基于优秀个体的差分进化算法及其应用
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差分进化算法DE-DifferentialEvolution差分进化算法 (Differential Evolution)Differential Evolution(DE)是由Storn等⼈于1995年提出的,和其它⼀样,DE是⼀种模拟⽣物进化的,通过反复,使得那些适应环境的个体被保存了下来。
但相⽐于进化算法,DE保留了基于种群的全局搜索策略,采⽤实数编码、基于差分的简单变异操作和⼀对⼀的竞争⽣存策略,降低了遗传操作的复杂性。
同时,DE特有的记忆能⼒使其可以动态跟踪当前的搜索情况,以调整其搜索策略,具有较强的全局收敛能⼒和,且不需要借助问题的特征信息,适于求解⼀些利⽤常规的数学规划⽅法所⽆法求解的复杂环境中的优化问题。
⽬前,DE已经在许多领域得到了应⽤,譬如⼈⼯⽹络、化⼯、电⼒、机械设计、机器⼈、信号处理、⽣物信息、经济学、现代农业、⾷品安全、环境保护和运筹学等。
DE算法-作者⽹站:维基百科资料库 :DE 算法主要⽤于求解的全局优化问题,其主要⼯作步骤与其他基本⼀致,主要包括变异(Mutation)、交叉(Crossover)、选择(Selection)三种操作。
算法的基本思想是从某⼀随机产⽣的初始群体开始,利⽤从种群中随机选取的两个个体的差向量作为第三个个体的随机变化源,将差向量加权后按照⼀定的规则与第三个个体求和⽽产⽣变异个体,该操作称为变异。
然后,变异个体与某个预先决定的⽬标个体进⾏参数混合,⽣成试验个体,这⼀过程称之为交叉。
如果试验个体的适应度值优于⽬标个体的适应度值,则在下⼀代中试验个体取代⽬标个体,否则⽬标个体仍保存下来,该操作称为选择。
在每⼀代的进化过程中,每⼀个体⽮量作为⽬标个体⼀次,算法通过不断地迭代计算,保留优良个体,淘汰劣质个体,引导搜索过程向全局逼近。
算法图解:算法伪代码:算法C代码:1//********************************************************/2// DE/rand/1/bin --差分进化算法-(基本类型)3//********************************************************/456 #include <stdlib.h>7 #include <stdio.h>8 #include <time.h>9 #include <float.h>1011/* Function definitions */1213double func(double *);14int usage(char *);1516/* Random number generator defined by URAND should return17double-precision floating-point values uniformly distributed18over the interval [0.0, 1.0) */1920#define URAND ((double)rand()/((double)RAND_MAX + 1.0))2122/* Definition for random number generator initialization */2324#define INITRAND srand(time(0))2526/* Usage for the program */2728int usage(char *str)29 {30 fprintf(stderr, "Usage: %s [-h] [-u] [-s] [-N NP (20*D)] ", str);31 fprintf(stderr, "[-G Gmax (1000)]\n");32 fprintf(stderr, "\t[-C crossover constant, CR (0.9)]\n");33 fprintf(stderr, "\t[-F mutation scaling factor, F (0.9)]\n");34 fprintf(stderr, "\t[-o <outputfile>]\n\n");35 fprintf(stderr, "\t-s does not initialize random number generator\n");36 exit(-1);37 }383940int main(int argc, char **argv)41 {42 register int i, j, k, r1, r2, r3, jrand, numofFE = 0;43extern int D;44extern double Xl[], Xu[];4546int NP = 20 * D, Gmax = 1000, c, index = -1, s = 1;4748double **popul, **next, **ptr, *iptr, *U, CR = 0.9, F = 0.9,4950 min_value = DBL_MAX, totaltime = 0.0;5152char *ofile = NULL;5354 FILE *fid;55 clock_t starttime, endtime;565758/* Parse command line arguments