Parallel evolutionary algorithms (PEAs) have been studied for reducing the execution time of evolutionary algorithms by utilizing parallel computing. An asynchronous PEA (APEA) is a scheme of PEAs that increases computational efficiency by generating a new solution immediately after a solution evaluation completes without the idling time of computing nodes. However, because APEA gives more search opportunities to solutions with shorter evaluation times, the evaluation time bias of solutions negatively affects the search performance. To overcome this drawback, this paper proposes a new parent selection method to reduce the effect of evaluation time bias in APEAs. The proposed method considers the search frequency of solutions and selects the parent solutions so that the search progress in the population is uniform regardless of the evaluation time bias. This paper conducts experiments on multi-objective optimization problems that simulate the evaluation time bias. The experiments use NSGA-III, a well-known multi-objective evolutionary algorithm, and compare the proposed method with the conventional synchronous/asynchronous parallelization. The experimental results reveal that the proposed method can reduce the effect of the evaluation time bias while reducing the computing time of the parallel NSGA-III.
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非主导的分类遗传算法II(NSGA-II)是现实应用中最强烈使用的多目标进化算法(MOEA)。然而,与几个通过数学手段分析的几个简单的MOES相反,到目前为止,NSGA-II也不存在这种研究。在这项工作中,我们表明,数学运行时分析也可用于NSGA-II。结果,我们证明,由于持续因素大于帕累托前方大小的人口大小,具有两个经典突变算子的NSGA-II和三种不同的选择父母的方式满足与Semo和GSEMO相同的渐近运行时保证基本ineminmax和Lotz基准函数的算法。但是,如果人口大小仅等于帕累托前面的大小,那么NSGA-II就无法有效地计算完整的帕累托前部(对于指数迭代,人口总是错过帕累托前部的恒定分数) 。我们的实验证实了上述研究结果。
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语义已成为遗传编程(GP)研究的关键话题。语义是指在数据集上运行时GP个体的输出(行为)。专注于单目标GP中语义多样性的大多数作品表明它在进化搜索方面是非常有益的。令人惊讶的是,在多目标GP(MOGP)中,在语义中进行了小型研究。在这项工作中,我们跨越我们对Mogp中语义的理解,提出SDO:基于语义的距离作为额外标准。这自然鼓励Mogp中的语义多样性。为此,我们在第一个帕累托前面的较密集的区域(最有前途的前沿)找到一个枢轴。然后,这用于计算枢轴与人群中的每个人之间的距离。然后将所得到的距离用作优化以优化以偏及语义分集的额外标准。我们还使用其他基于语义的方法作为基准,称为基于语义相似性的交叉和语义的拥挤距离。此外,我们也使用NSGA-II和SPEA2进行比较。我们使用高度不平衡二进制分类问题,一致地展示我们所提出的SDO方法如何产生更多非主导的解决方案和更好的多样性,导致更好的统计学显着的结果,与其他四种方法相比,使用超卓越症结果作为评估措施。
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The NSGA-II is one of the most prominent algorithms to solve multi-objective optimization problems. Despite numerous successful applications, several studies have shown that the NSGA-II is less effective for larger numbers of objectives. In this work, we use mathematical runtime analyses to rigorously demonstrate and quantify this phenomenon. We show that even on the simple OneMinMax benchmark, where every solution is Pareto optimal, the NSGA-II also with large population sizes cannot compute the full Pareto front (objective vectors of all Pareto optima) in sub-exponential time when the number of objectives is at least three. Our proofs suggest that the reason for this unexpected behavior lies in the fact that in the computation of the crowding distance, the different objectives are regarded independently. This is not a problem for two objectives, where any sorting of a pair-wise incomparable set of solutions according to one objective is also such a sorting according to the other objective (in the inverse order).
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Multi-objective feature selection is one of the most significant issues in the field of pattern recognition. It is challenging because it maximizes the classification performance and, at the same time, minimizes the number of selected features, and the mentioned two objectives are usually conflicting. To achieve a better Pareto optimal solution, metaheuristic optimization methods are widely used in many studies. However, the main drawback is the exploration of a large search space. Another problem with multi-objective feature selection approaches is the interaction between features. Selecting correlated features has negative effect on classification performance. To tackle these problems, we present a novel multi-objective feature selection method that has several advantages. Firstly, it considers the interaction between features using an advanced probability scheme. Secondly, it is based on the Pareto Archived Evolution Strategy (PAES) method that has several advantages such as simplicity and its speed in exploring the solution space. However, we improve the structure of PAES in such a way that generates the offsprings, intelligently. Thus, the proposed method utilizes the introduced probability scheme to produce more promising offsprings. Finally, it is equipped with a novel strategy that guides it to find the optimum number of features through the process of evolution. The experimental results show a significant improvement in finding the optimal Pareto front compared to state-of-the-art methods on different real-world datasets.
