群智能优化算法综述
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蚁群算法综述摘要:群集智能作为一种新兴的演化计算技术已成为越来越多研究者的关注焦点, 其理论和应用得到了很大的发展。
作为群集智能的代表方法之一,蚁群算法ACO (Ant Colony Optimization, 简称ACO) 以其实现简单、正反馈、分布式的优点得到广泛的应用。
蚁群算法是由意大利学者M. Dorigo 提出的一种仿生学算法。
本文主要讨论了蚁群算法的改进及其应用。
在第一章里介绍了蚁群算法的思想起源及研究现状。
第二章详细的介绍了基本蚁群算法的原理及模型建立,并简要介绍了几种改进的蚁群优化算法。
第三章讨论了蚁群算法的最新进展和发展趋势展望。
关键词:群集智能,蚁群算法,优化问题1 引言1.1 概述人类的知识都来自于对自然界的理解和感悟,如天上的闪电,流淌的河流,挺拔的高山,汪洋的大海,人们从中学会了生存,学会了征服自然和利用自然。
自然界中也存在着很多奇特的现象,水中的鱼儿在发现食物时总能成群结队,天上的鸟儿在迁徙时也是组成很多复杂的阵型,蚂蚁在发现食物时总能找到一条最短的路径。
无论鱼儿,飞鸟或是蜜蜂,蚂蚁他们都有一个共同的特点好像有一种无形的力量将群体中的每个个体组织起来,形成一个统一的整体。
看似庞杂的种群却又有着莫大的智慧,让他们能够完成一个个体所无法完成的使命。
整个群体好像一个社会,形成一个有机整体,这个整体对单个个体要求不高,诸多个体组合起来数量庞大,却极具协调性和统一性,这就是群智能。
群智能算法是利用其个体数量上的优势来弥补单个个体的功能缺陷,使整个群体看起来拥有了个体所无法企及的能力和智慧。
单个个体在探索过程的开始都是处于一种盲目的杂乱的工作状态,因此这些个体所能找到的最优解,对于群体而言却并非是最优的而且这些解也都是无规则的,随着越来越多的个体不断探索,单个个体受到其他成员的影响,大量的个体却逐渐趋向于一个或一条最优的路线,原本杂乱的群体渐渐呈现一种一致性,这样整个群体就具有了寻找最优解的能力。
基于邻域搜索策略的蜣螂优化算法及应用目录一、内容综述 (2)1. 研究背景与意义 (3)2. 国内外研究现状 (4)3. 研究内容与方法 (5)二、邻域搜索策略概述 (6)1. 邻域搜索策略定义 (7)2. 邻域搜索策略的分类 (8)3. 邻域搜索策略的应用领域 (9)三、蜣螂优化算法介绍 (10)1. 蜣螂优化算法的基本原理 (12)2. 蜣螂优化算法的流程 (13)3. 蜣螂优化算法的特点 (14)四、基于邻域搜索策略的蜣螂优化算法 (14)1. 算法设计思路 (16)2. 算法流程 (17)3. 算法性能分析 (18)五、基于邻域搜索策略的蜣螂优化算法的应用 (19)1. 在组合优化问题中的应用 (21)2. 在机器学习中的应用 (22)3. 在其他领域的应用 (23)六、实验与分析 (24)1. 实验设计 (25)2. 实验结果与分析 (26)3. 算法的优缺点分析 (27)七、结论与展望 (29)1. 研究结论 (30)2. 研究展望与建议 (31)一、内容综述该算法模拟蜣螂发现粪球的自然行为过程,通过模仿蜣螂在环境中的移动来搜索最优解。
在中,解的初始化类似于其他进化算法,但算法中的适应机制是其独特的特点。
它模仿蜣螂在寻找粪球时的适应特性,即蜣螂在到达粪球后,会根据自身和周围环境的信息来决定是否留在原地继续推粪或移动到更靠近粪球的位置,以此来更有效地搜索和识别最佳解决方案。
此算法中的邻域搜索策略使得蜣螂可以与其相距不远的一组变量相互影响,而不是孤立地考察单个变量或播撒算法中的个体。
这种策略使得算法对局部极小值问题具有较高的鲁棒性,并能够快速收敛至全局最优解。
应用方面,基于邻域搜索策略的蜣螂优化算法已经成功应用于各种领域,包括但不限于:控制与调度:在电力系统、交通信号控制或联网设备中优化资源分配和任务调度。
金融与经济学:在金融资产定价、投资组合优化或企业管理中,最大化回报并最小化风险。
环境与生态学:模拟自然生态系统的优化过程,旨在解决环境污染与恢复问题。
多部电梯群控系统控制算法优化设计多部电梯群控系统控制算法优化摘要智能楼宇的普及,使电梯群组控制技术得到飞速发展。
电梯系统在安全便捷的基础上更追求乘坐的舒适度,向高效节能发展。
促进群控算法不断革新,优化建筑物中交通流的调度方案。
电梯系统因自身具有多变量、非线性和随机性等特点,用传统方法较难控制。
本文采用多目标规划方法实现多部电梯群组系统控制算法优化,优化电梯交通系统调度方案。