given by user */5960for (i = 1; i < argc; i++)61 {62if (argv[i][0] != '-')63 usage(argv[0]);6465 c = argv[i][1];6667switch (c)68 {69case'N':70if (++i >= argc)71 usage(argv[0]);7273 NP = atoi(argv[i]);74break;75case'G':76if (++i >= argc)77 usage(argv[0]);7879 Gmax = atoi(argv[i]);80break;81case'C':82if (++i >= argc)83 usage(argv[0]);8485 CR = atof(argv[i]);86break;87case'F':88if (++i >= argc)89 usage(argv[0]);9091 F = atof(argv[i]);92break;93case'o':94if (++i >= argc)95 usage(argv[0]);9697 ofile = argv[i];98break;99case's': /* Flag for using same seeds for */100 s = 0; /* different runs */101break;102case'h':103case'u':104default:105 usage(argv[0]);106 }107 }108109if (s) INITRAND;110111/* Printing out information about optimization process for the user */ 112113 printf("Program parameters: ");114 printf("NP = %d, Gmax = %d, CR = %.2f, F = %.2f\n",115 NP, Gmax, CR, F);116117 printf("Dimension of the problem: %d\n", D);118119120/* Starting timer */121122 starttime = clock();123124125/* Allocating memory for current and next populations, intializing126 current population with uniformly distributed random values and127 calculating value for the objective function */128129130// NP:种群⼤⼩, Gmax:迭代次数, CR:交叉概率, F:扰动向量的缩放因⼦131132//当前种群133 popul = (double **)malloc(NP*sizeof(double *));134if (popul == NULL) perror("malloc");135136//下代种群137 next = (double **)malloc(NP*sizeof(double *));138if (next == NULL) perror("malloc");139140//当前种群popul[NP][D+1]141for (i = 0; i < NP; i++)142 {143//个体维度空间分配144 popul[i] = (double *)malloc((D + 1)*sizeof(double));145if (popul[i] == NULL) perror("malloc");146147//初始化维度值148for (j = 0; j < D; j++)149 popul[i][j] = Xl[j] + (Xu[j] - Xl[j])*URAND;150151//最后的元素内存放该个体的适应度值152 popul[i][D] = func(popul[i]);153154 numofFE++;//统计评估次数155156//下⼀代个体空间分配157 next[i] = (double *)malloc((D + 1)*sizeof(double));158if (next[i] == NULL) perror("malloc");159 }160161/* 为实验向量分配空间--Allocating memory for a trial vector U */ 162163 U = (double *)malloc((D + 1)*sizeof(double));164if (U == NULL) perror("malloc");165166167/* The main loop of the algorithm */168169for (k = 0; k < Gmax; k++)170 {171172for (i = 0; i < NP; i++) /* Going through whole population */173 {174175/* Selecting random indeces r1, r2, and r3 to individuls of176 the population such that i != r1 != r2 != r3 */177178//1.