的进化过程并从中得到启示的一种随机搜索算法。其优点包括概念及计算的简单性、算法的普适性、卓越的问题求解能力、具有潜在的利用问题本身的知识及与其它方法相融合的能力、良好的并行性、对动态环境的鲁棒性、自优化能力以及求解时无需问题的解析表达及导数等。本文对演化计算 的如下几个方面进行了综述。 我们首先引入了一个适用于演化计算及所有的其他相关算法,如,模拟退火,蒙特卡罗方法,禁忌搜索以及爬山法等的统一的算法框架, 接着 ,我们讨论了演化编程的两个改进方案:快速演化编程及并行演化编程。在快速演化编程中,我们分析了加快算法速度的方法和原理,并讨论了两种快速演化编程算法;在并行演化编程方面,我们讨论了实现并行算法的两种模型。随后 ,我们综述了有关 神经网络集总的训练算法,提出了负相关集总算法、构建学习型集总算法及基于多目标演化计算的集总训练算法。 在演化多目标优化方面,我们探讨了有关算法的可扩展性问题,即,对低维多目标优化很成功的算法是否也能成功地移植到高维多目标优化的问题中去。我们还讨论了基于 e - 淘汰制的种群 多样性 演化多目标优化算法。在演化囚徒困境的研究中,我们对两个及多个玩家的囚徒困境问题进行了理论和实践方面的探讨。在演化算法的实际应用方面,我们首先研究了在演化算法应用至关重要的约束处理的问题,然后我们分别讨论了演化算法在通讯网络的优化设计、非常规方法电路设计、动态路径优化及椭圆星系径向亮度模拟等方面的应用。在本文的第八节中,我们探讨了演化算法时间复杂性的有关问题,用漂移分析及解析估计两种方法分析了 (1+1) 及 ( N + N ) 两种 演化 策略的 时间复杂性问题。 最后,我们对演化计算未来的发展方向进行了探讨,并讨论下列三个问题: 1)演化算法性能的进一步提高有赖于这一算法与其它启发性算法的结合;2)演化算法的研究必须坚持理论探讨与实验分析并重的原则;3)将演化算法推向工业应用必须注意的几个问题。

     

    Abstract: Evolutionary computation has experienced a tremendous growth in the last decade in both theoretical analyses and industrial applications. Its scope has evolved beyond its original meaning of ological evolution'' toward a wide variety of nature inspired computational algorithms and techniques, including evolutionary, neural, ecological, social and economical computation, etc., in a unified framework. Many research topics in evolutionary computation nowadays are not necessarily "evolutionary". This paper provides an overview of some recent advances in evolutionary computation that have been made in CERCIA at the University of Birmingham, UK. It covers a wide range of topics in optimization, learning and design using evolutionary approaches and techniques, and theoretical results in the computational time complexity of evolutionary algorithms. Some issues related to future development of evolutionary computation are alsodiscussed.

     

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