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客户满意度在移动设备中的能源消耗至关重要。应用程序中最耗能的部分之一是图像。尽管具有不同质量的不同图像消耗了不同量的能量,但没有直接的方法来计算典型图像中操作的能量消耗。首先,本文调查了能源消耗与图像质量以及图像文件大小之间存在相关性。因此,这两者可以被视为能源消耗的代理。然后,我们提出了一种多目标策略,以增强图像质量并根据JPEG图像压缩中的定量表减少图像文件大小。为此,我们使用了两种一般的多目标元启发式方法:基于标量和基于帕累托。标量方法找到基于组合不同目标的单个最佳解决方案,而基于帕累托的技术旨在实现一组解决方案。在本文中,我们将策略纳入五种标量算法,包括能量感知的多目标遗传算法(ENMOGA),能量感知的多目标粒子群优化(ENMOPSO),能量感知的多目标多目标差异进化(ENMODE)(ENMODE)(ENMODE) ,能源感知的多目标进化策略(ENMOES)和能量感知的多目标模式搜索(ENMOPS)。此外,使用两种基于帕累托的方法,包括非主导的分类遗传算法(NSGA-II)和基于参考点的NSGA-II(NSGA-III),用于嵌入方案,以及两种基于帕累托的算法,即两种基于帕累托的算法,即提出了Ennsgaii和Ennsgaiii。实验研究表明,基线算法的性能通过将拟议策略嵌入到元启发式算法中来提高。
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最近,已经进行了NSGA-II的第一个数学运行时分析,这是最常见的多目标进化算法(Zheng,Liu,Doerr(AAAI 2022))。继续这一研究方向,我们证明了NSGA-II在使用交叉时,渐近渐近地测试了OneJumpZeroJump基准测试。这是NSGA-II首次证明这种交叉的优势。我们的论点可以转移到单目标优化。然后,他们证明,跨界可以以不同的方式加速$(\ MU+1)$遗传算法,并且比以前更为明显。我们的实验证实了交叉的附加值,并表明观察到的加速度甚至比我们的证明所能保证的要大。
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传感器节点(SNS)的部署总是在无线传感器网络(WSN)的系统性能中起决定性作用。在这项工作中,我们提出了一种实用异构WSN的最佳部署方法,该方法可以深入了解可靠性和部署成本之间的权衡。具体而言,这项工作旨在提供SNS的最佳部署,以最大程度地提高覆盖率和连接学位,同时最大程度地减少整体部署成本。此外,这项工作充分考虑了SNS的异质性(即差异化的传感范围和部署成本)和三维(3-D)部署方案。这是一个多目标优化问题,非凸,多模态和NP-HARD。为了解决它,我们开发了一种新型的基于群体的多目标优化算法,称为竞争性多目标海洋掠食者算法(CMOMPA),其性能通过与十种其他多个多目标优化的全面比较实验验证算法。计算结果表明,在收敛性和准确性方面,CMOMPA优于他人,并且在多模式多目标优化问题上表现出卓越的性能。还进行了足够的模拟来评估基于CMOMPA的最佳SNS部署方法的有效性。结果表明,优化的部署可以平衡部署成本,感知可靠性和网络可靠性之间的权衡平衡。源代码可在https://github.com/inet-wzu/cmompa上找到。
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我们对两个单目标和两个多目标的全局全局优化算法进行了全面的全局灵敏度分析,作为算法配置问题。也就是说,我们研究了超参数对算法的直接效果和与其他超参数的效果的影响的影响质量。使用三种敏感性分析方法Morris LHS,Morris和Sobol,可以系统地分析协方差矩阵适应进化策略,差异进化,非主导的遗传算法III和多目标进化算法的可调型矩阵适应性进化策略,基于框架的分解,基于框架揭示,基于框架的遗传算法,超参数对抽样方法和性能指标的行为。也就是说,它回答了等问题,例如什么超参数会影响模式,它们的互动方式,相互作用的互动程度以及其直接影响程度。因此,超参数的排名表明它们的调整顺序,影响模式揭示了算法的稳定性。
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最近,已经进行了多目标进化优化器NSGA-II的第一个数学运行时分析(AAAI 2022,GECCO 2022(出现),ARXIV 2022)。我们通过对由两个多模式目标组成的基准问题进行该算法的第一个运行时分析继续进行这一研究。我们证明,如果人口尺寸$ n $至少是帕累托阵线的四倍,那么NSGA-II具有四种不同方法的NSGA-II选择父母,并且位于Bit Wise突变将优化OnejumpzeroJump基准,其跳高尺寸〜$ 2 \ le lek \ le n/4 $ in Time $ o(n n^k)$。当使用快速突变(最近提出的重型突变操作员)时,此保证将提高$ k^{\ omega(k)} $。总体而言,这项工作表明,NSGA-II至少与全球SEMO算法有关OnejumpZeroJump问题的局部优势。
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自由形式变形模型可以通过在图像上操纵控制点晶格来代表广泛的非刚性变形。但是,由于大量参数,由于适应性景观的复杂性,将自由形式变形模型直接拟合到变形图像以进行变形估计是一项挑战。在本文中,我们根据每个控制点影响的区域相互重叠的事实,将注册任务作为多目标优化问题(MOP)。具体而言,通过将模板图像划分为几个区域并独立测量每个区域的相似性,可以通过使用现成的多目标进化算法(MOEAS)来解决多个目标,并可以通过解决拖把来实现变形估计。此外,图像金字塔与控制点网格细分结合使用了粗到五个策略。具体而言,当前图像级别的优化候选解决方案是由下一个级别继承的,这增加了处理大变形的能力。此外,提出了一个后处理过程,以利用帕累托最佳解决方案生成单个输出。对合成图像和现实世界图像的比较实验显示了我们变形估计方法的有效性和实用性。