选择三个互不相同的随机个体r1,r2,r3179do180 {181 r1 = (int)(NP*URAND);182 } while (r1 == i);183184do185 {186 r2 = (int)(NP*URAND);187 } while (r2 == i || r2 == r1);188do189 {190 r3 = (int)(NP*URAND);191 } while (r3 == i || r3 == r1 || r3 == r2);192193 jrand = (int)(D*URAND);194195/* Mutation and crossover */196//2. 执⾏变异和交叉操作197for (j = 0; j < D; j++)198 {199//执⾏⼆项式交叉200if (URAND < CR || j == jrand)201 {202//试验向量部分来⾃变异后的向量203 U[j] = popul[r3][j] + F*(popul[r1][j] - popul[r2][j]);204 }205else206//试验向量部分来⾃个体i207 U[j] = popul[i][j];208 }209//3. 计算新⽣成向量的适应度值210 U[D] = func(U);211212 numofFE++;213214/* Comparing the trial vector 'U' and the old individual215 'next[i]' and selecting better one to continue in the216 next population.注意:空间的交替变换和使⽤ */217218//贪婪策略从试验向量U和当前个体i中选择⼀个好的放⼊到下⼀代个体中219if (U[D] <= popul[i][D])//新向量好220 {221222//试验向量U⽜逼, next指向当前的试验向量U,u指向next, ⽅法:指针交换223 iptr = U;224 U = next[i];225 next[i] = iptr;226 }227else//原始向量⽜逼, next指向个体i, ⽅法: 直接拷贝228 {229for (j = 0; j <= D; j++)230 next[i][j] = popul[i][j];231 }232233 } /* End of the going through whole population */234235236/* Pointers of old and new populations are swapped */237//指针交换,各指针指向的空间发⽣变化238 ptr = popul;239 popul = next;240 next = ptr;241242 } /* End of the main loop */243244245/* Stopping timer */246247 endtime = clock();248 totaltime = (double)(endtime - starttime);249250251/* If user has defined output file, the whole final population is252 saved to the file */253254if (ofile != NULL)255 {256if ((fid = (FILE *)fopen(ofile, "a")) == NULL)257 {258 fprintf(stderr, "Error in opening file %s\n\n", ofile);259 usage(argv[0]);260 }261262for (i = 0; i < NP; i++)263 {264for (j = 0; j <= D; j++)265 fprintf(fid, "%.15e ", popul[i][j]);266 fprintf(fid, "\n");267 }268 fclose(fid);269 }270271/* Finding best individual */272273for (i = 0; i < NP; i++)274 {275if (popul[i][D] < min_value)276 {277 min_value = popul[i][D];278 index = i;279 }280 }281282/* Printing out information about optimization process for the user */283284 printf("Execution time: %.3f s\n", totaltime / (double)CLOCKS_PER_SEC);285 printf("Number of objective function evaluations: %d\n", numofFE);286287 printf("Solution:\nValues of variables: ");288for (i = 0; i < D; i++)289 printf("%.15f ", popul[index][i]);290291 printf("\nObjective function value: ");292 printf("%.15f\n", popul[index][D]);293294295/* Freeing dynamically allocated memory */296297for (i = 0; i < NP; i++)298 {299free(popul[i]);300free(next[i]);301 }302free(popul);303free(next);304free(U);305306return(0);307 }经典⽂献:[1] Storn, R., "Designing Nonstandard Filters with Differential Evolution, IEEE Signal Processing Magazine, january 2005, pp. 103 - 106.[2] Storn, R., "Sytem Design by Constraint Adaptation and Differential Evolution", IEEE Trans. on Evolutionary Computation, 1999, Vol. 3, No. 1, pp. 22 - 34.[3] Storn, R. and Price, K., "Differential Evolution - a Simple and Efficient Heuristic for Global Optimization over Continuous Spaces", Journal of Global Optimization, Kluwer Academic Publishers, 1997, Vol. 11, pp. 341 - 359.[4] Gitsels, M. and Storn, R., Internet-Videotelephonie nach dem H.323-Standard, ITG-Fachbericht 144, 7. 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Anyone who is interested in trying Differential Evolution (DE) might access the .[14] Storn, R., "A Debug/Trace Tool for C SW Projects", Dr. Dobb's Journal, February 1997, pp. 22 - 26.[15] Storn, R., "Constrained Optimization", Dr. Dobb's Journal, May 1995, pp. 119 - 123.[16] Christ, J., Storn, R. and Lueder, E., " New Shortlength DFTs for the Prime Factor Implementation on DSP Architectures", Frequenz, 1995, Band 49, Issue 1-2, pp. 8 - 10.[17] Ballay, H. and Storn, R., "A Tool for Checking C Coding Conventions", C User's Journal, july 94, pp. 41 - 50..[18] Storn, R., "A Hashing Function Based on Algebraic Coding", submitted for publication in the I.E.E. Proceedings~E, Computers and Digital Techniques.[19] Storn, R., "A Radix-2 FFT-Pipeline Architecture With Reduced Noise to Signal Ratio", I.E.E. 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差分进化算法入门差分进化算法(Differential Evolution, DE)是一种优化算法,用于解决连续优化问题。
它由Storn和Price在1995年提出,是一种基于种群的演化算法,采用迭代的方式逐步优化目标函数。
差分进化算法相比一些其他优化算法具有简单、高效和易于实现的特点,因此在实际应用中得到了广泛的应用。
差分进化算法的基本思想是通过模拟自然界中物种的进化过程来寻找最优解。
在差分进化算法中,解决问题的空间被划分成一系列个体,每个个体代表一个潜在的解。
算法的核心是个体间的差分和变异运算,通过变异和交叉操作生成新的解,并根据目标函数的评价指标选择出较优的个体。
这种迭代的过程不断演化,直到找到满足停止条件的解。
1.初始化种群:随机生成若干个体作为初始种群,并计算每个个体的适应度。
2.变异操作:随机选择三个不同的个体,通过变异操作生成新的解。
变异操作基于当前种群中的个体进行,并引入随机扰动来增加范围。
3.交叉操作:将变异得到的新解与原个体进行交叉操作,并生成一个交叉后的个体。
4.选择操作:根据目标函数的评价指标选择较优的个体作为下一代种群的成员。
5.终止条件检测:判断是否满足终止条件,如果满足则停止迭代,输出最优解;否则返回第2步。
