分解策略下的多目标组合优化:MOEA/D算法解析

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"基于分解的多目标组合优化进化算法" 在多目标优化问题中,往往存在多个相互冲突的目标函数需要同时优化。传统的单目标优化方法无法有效地处理这些目标间的权衡,因此多目标进化算法(Multiobjective Evolutionary Algorithm, MOEA)应运而生。本文介绍的是一种基于分解的多目标进化算法(MOEA/D),它旨在解决工程领域中多目标函数下的最优解求解问题。 分解是传统多目标优化中的一种基础策略,但在此之前并未在多目标进化优化中得到广泛应用。MOEA/D的核心思想是将多目标优化问题分解成多个单目标子问题,然后并行地对这些子问题进行优化。每个子问题仅利用其相邻子问题的信息进行优化,这种设计使得MOEA/D在每代的计算复杂度上低于基于分级的多目标遗传算法(MOGLS)和非支配排序遗传算法第二代(NSGA-II)。 MOEA/D的工作流程主要包括以下几个步骤: 1. **问题分解**:首先,多目标优化问题被分解为一系列与目标函数相关的子问题。这些子问题通常通过一定的坐标系统或者权重分配来表示。 2. **邻域定义**:每个子问题都与一个邻域内的其他子问题相关联,邻域大小和结构可以根据问题特性调整。 3. **解的生成与更新**:在进化过程中,每个个体(解)只与邻域内的个体进行交互,通过交叉、变异等操作生成新的解,并根据子问题的目标函数进行评估。 4. **种群管理**:种群中的个体通过非支配排序和拥挤距离等指标进行选择,确保种群的多样性和分布质量。 实验结果显示,即使采用简单的分解方法,MOEA/D在0-1背包问题和连续多目标优化问题上的性能也优于或与MOGLS和NSGA-II相当。进一步的研究表明,通过使用目标规范化的分解方法,可以增强MOEA/D在解决复杂多目标问题时的性能和鲁棒性。 基于分解的多目标进化算法MOEA/D提供了一种高效且灵活的多目标优化工具,尤其适用于解决具有多个相互矛盾的目标函数的问题。其低计算复杂度和出色的性能使其在实际工程应用中具有广阔的应用前景。