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加强杂交和环境选择的高维目标进化算法

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发表于 2016-7-13 15:37:16 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 chencong 于 2016-7-13 15:37 编辑

论文标题:A Many-Objective Evolutionary Algorithm With Enhanced Mating and Environmental Selections

作者:Jixiang Cheng, Gary G. Yen, Fellow, IEEE, and Gexiang Zhang, Member, IEEE

论文链接:http://ieeexplore.ieee.org/stamp ... mp;arnumber=7090975

问题描述:解决many-objective optimization 问题(MaOPs)

写作动机:如何评价一个解的收敛程度和多样性问题,如果能做到分别评价,那就可以找出收敛性和多样性都很好的解。

主要工作:本文将diversity和convergence分开来考虑。
1.        diversity-directional diversity(DD)
2.        convergence-favorable convergence(FC)
将此算法称为MaOEA-DDFC

正文:
1.png          

一、Mating selection
Mating selection的过程比较简单,先由支配关系判断、再由FC值,若FC一样则随机选择一个。如选择下图中u,v,显然u,v是非支配的,由(1)计算FC值,若FC(u)<FC(v),则选择u。
2.png
3.png
FC是评价解收敛程度的函数,u即解, 4.png 是理想点,可以用每一维的最小值近似得出。
5.png 表示u在第j维距离理想点的远近,所有维的最大值可以作为u的收敛度评价,即FC越小,则收敛度越高。
w是权重:
6.png
由公式(2)可以看出当u在第j维越接近理想点,w在第j维的值越大,表示个体u的第j维更重要。
   
二、Environment selection
这个过程出现的问题:well distribution poor convergence
提出的方法:DD加上FC
1.        先将合并种群Q非支配排序得到(F1,F2,…….)
2.        当加入Fi就会溢出时,将PUF投影到超平面上,根据DD选择L个解,再根据FC从这L个解中选择出N-P个解,总的来说有3步
1)        投影
7.png
找出每一维的最大值个体(extreme point)就能确定M-1维的超平面,然后是数据的归一化过程:
8.png
a 是截距, 9.png 是函数值到理想点的距离(即把理想点移至原点后的函数值)。
投影方式根据文中的说法,我认为是可以将u与原点连成的直线方程求出,和超平面方程联立求出投影点的坐标。
2)        DD
DD过程其实是基于KNN算法的,找出投影后点的k个最近的邻居,然后计算距离倒数的均值,越小说明越分散。
10.png
然后选择其中DD最小的前L个解再进行FC判断
3)        FC
根据公式(1)计算出来的FC值,以一定的概率选择解(概率公式文中没有给出,应该是一个与FC值有关的式子)知道满足数量要求。

三、        实验结果
实验将 MaOEA-DDFC与MSOPS,E-MOEA,MOEA/D,HypE,PICEA-G,NSGA-III,SPEA2+SDE比较
Diversity方面除了SPEA2+SDE外都优于其他算法(被SPEA2+SDE全面碾压啊)如下图:
11.png
Convergence方面,是最好的,具体如下图:
12.png
特别地文中将HV和IGD本身也做成了一个2目标优化的样子,于是有了下面这张图:
13.png
不过上图只不过是简单的将排名的平均值作为目标值,这样看来有4个算法是非支配的,具体算法的表现还是要依据实验分析得到,HV和IGD如何权衡也是一大难题。

总结:
文章的思想基于加强选择压力处理Many-objectives问题,个人认为它的创新点主要有2个:
1、提出了两种指标DD和FC可以将解的收敛程度和多样性变成数值的比较问题。
2、在DD中,对于MOEA/D和NSGA-III中出现的在高维情况下,权重向量的某些部分为0的弊端(文中提到),运用了将点投影到平面再考虑分布性的方法。

本文运用的方法比较容易理解,但是感觉实验部分做的不够,用于对比的算法应该更新一些,在IGD方面也被SPEA2+SDE完爆,没有给出HV比较的数值结果。也可以将FC和DD方法单独拿出来使用,运用到其他方法中,作为加强效果的一个小技巧吧。
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发表于 2016-7-13 16:00:10 | 显示全部楼层
介绍得很清楚,我看懂了{:250:}
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 楼主| 发表于 2016-7-14 10:25:27 | 显示全部楼层
今天做实验发现求FC的权重w的第三种情况时,发现第三种情况w带入FC公式时可以约分,这样FC的每一维数值都变成相同,求MAX没有意义啊。我想第三种情况能不能把w=1/fj-z*去掉比较合理一点.....
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发表于 2016-7-14 17:26:28 | 显示全部楼层
感觉这两个指标还是有很大的改进空间,一篇好论文不但能使人得到启发还能让人想要吐槽。。。
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