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了解多目标进化算法(MOEAS)的搜索动力学仍然是一个开放的问题。本文扩展了最新的基于网络的工具,即搜索轨迹网络(STNS),以模拟MOEAS的行为。我们的方法使用分解的想法,其中多物原理问题转化为几个单目标问题。我们证明,使用10个连续的基准问题和3个目标,可以使用STN来模拟和区分两种流行的多目标算法MOEA/D和NSGA-II的搜索行为。我们的发现表明,我们可以使用STN进行算法分析来提高对MOEAS的理解。
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Most multimodal multi-objective evolutionary algorithms (MMEAs) aim to find all global Pareto optimal sets (PSs) for a multimodal multi-objective optimization problem (MMOP). However, in real-world problems, decision makers (DMs) may be also interested in local PSs. Also, searching for both global and local PSs is more general in view of dealing with MMOPs, which can be seen as a generalized MMOP. In addition, the state-of-the-art MMEAs exhibit poor convergence on high-dimension MMOPs. To address the above two issues, in this study, a novel coevolutionary framework termed CoMMEA for multimodal multi-objective optimization is proposed to better obtain both global and local PSs, and simultaneously, to improve the convergence performance in dealing with high-dimension MMOPs. Specifically, the CoMMEA introduces two archives to the search process, and coevolves them simultaneously through effective knowledge transfer. The convergence archive assists the CoMMEA to quickly approaching the Pareto optimal front (PF). The knowledge of the converged solutions is then transferred to the diversity archive which utilizes the local convergence indicator and the $\epsilon$-dominance-based method to obtain global and local PSs effectively. Experimental results show that CoMMEA is competitive compared to seven state-of-the-art MMEAs on fifty-four complex MMOPs.
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多目标优化问题的目标在现实世界中通常会看到不同的评估成本。现在,此类问题被称为异质目标(HE-MOPS)的多目标优化问题。然而,到目前为止,只有少数研究来解决HE-MOPS,其中大多数专注于一个快速目标和一个缓慢目标的双向目标问题。在这项工作中,我们旨在应对具有两个以上黑盒和异质目标的He-mops。为此,我们通过利用He-Mops中廉价且昂贵的目标的不同数据集来减轻因评估不同目标而导致的搜索偏见,从而减轻了廉价且昂贵的目标,从而为HE-MOPS开发了多目标贝叶斯进化优化方法。为了充分利用两个不同的培训数据集,一种对所有目标进行评估的解决方案,另一个与仅在快速目标上进行评估的解决方案,构建了两个单独的高斯过程模型。此外,提出了一种新的采集函数,以减轻对快速目标的搜索偏见,从而在收敛与多样性之间达到平衡。我们通过对广泛使用的多/多目标基准问题进行测试来证明该算法的有效性,这些问题被认为是异质昂贵的。
