求解大规模问题的改进粒子群优化算法

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现实生活中,很多实际的优化问题都需要处理大量的决策变量,这称为大规模优化问题。虽然传统的计算智能方法在解决一些低维优化问题是有效的,但是,随着决策变量的增加,这些方法在求解大规模优化问题上性能退化,很难找到全局最优解。因此,将计算智能方法进行合理的、有效的改进来求解大规模优化问题显得越来越有必要。
  粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)是计算智能方法的一个分支,由于其原理简单、便于实现等特点,受到了许多学者的关注,将其广泛应用于解决优化问题和实际的工程问题中。然而,由于粒子群优化算法具有容易陷入局部最优和收敛速度慢等缺陷,难以求解大规模优化问题,所以对其进行有效的改进避免上述现象的发生,是非常必要的。本文通过对粒子群优化算法中的群体结构和粒子的更新学习进行改进,求解大规模优化问题,充分利用了粒子群信息,并提高了群体的多样性。主要工作如下:
  (1)提出一种基于分层排序的粒子群大规模优化算法(Hierarchical Sorting Swarm Optimizer,HSSO)。首先根据初始粒子的适应度值对其进行排序,然后将排序后的粒子分成两层,即优势层和劣势层。劣势层的粒子通过向优势层来更新学习。在实验中,将HSSO应用于39个基准测试函数的优化,并与现有的几种算法进行了比较,结果表明,HSSO算法简单,在探索和开发方面都有了很大的提高。
  (2)提出一种精英粒子反向传播学习的粒子群大规模优化算法(Spread-based Elite Opposite Swarm Optimizer,SEOSO)。在该算法中引入了传播学习和精英反向学习。首先在传播学习中,粒子群被分成若干层的子群,这些子群可以交换粒子以获得更多有用的信息,从而提高群的多样性。其次在精英反向学习中,优势的粒子也进行更新,其飞行的相反方向的信息被处理。最后在基准测试函数集上进行了实验。实验结果表明,该方法在基准测试函数上优于比较的几种先进算法,能有效地解决大规模优化问题。
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