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基于粒子群算法的多目标问题

粒子群算法概述

在实际工程优化问题中,多数问题是多目标优化问题。相对于单目标优化问题,多目标优
化问题的显著特点是优化各个目标使其同时达到综合的最优值。然而,由于多目标优化问题
的各个目标之间往往是相互冲突的,在满足其中一个目标最优的同时,其他的目标往往可能会 
受其影响而变得很差。因此,一般适用于单目标问题的方法难以用于多目标问题的求解。
多目标优化问题很早就引起了人们的重视,现已经发展出多种求解多目标优化问题的方
法。多目标优化问题求解中最重要的概念是非劣解和非劣解集,两者的定义如下。
非劣解(noninferior solution):在多目标优化问题的可行域中存在一个问题解,若不存在
另一个可行解,使得一个解中的目标全部劣于该解,则该解称为多目标优化问题的非劣解。所
有非劣解的集合叫做非劣解集(noninferior set)。
在求解实际问题中,过多的非劣解是无法直接应用的,决策者只能选择其中最满意的一个
非劣解作为最终解。最终解主要有三种方法,第一种是求非劣解的生成法,包括加权法、约束
法、加权法和约束法结合的混合法以及多目标遗传算法,即先求出大量的非劣解,构成非劣解
的一个子集,然后按照决策者的意图找出最终解。第二种为交互法,主要为求解线性约束多目
标优化的Geoffrion法,不先求出很多的非劣解,而是通过分析者与决策者对话的方式,逐步
求出最终解。第三种是事先要求决策者提供目标之间的相对重要程度,算法以此为依据,将多
目标问题转化为单目标问题进行求解。
利用进化算法求解多目标优化问题是近年来的研究热点,1967年,Rosenberg就建议采
用基于进化的搜索来处理多目标优化问题,但没有具体实现。1975年,Holland提出了遗传算
法,10年后,Schaffer提出了矢量评价遗传算法,第一次实现了遗传算法与多目标优化问题的
结合。1989年,Goldberg在其著作《Genetic Algorithms for Search,Optimization,and Ma-
chine Learning》中,提出了把经济学中的Pareto理论与进化算法结合来求解多目标优化问题
的新思路,对于后续进化多目标优化算法的研究具有重要的指导意义。目前﹐采用多目标进化
算法求解多目标问题已成为进化计算领域中的一个热门方向,粒子群优化,蚁群算法、人工免
疫系统、分布估计算法、协同进化算法,进化算法等一些新的进化算法陆续被用于求解多目标
优化问题。本案例采用多目标粒子群算法求解多目标背包问题。

问题叙述与分析

求解和结果

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