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许多现实世界优化问题,如工程最优设计,最终可以被建模为必须解决的相应多目标优化问题(MOPS),以获得近似帕累托最佳前端。基于分解(MOEA / D)的多目标进化算法被认为是解决MOP的明显有希望的方法。最近的研究表明,具有均匀重量载体的MoEA / D非常适合于普通帕累托最佳前端的拖把,但在多样性方面的性能通常会在解决带有不规则帕累托最佳方向时造成拖镜时劣化。以这种方式,通过该算法获得的解决方案集不能为决策者提供更合理的选择。为了有效地克服这一缺点,我们通过众所周知的Pascoletti-Serafini标定方法和多参考点的新策略提出了一种改进的MoA / D算法。具体地,该策略包括由等距分区和投影的技术产生的参考点的设置和调整组成。对于性能评估,将所提出的算法与现有的四个最先进的多目标进化算法进行比较,这些算法与各种类型的帕累托最优前锋和两个现实世界拖把的基准测试问题相比,包括舱口盖设计和火箭喷射器设计在工程优化中。根据实验结果,所提出的算法表现出比其他比较算法更好的分集性能。
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在多目标优化中,一组具有各种功能的可扩展测试问题使研究人员可以调查和评估不同优化算法的能力,因此可以帮助他们设计和开发更有效,更有效的方法。现有的测试问题套件主要集中在所有目标彼此完全冲突的情况下。在这种情况下,目标空间中的M-Obigntive优化问题具有(M-1)维帕累托前沿。但是,在某些优化问题中,目标之间可能存在意外的特征,例如冗余。某些目标的冗余可能会导致具有堕落的帕累托正面的多物镜问题,即,$ m $ - 目标问题的帕累托正面的尺寸小于(M-1)。在本文中,我们系统地研究了退化的多目标问题。我们抽象了退化问题的三个一般特征,这些特征未在文献中进行制定和系统地研究。基于这些特征,我们提出了一组测试问题,以支持在具有冗余目标的情况下对多目标优化算法进行研究。据我们所知,这项工作是第一项明确提出退化问题的三个特征,从而使所得的测试问题的一般性具有一般性的特征,与为特定目的设计的现有测试问题相比(例如,可视化),则允许所得的测试问题。 )。
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在进化多目标优化领域,决策者(DM)涉及相互冲突的目标。在现实世界中,通常存在多个DM,每个DM都涉及这些目标的一部分。提出了多方多目标优化问题(MPMOPS)来描绘拖把,其中涉及多个决策者,每个方都关注所有目标的某些目标。但是,在进化计算字段中,对mpmops的关注不多。本文基于距离最小化问题(DMP)构建了一系列MPMOP,它们的Pareto最佳解决方案可以生动地可视化。为了解决MPMOPS,新提出的算法OPTMPNDS3使用多方初始化方法来初始化总体,并带Jade2操作员生成后代。在问题套件上,将OPTMPNDS3与Optall,OptMPND和OptMPNDS2进行了比较。结果表明OPTMPNDS3与其他算法具有很强的可比性
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基准套件提供了对进化算法解决问题能力的有用度量,但是组成问题通常太复杂了,无法清洁算法的优势和劣势。在这里,我们介绍了基准套件档案(``进化运行中的选择方案的诊断概述''),以实证分析有关剥削和探索重要方面的选择方案。利用从根本上是攀岩,但我们考虑两种情况:纯剥削,可以独立优化表示形式中的每个位置,并且受到限制的利用,在该位置之间,由于位置之间的相互作用,向上进展更加有限。当优化路径不太清楚时,需要探索;我们认为能够遵循多个独立的爬山途径和跨健身山谷的能力。这些场景的每种组合都会产生独特的适应性景观,有助于表征与给定选择方案相关的进化动力学。我们分析了六个流行的选择方案。锦标赛的选择和截断选择都在剥削指标方面表现出色,但在需要探索时表现不佳;相反,新颖的搜索在探索方面表现出色,但未能利用梯度。在克服欺骗时,健身共享表现良好,但在所有其他诊断方面都很差。非主导的分类是维持由居住在多个Optima居住的个体组成的不同人群的最佳选择,但努力有效利用梯度。词汇酶选择平衡搜索空间探索而不牺牲剥削,通常在诊断方面表现良好。我们的工作证明了诊断对快速建立对选择方案特征的直观理解的价值,然后可以将其用于改进或开发新的选择方法。
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在某些研究中,无限的外部存档已用于存储通过进化多目标优化算法发现的所有非主导溶液。已经表明,从存储解决方案中选择的溶液子集通常比最终人群更好。但是,无限档案的使用并不总是现实的。当检查的解决方案数量很大时,我们必须预先指定存档尺寸。在这项研究中,我们检查了存档大小对三个方面的影响:(i)选定的最终解决方案集的质量,(ii)存档维护和最终解决方案集的总计算时间,以及(iii)所需的内存大小。毫不奇怪,存档尺寸的增加可提高最终解决方案集质量。有趣的是,中型存档的总计算时间比小型档案和庞大的档案库(例如,无限档案)大得多。为了减少计算时间,我们检查了两个想法:仅在后代进行定期档案更新和存档。与每一代更新档案库相比,第一个想法可以使用较短的计算时间以略有增加的记忆尺寸来获得几乎相同的最终解决方案设置质量。第二个想法大大减少了计算时间,而最终解决方案集质量的成本略有恶化。 Based on our experimental results, some suggestions are given about how to appropriately choose an archiving strategy and an archive size.
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