首先比较当前主流控制算法,分析电梯群控系统交通流模式。
再建立电梯群控系统数学模型,分别在上行高峰、下行高峰、随机客流和空闲交通模式下进行函数分析,分配性能指标权重,得出相应调度规则。
最后将系统模型用MATLAB系统仿真,验证系统调度方案,证明多目标规划算法对多部电梯群组系统调度方案有所提高。
关键词:电梯群控,算法优化,交通模式,调度,仿真Elevators Group Control System Control AalgorithmOptimizationABSTRACTWith the emergence of the intelligent building, the elevator group control technology got rapid development. The elevator system pursuits better riding comfort on the basis of safty and convenience, developing towards high efficiency and energy saving. Promoting the elevolution of group control algorithm, the elevator traffic flow scheduling scheme is optimized. Because of its characteristics of multivariable, nonlinear and randomness, elevator systems is difficult to be controlled in a traditional way. In this article, multi-objective programming method was adopted to realize the optimization of elevators group system control algorithm and the optimization of elevator traffic system scheduling scheme. Firstly, the current mainstream control algorithm are compared, analyzing the elevator group control system of traffic flow patterns. Then a mathematical model of elevator group control system is established, analysing pattern function in the peak peak upward, downward, under random traffic and idle traffic, allocating performance index weight and the corresponding scheduling rules are drawed. Finally, a system model is simulated in MATLAB to verify system scheduling scheme, proving that multi-objective programming algorithms for elevators group system scheduling scheme is improved.KEY WORDS: Elevator group control, Algorithm optimization, Traffic patterns, Sscheduling ,Simulation目录前言 (1)第1章多部电梯系统概述 (2)1.1 电梯群控的发展背景 (2)1.1.1 电梯发展史 (2)1.1.2 多部电梯控制技术历史由来及后期发展 (2)1.2 当今主流EGCS算法理论比较 (4)1.3 今后EGCS算法的发展趋势 (5)1.3.1 智能化 (5)1.3.2 网络化 (5)1.3.3 人性化 (6)1.3.4 节能化 (6)1.4 论文研究意义及章节安排 (6)第2章当前EGCS技术 (8)2.1 当前主流EGCS技术的多样性概述 (8)2.2 EGCS算法综述 (8)2.3 EGCS算法分类及特点 (9)2.3.1 模糊控制方法及特点 (9)2.3.2 