差分进化算法的核心是变异和交叉操作,通过这两个操作可以生成新的解,并引导算法向全局最优解方向。
其中,变异操作决定了新解的探索能力,而交叉操作决定了新解与原个体之间的关系,从而在不同个体之间交换优秀特征。
综合这两个操作的影响,差分进化算法能够在解空间中进行有效的,找到最优解。
1.简单易懂:算法原理较为简单,易于理解和实现。
2.高效性:算法运行效率较高,在解决连续优化问题时能够找到接近全局最优解的解。
3.鲁棒性:算法对于问题的初始条件不敏感,能够适用于多种不同类型的优化问题。
4.可扩展性:算法可以通过调整参数和运算操作进行扩展和优化,适用于不同规模和复杂度的问题。
总之,差分进化算法是一种简单、高效和易于实现的优化算法。
基于协进化策略的改进差分进化算法及应用改进差分进化算法是近年来优化算法研究中的一个热点。
差分进化算法是一种高效的全局优化算法,在解决实际问题中具有广泛的应用前景。
然而,由于种群多样性不足、算法收敛速度慢等问题导致其求解效率并不高。
因此,如何提高差分进化算法的求解效率一直是研究者关注的问题。
基于协进化策略的改进差分进化算法是一种新型的进化算法。
协进化策略是一种种群演化策略,它将个体与其周围的邻居协同进化,以增加种群的多样性和自适应性。
基于协同进化策略的差分进化算法,通过引入邻域操作和群体操作,提高了算法的全局搜索能力和局部搜索能力。
1. 初始化种群,在种群中随机生成一些个体作为种群的起始点。
2. 利用差分进化算法进行个体的进化,并通过基于适应值的群体选择策略选择出最好的个体。
3. 在选出的个体周围建立邻域,并利用协同进化策略,将邻域内的个体加入群体中进行协同进化。
4. 通过交叉和变异操作,更新协同进化群体中的个体,并根据适应值的大小确定,部分个体将进入下一代,来保持种群多样性和适应性。
5. 判断是否满足终止条件,若满足则输出结果,否则返回第二步,并重复迭代至终止条件满足。
相对于传统的差分进化算法,基于协进化策略的改进差分进化算法具有以下优点:1. 提高了种群的多样性,通过协同进化,更好地利用种群中的信息,避免了算法收敛于某个局部最优解。
3. 提高了算法的全局搜索能力和局部搜索能力,通过邻域内的个体协同进化策略,更好地平衡了算法的全局搜索和局部搜索。
在实际应用中,基于协进化策略的改进差分进化算法具有广泛的应用前景。
例如,可以应用于电力负荷预测、电力市场竞价等问题的优化求解。
此外,基于协进化策略的改进差分进化算法也可以应用于其他机器学习问题的优化求解。
总之,基于协进化策略的改进差分进化算法是一种新型的优化算法,其具有很好的优化求解效果和广泛的应用前景。
差分演化算法
差分演化算法是一种全局优化算法,也是一种基于群体智能的优化算法之一。
它最早由Storn和Price于1995年提出,主要应用于连续优化问题中。
在差分演化算法中,个体的选择、交叉和变异都是通过向量运算来实现的,因此它可以处理高维、非线性、非凸、约束等各种复杂优化问题。
差分演化算法的基本思想是通过不断地对候选解进行差分变异、交叉操作,生成新的候选解并进行选择,最终找到全局最优解。
其中,差分变异操作是指通过对三个不同个体的向量差异进行加权和来产
生新的向量,交叉操作则是将两个向量中的部分基因进行交换,从而产生新的个体。
选择操作则是根据适应度函数的值,从当前种群中选择出一定数量的个体作为下一代种群。
差分演化算法具有较好的全局搜索性能和收敛性能,在实际应用中已被广泛应用于函数优化、工程设计、神经网络等领域。
但是,差分演化算法也存在一些问题,如收敛速度较慢、易陷入局部最优等缺点,在实际应用中需要根据具体问题和数据进行调整和改进。
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差分进化算法的实际应用差分进化算法(Differential Evolution,DE)是一种优化算法,最初由Storn和Price 在1995年提出。
该算法通过模拟自然选择的过程,不断优化目标函数,达到最优解。
近年来,差分进化算法在各个领域得到了广泛的应用。
差分进化算法在工程优化领域是被广泛应用的。
例如,在室内设计领域,使用差分进化算法来优化各种室内设计的元素,如家具布置、灯具设计等,优化的结果可以增强空间美感和舒适性,延长家具和设备的使用寿命,降低了设计成本。
在管道系统和化学工业中,差分进化算法也能够用来解决复杂工艺的问题。
例如,在纸浆和纸制品制造中,使用差分进化算法进行预测的生产条件,以便减少生产成本,优化生产过程;另外,差分进化算法亦被应用于工业口味的优化、生产中的卫生质量控制、物流和生产计划的优化等。
2. 差分进化算法在信号与图像处理中的应用差分进化算法在信号和图像处理中得到了广泛的应用。
例如,在图像压缩技术中,差分进化算法被用来找出最佳的图像的变换参数,包括图像的分辨率和压缩比例。
在音频信号中,差分进化算法常常与混响器和均衡器相伴。
通过差分进化算法来优化这些音频效果器的性能参数,提神音频品质,使音频的全局调整更为精准和高效。
差分进化算法在机器嗅觉领域得到了广泛的应用。
例如,食品行业使用差分进化算法来判定食品的成分。
此外,差分进化算法还在汽车领域被应用于车内高温时的臭味测量,以及疲劳驾驶时的呼吸测量。
差分进化算法在金融领域中的应用,主要是预测股票和外汇的市场行情,进行投资决策。
例如,在股票市场中,差分进化算法被用来挖掘股票与其他市场之间的关联性。
