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基于最大熵进化算法的高维多目标优化

2025-11-13周雪松

指挥控制与仿真 2025年5期

中图分类号:TP18 文献标志码:A DOI:10.3969/j. issn.1673-3819.2025.05.009

Abstract:With theincreaseindatavolume,dimensionality,andthenumberofoptimizationobjectives,theconflictsbetweenobjectives intensify,makingthesolutionofmulti-objectiveoptimizationproblems increasinglycomplex.Thisisespecially trueforhigh-dimensionalheterogeneousmulti-objectiveoptimizationproblems,wherethedificultyofsolvingthemincreases significantly.Inthispaper,weproposeamaximumentropy-basedreferencevector-guidedevolutionaryalgorithm aimedat solving many-objectiveoptimization problems.Bycombining reference point strategies with evolutionaryalgorithm search mechanisms,the proposed methodachieves complementarycooperation between the ideal and worst reference points, therebyimprovingtheeficiencyofoptimization.Thealgorithmreliesonasetofadaptivelyselectedreference vectorsandoptimizes them using Bayesian maximumentropy,focusing on balancing diversityand convergence during theoptimization processThrough comparative experimentsonseveral benchmark problems,theproposed K-RVEAalgorithmdemonstrates significant advantages,verifying the feasibility and effectiveness of the method.

Keywords:many-objective optimization;maximum entropy;diversity;convergence

在经济和工业领域,许多高维、异构的多目标优化问题日益凸显。这些问题通常表现为多个优化自标之间的冲突,即改善一个目标可能会导致其他目标的恶化,因此,需要在多个目标之间找到一种平衡。这类问题被称为“高维多目标优化问题”(many-objectiveopti-mizationproblems,MaOPs)。与传统的多目标优化问题相比,高维多目标优化问题一般涉及4个以上的目标函数。本文考虑以下形式的多目标优化问题:

minimize {f1(x),…,fk(x)} subject to x∈S (1)其中, k 大于2,目标函数值的向量表示为 f(x)= (f1(x),…,fk(x))T (非空)。可行空间 s 是决策空间 R2 的一个子集,并由决策向量 组成,此决策向量满足所有的约束条件。目标空间 R2 中的可行区域 s 称为用 Z 表示的可行目标集。 Z 的元素被称为可行目标向量,用 z=(z1,…,zk)T 表示,其中, zi=fi(x) 为目标函数值。由于这些目标是相互冲突的,通常不存在单一的最优解,而是存在多个帕累托最优解。在目标空间中,所有最优解的集合被称为帕累托前沿,在决策空间中被称为帕累托集。

现有研究提出了两大类优化算法:多准则决策(MCDM)[1]和进化多目标优化(EMO)[2]。MCDM方法通常通过两种方式求解:一是将多目标优化问题转化为单目标优化,找到代表性的帕累托最优解;二是根据决策者偏好选择最优解,决策者通常在获取一组帕累托最优解后进行选择。EMO方法主要处理大量候选解,目标是找到一组能够代表整个帕累托前沿的解[3]

进化算法(EAs)模拟自然界的进化过程,能够处理不同类型的决策变量,并且不依赖目标函数的凸性、可微性或约束条件[4]。……

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