神经网络技术 (10)2.3.3 遗传算法控制技术 (12)2.3.4 专家系统控制技术 (14)2.3.5 Petri 网控制技术 (14)2.4 群控技术特点总结 (16)第3章EGCS特性分析 (17)3.1 EGCS结构 (17)3.1.1 单台电梯控制系统结构 (17)3.1.2 EGCS基本结构 (17)3.2 EGCS的特性分析 (18)3.2.1 控制变量的多目标性 (18)3.2.2 输入参数的不确定性 (21)3.2.3 EGCS系统的非线性 (21)3.2.4 EGCS系统的扰动性 (21)3.2.5 指令信息初期不完整特点 (22)3.3 系统的性能评价 (22)3.4 楼宇内交通流分析 (23)3.4.1 随机呼梯交通模式 (24)3.4.2 上楼呼梯高峰交通模式 (24)3.4.3 下楼呼梯高峰交通模式 (25)3.4.4 轿厢待命交通模式 (26)第4章多目标算法及在EGCS中应用 (27)4.1 多目标优化问题概述 (27)4.1.1 多目标规划的数学模型 (27)4.1.2 算法中变量的相互关系 (28)4.2 多约束条件问题常用方法 (29)4.2.1 约束法 (29)4.2.2 分层序列法 (29)4.2.3 功效系数法 (30)4.2.4 理想点法 (30)4.2.5 平均加权法 (30)4.2.6 极小-极大法 (31)4.3 EGCS初步模型建立 (31)4.3.1 综合评价指标的建立 (31)4.3.2 EGCS模型的初步理论参数设定 (32)4.4 多目标算法在EGCS中的数学模型 (33)4.4.1 初步模型的改良 (33)4.4.2 AWT评价函数 (35)4.4.3 ART评价函数 (35)4.4.4 CRD评价函数 (36)4.4.5 ERC评价函数 (36)第5章EGCS调度算法的实现 (38)5.1 多目标的调度规则 (38)5.1.1 电梯基本运行规则 (38)5.1.2 EGCS的调度规则 (38)5.2 各种交通流模式下智能调度的算法实现 (42)5.2.1 轿厢待命交通模式的算法实现 (42)5.2.2 乘客集中上楼模式的算法实现 (43)5.2.3 乘客集中下楼模式的算法实现 (47)5.2.4 随机交通模式的算法实现 (49)5.3 EGCS的仿真结果分析 (52)5.3.1 数学模型的基本性能验证 (52)5.3.2 多目标对EGCS调度结果的分析 (53)结论 (57)谢辞 (58)参考文献 (59)附录 (60)多部电梯调度算法系统流程图 (60)外文资料翻译 (64)前言上世纪的科技革命促使摩天大楼几乎遍及全世界,计算机的工业化也使楼宇向智能化迈进。
粒子群优化算法研究现状综述whitewatercoffee@Kennedy与Eberhart通过对鸟群觅食过程的分析并模拟,于1995年最先提出了原始的PSO算法[15][16]。
随后,Shi.Y和Eberhart分析了PSO算法的参数选择,并将一个重要的参数――惯性权重引入PSO[17][18],并相继提出了线性递减惯性权重LDIW[18]、模糊惯性权重FIW[21]和随机惯性权重RIW[25],文献[26]讨论了一类非线性惯性权重策略。
其他的研究者也提出了一些不同的惯性权重策略,这些改进的主要特点是:将可以表征算法优化进程的某些变量(如平均粒距、分布商等),通过对惯性权重的自适应调节,以平衡算法的全局探测与局部开发能力[27][28][29]。
除了对惯性权重的关注外,文献[22][30]对加速度系数、边界条件等参数的设置,也进行了相关的研究。
在算法的数学分析上,与GA算法相比,PSO算法尚缺乏严格的数学基础。
粒子群系统本身是非线性离散时间系统,目前主要是将其简化为确定型线性离散时间系统,通过对单个粒子在一维或多维上的运动规律的分析,研究粒子运动的内在特性。
如Clerc对算法的参数选择和收敛性进行了初步的数学分析,引入收敛因子以保证算法的收敛[19];Trelea在文献[31]中也对参数选择和收敛性做了一定的分析;Ozcan和Mohan对原始PSO算法进行了数学分析,指出停留在离散时间状态的粒子轨迹是连续的正弦波形,粒子不断从一个幅度与频率的正弦波跳跃到另外一个幅度与频率的正弦波上,如此在解空间中寻找更优值[32][33]。
与其它优化算法一样,PSO算法同样存在着收敛速度和收敛质量之间的矛盾。
为了获得更好的优化性能,研究者们通过借鉴其它优化技术的思想,提出了各种改进的PSO算法。