此外,差分进化算法还可以通过自动化的方式,完成对阿尔法交易策略等的优化。
结论总体来说,差分进化算法是一种强大而灵活的优化算法,涵盖了诸多领域的应用,在实际应用中所表现的效果也非常出色。
差分进化算法的发展也处于一个不断成熟和完善的过程,随着时间的推移,相信该算法在更多领域中应用的空间也会越来越广阔。
差分进化算法介绍差分进化算法(Differential Evolution, DE)是一种全局优化算法,适用于求解各种类型的优化问题。
该算法于1995年由Rainer Storn和Kenneth Price提出,并在之后的几十年中得到了广泛应用和研究。
算法流程:(1)初始化种群:首先随机生成初始的种群,个体的数目与问题的维度相关,每个个体由问题的解空间中的一个点表示。
(2)变异操作:对于每个个体,通过随机选择种群中的三个不同个体a、b和c,生成一个变异个体m。
具体的变异操作可以有多种实现方式,其中较为常见的是"rand/1"变异策略和"best/1"变异策略。
(3)交叉操作:对于每个个体,通过将变异个体m的一些基因与当前个体的对应基因进行交叉,进而得到一个试验个体u。
(4)选择操作:根据试验个体u的适应度值,决定是否将其纳入下一代种群。
如果u的适应度值优于当前个体,则将u替换当前个体;否则保留当前个体。
上述的(2)至(4)步骤迭代进行,直到满足终止条件(如达到最大迭代次数,或者找到满意的解)为止。
(1)全局优化能力强:差分进化算法基于种群的演化过程,能够较好地保持种群的多样性,从而有较高的全局能力。
(2)参数设置简单:相比于其他优化算法(如遗传算法、粒子群优化算法等),差分进化算法的参数设置较为简单,只需调整几个关键参数即可。
(3)对问题没有假设和限制:差分进化算法对问题没有特定的假设和限制,适用范围广,能够求解各种类型的优化问题。
(4)易于并行化:差分进化算法的计算过程中,各个个体之间是相互独立进行演化的,因此易于实现并行计算,提高求解效率。
总结来说,差分进化算法是一种全局优化算法,通过模拟自然界的演化过程来寻找最优解。
算法具有全局优化能力强、参数设置简单、适用范围广、易于并行化等特点和优势。
它在实际应用中取得了广泛成功,并且不断有新的改进和变种被提出。
差分进化算法原理差分进化算法是一种基于群体智能的优化算法,由Storn和Price于1995年提出。
该算法通过模拟生物遗传进化的过程,在群体中引入变异、交叉、选择等操作,从而优化目标函数。
相对于传统优化算法,差分进化算法具有收敛速度快、全局搜索能力强等优点,因此在实际工程优化中得到广泛应用。
差分进化算法的基本原理是通过不断改进目标函数来优化群体中的个体。
算法的基本流程如下:1. 初始化:随机生成足够多的初始个体,构成初始群体。
2. 变异:对于每个个体,根据固定的变异策略生成一个变异个体。
3. 交叉:将原个体和变异个体进行交叉,得到一个新的个体。
4. 选择:从原个体和交叉个体中选择更优的一个作为下一代的个体。
5. 更新群体:将新个体代替原个体,同时保留所有代的最优解。
变异策略和交叉方法是差分进化算法的核心部分。
1. 变异策略:变异策略是指在进化过程中,对每个个体进行的变异操作。
常用的变异策略有DE/rand/1、DE/rand/2和DE/best/1等。
“DE”表示差分进化,“rand”表示随机选择其他个体进行变异,“best”表示选择当前代的最优解。
以DE/rand/1为例,其变异操作步骤如下:(1)从群体中随机选择两个个体(除当前个体之外);(2)根据固定的变异因子F,生成一个变异向量v;(3)计算原个体与变异向量v的差分,得到新的个体。
变异因子F的值通常取0.5-1.0,表示变异向量中各项的取值在变量取值范围内随机变化的程度。
2. 交叉方法:交叉方法是指在变异个体和原个体之间进行的交叉操作。
常用的交叉方法有“二项式交叉”和“指数交叉”等。
以二项式交叉为例,其交叉操作步骤如下:(1)对于变异向量v中的每一维,以一定的概率Cr选择变异向量中的该维,否则选择原个体中的该维;(2)得到新的个体。
Cr表示交叉率,通常取值在0.1-0.9之间。
差分进化算法的收敛性和全局搜索能力与变异策略和交叉方法的选择密切相关。
差分进化算法pdf差分进化算法是一种基于群体智能的优化算法,其主要目的是在给定的问题中快速找到最优解。
相对于传统的进化算法,差分进化算法的主要优势在于其对于高维度问题的表现力更加出色。
以下是差分进化算法的具体步骤:1. 初始化种群在差分进化算法中,我们需要首先初始化一个种群,将其放在搜索空间中,以便进行进化。
每个个体都是由一个特定的向量组成,表示搜索空间中的一个点。
我们可以通过随机抽样的方式来初始化种群中每一个个体的向量值。
2. 差分算子差分运算符是差分进化算法的核心组成部分。
其主要功能是根据种群中已有的个体,构造并生成新的解向量。
在差分算子中,我们选取两个可行解x和y,然后通过差分算子构建新的解向量z。
具体地,z的构造方式如下:z = x + F(y-x)其中F是参数范围在[0,2]之间的可调整的参数,其作用是控制差分算子对y-x的影响程度。
3. 交叉运算符在差分进化算法中,交叉运算符主要用来融合一个个体的特征向量与由差分算子生成的新的特征向量。
具体来说,交叉运算符可以通过在两个向量矩阵中分别随机选取一些位置,并将这些位置标记为“父向量”和“子向量”来实现。
