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一类基于正态分布采样的全局优化算法研究开题报告

 2021-12-29 21:35:32  

全文总字数:2678字

1. 研究目的与意义及国内外研究现状

相比于经典的进化算法,基于正态分布采样算法具有很好的全局搜索能力,但收敛效率不够理想。为此,混合有效的下降策略是一种行之有效的解决方法。本文于对基于正态分布采样算法的加速策略进行了研究,以自适应协方差矩阵进化策略算法(CMA-ES)为重点,给出CMA-ES算法的算法流程,通过对多个单峰值和多峰值测试函数的测试得出CMA-ES算法具有全局性能好、寻优效率高的特点;在分析各种标准测试问题的代表特征的基础上,针对不同测试问题的特点,改变CMA-ES算法中策略参数的大小,达到对测试函数最佳的优化效果。

国内外研究现状

目前已有的算法有自适应协方差矩阵进化策略(CMA-ES)[1],而研究表明,该算法具有高适应性和高鲁棒性、全局搜索精度高、计算效率高的特点,适用于解决复杂特征的测试问题。然而,对于一些特别是高维度多模态的全局优化问题的求解,CMA-ES算法仍然存在着早熟收敛、精度不够等的缺陷。对此,针对进化算法在多极值问题的求解中出现的收敛速度慢,全局求解精度差等的问题,不少学者引入了正交化设计,在CMA-ES算法的基础上,相继提出了求解全局优化问题的正交协方差矩阵自适应进化策略算法[2]、正交差分演化算法[3-4]、正交遗传算法[5-7]等。

自适应协方差矩阵进化策略(Covariance Matrix Adaption Evolution Strategy,short for CMA-ES)是在进化策略的基础上发展起来的一种高效的全局优化算法,它将进化算法的可靠性、全局性与自适应协方差矩阵的高引导性结合起来,对解决非线性、非凸优化问题具有较强的适应性。

利用进化策略参数预测并调整下一代的进化方向,进而进行突变操作生成下一代种群,如此反复,逐渐逼近最优解。

2. 研究的基本内容

本文对一些单峰值测、非线性试函数的代表特征进行了分析,并且利用cma-es算法对这些测试问题进行数值实验测试;根据实验结果一致发现cma-es算法在解决非凸,非线性问题时具有全局性能好、寻优效率高的特点;实验时所用的策略参数均是建议值.

cma-es算法数值实验流程的第一步即是策略参数的设置.需要设置的参数一般有种群大小,父代个体数,重组权值以及自适应调整时所需的常量等策略参数的取值对算法的性能具有重要的影响.文献[1]中对上述参数进行了详细的讨论,并给出了各个参数的建议值;本文主要着眼于种群大小和父代个体数的不同取值对算法性能的影响展开讨论,针对不同问题探究策略参数对算法性能的影响.

首先,我们在分析单峰值测试函数和多峰值函数代表性特征的基础上,通过测试在达到收敛条件的情况下的函数评价次数,对比迭代最后一步的最优解的精度并分析寻优效率图,我们得到cma-es算法具有良好的全局寻优性能的结论。其中,单峰值函数集来自于文献[8],多峰值函数集来自于文献[9].

接着,我们以达到收敛条件的平均函数评价次数(m-fes)和迭代最后一步的平均最优值(m-best)为判断依据,通过改变种群大小λ和样本大小μ时m-fes的变化,寻找策略参数λ和μ对算法性能影响,并给出了测试函数集的算法策略参数的优化结果。

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3. 实施方案、进度安排及预期效果

第1周:确定论文主题方向,进行论文题目的筛选。

第2周:以论文题目为核心,对相关资料进行收集和翻阅。

第3周:对已搜集的资料加以整理,论证分析论文的可行性、实际性,将论文题目和大致范围确定下来,进行开题报告。

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4. 参考文献

[1] n.hansen. the cma evolution strategy:a comparing review[c]//towards a new evolutionary computation: advances on estimation of distribution algorithms. berlin: springer, 2006: 75-102.

[2] 黄亚飞,梁昔明,陈义雄. 求解全局优化问题的正交协方差矩阵自适应进化策略算法 [j]. 计算机应用,2012,32(4):981-985.

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