然后,我们可以根据随机选取的位置进行特征向量的融合。
4. 选择算子选择算子主要用来筛选种群中的优质解向量,并将其作为下一次进化的种子。
在差分进化算法中,我们可以根据优化的目标函数来度量一个解向量的质量。
具体来说,我们需要对整个种群中的解向量进行评估,并选取其中表现最优秀的个体作为下一次进化的种子。
总之,差分进化算法是一种非常高效的搜索算法,在很多领域中已经得到了广泛的应用。
相信通过学习差分进化算法的操作步骤以及其内在的优化机制,我们可以更好地理解并应用这个优秀的算法。
差分进化算法
差分进化算法(DifferentialEvolutionAlgorithm,DE)是一种高效的全局优化算法。
是一种模拟生物进化的随机模型,通过反复迭代,使得那些适应环境的个体被保存了下来。
它的进化流程则与遗传算法非常类似,都包括变异、杂交和选择操作,但这些操作的具体定义与遗传算法有所不同。
DE的基本原理:
基本思想是从某一组随机产生的初始种群开始,随机选择两个不同的个体向量相减产生差分向量,将差分向量赋予权值后与第三个随机选择的个体向量相加,产生变异向量。
然后将变异向量与预先确定的父代个体向量按一定的规则交叉产生试验向量。
若试验向量的适应度值优于父代个体的向量的适应度值,则选用试验的向量进入下一代,否则保留父代个体向量。
通过不断的进化,保留优胜的个体,引导搜索过程向最优解逼近。
DE的算法流程:
1、基本参数的设置,包括种群规模(NP),缩放因子(F),交叉概率(CR)。
2、初始化种群。
3、计算种群适应度值。
4、终止条件不满足时,依次执行变异、交叉、选择运算进行循环,直到终止运算。
DE的特点:
进化计算是一种具有鲁棒性的方法,能适应不同的环境不同的问题,而且在大多数情况下都能得到比较满意的有效解。
他对问题的整个参数空间给出一种编码方案,而不是直接对问题的具体参数进行处理,不是从某个单一的初始点开始搜索,而是从一组初始点搜索。
因而进化算法具有广泛的应用性,高度的非线性,易修改性和可并行性。
基于优秀个体的差分进化算法及其应用
基于优秀个体的差分进化算法及其应用
摘要:
差分进化算法是一种常用的优化算法,它通过模拟有生殖能力的个体在自然界中的进化过程,逐步搜索最优解。
然而,传统的差分进化算法可能会陷入局部最优解的困境。
为了克服这个问题,一种新的差分进化算法被提出,即基于优秀个体的差分进化算法。
本文将详细介绍该算法的原理及其在实际问题中的应用。
一、引言
差分进化算法是一种基于种群的全局优化算法,最早由Storn 和Price于1995年提出。
它通过模拟个体在自然进化中的变异、交叉和选择过程,不断搜索最优解。
传统的差分进化算法包括三个基本操作,分别是变异操作、交叉操作和选择操作。
其中最关键的是变异操作,它用于生成新的个体。
然而,传统的差分进化算法对于变异操作的设计相对简单,容易陷入局部最优解的问题。
二、基于优秀个体的差分进化算法
基于优秀个体的差分进化算法是改进传统差分进化算法的一种方法。
它利用已知的优秀个体来指导新个体的生成,据此提高算法搜索的效率和精度。
具体来说,基于优秀个体的差分进化算法引入了两个新的操作:精英保留和随机引导。
1. 精英保留
在传统差分进化算法中,每一代的最优个体都有可能在下一代中被淘汰。
而在基于优秀个体的差分进化算法中,每一代的最优个体都会被保留下来,并直接参与下一代的杂交操作。
这样
可以保证每一代的最优解都得到有效的传递和利用,避免陷入局部最优解。
2. 随机引导
随机引导是基于优秀个体的差分进化算法的另一个核心操作。
它的目的是利用已知的优秀个体来指导新个体的生成,增加搜索的多样性。
具体做法是在变异操作中,除了利用种群中的其他个体进行变异外,还引入已知的优秀个体进行变异。
这样一来,新个体的生成不仅依赖于当前种群中的个体,还受到优秀个体的影响,增加了搜索的灵活性和全局性。
三、应用
基于优秀个体的差分进化算法在各个领域都有广泛应用。
以下将以图像处理和机器学习为例,阐述其应用。
1. 图像处理
在图像处理中,基于优秀个体的差分进化算法可以用于图像的分割、去噪和增强等方面。
例如,可以利用该算法对图像中的目标进行分割,通过灵活的搜索策略和优秀个体的引导,有效地找到目标的边界和轮廓线,提高图像分割的准确性和效果。
2. 机器学习
在机器学习中,基于优秀个体的差分进化算法常被应用于特征选择、参数优化等问题。
例如,在神经网络的训练中,可以利用该算法对网络的权重和偏置进行优化,通过不断迭代和优秀个体的引导,使得网络在训练过程中收敛速度更快,结果更精确。
四、总结与展望
基于优秀个体的差分进化算法是一种有效的优化算法,在克服传统差分进化算法的局限性方面具有显著的优势。
通过引入精英保留和随机引导等操作,可以提高算法的全局搜索能力和收
敛性。
然而,该算法仍存在一些问题,如个体的选择方式和参数的调整等,需要进一步研究和改进。
未来,可以进一步探索基于优秀个体的差分进化算法在更多领域的应用,提高算法的性能和实用性
基于优秀个体的差分进化算法是一种灵活且具有全局搜索能力的优化算法,已在图像处理和机器学习等领域得到广泛应用。
在图像处理中,该算法可以提高图像分割的准确性和效果;在机器学习中,可以加速神经网络的训练过程并提高结果的精确性。
虽然该算法还存在一些问题,但通过进一步研究和改进,可以进一步提高其性能和实用性。
未来可以探索该算法在更多领域的应用,以满足不断增长的实际需求。