Angeline通过引入GA中的选择机制得到混合PSO(HPSO)[34],该算法提高了收敛速度,但也增加了陷入局部极值的可能,尤其在优化Griewank函数时效果较差;Lovbjerg和Rasmussen等提出了具有繁殖和子群的杂交PSO算法[35],将GA中的交叉机制引入PSO,由于后代选择并不是基于适应度值,防止了基于适应度值选择对那些多局部极值的函数优化时带来的潜在的问题,从理论上讲繁殖法可以更好地搜索粒子间的空间,这对于优化多模态函数很有利,但是对于单模态函数优化效果较差;文献[36]将变异机制引入PSO,随着迭代的进行对粒子位置施加线性递减的高斯扰动,有效的避免了粒子陷入局部极值的可能,同时扩大了粒子的搜索空间,提高了算法发现最优值的概率。
人工蜂群算法综述作者:陈阿慧李艳娟郭继峰来源:《智能计算机与应用》2014年第06期摘要:人工蜂群算法是Karaboga在2005年提出的一种基于蜜蜂觅食行为的群体智能算法,该算法可以很好的解决连续函数的求解问题,后因其强大的性能深受研究者的青睐,得以广泛的研究和应用。
本文首先简要介绍了群体智能和人工蜂群算法的发展,然后详细介绍了人工蜂群算法的原理及实现步骤,最后综述近十年来国内外对该算法及其应用的研究状况,进而总结出该算法具有控制参数少、强鲁棒性等优点,并指出该算法时间复杂度略高的基本事实,可成为今后改进的研究方向。
关键词:人工蜂群算法;群体智能;觅食行为;连续函数;强鲁棒性中图分类号:TP301 文献标识号:A 文章编号:2095-2163(2014)06-Abstract: Artificial bee colony algorithm is a kind of swarm intelligence algorithm based on bees foraging behavior which is proposed by Karaboga on 2005. The algorithm can solve continuous function very well,then get many researchers’ favor because of its powerful performance and be researched and used widely. Firstly, this paper introduces the development of swarm intelligence and artificial bee colony algorithm briefly. Secondly, this paper introduces the principle and steps of artificial bee colony algorithm in details, and reviews the decade research situation of domestic and overseas. The conclusion is given that the algorithm has the advantages of less control parameters and strong robustness. However, the algorithm has slightly high time complexity which can be the future research direction.Key words: Artificial Bee Colony Algorithm; Swarm Intelligence; Foraging Behavior;Continuous Function; Strong Robustness0 引言自然界中的群居性昆虫,虽然其中每一个体均呈现为结构简单,以及行为单一,但是群居后的昆虫整体却构建了一种复杂的行为模式。
JIU JIANG UNIVERSITY毕业论文题目PSO算法及其应用英文题目Particle Swarm OptimizationAlgorithm and Its Application 院系信息科学与技术学院专业信息管理与信息系统姓名万冬艳班级学号A073126指导教师邓长寿二○一一年五月摘要粒子群优化是一种新兴的基于群体智能的启发式全局搜索算法,粒子群优化算法通过粒子间的竞争和协作以实现在复杂搜索空间中寻找全局最优点。
它具有易理解、易实现、全局搜索能力强等特点,倍受科学与工程领域的广泛关注,已经成为发展最快的智能优化算法之一。
论文介绍了粒子群优化算法的基本原理,分析了其特点。
论文中围绕粒子群优化算法的原理、特点与应用等方面进行综述。
然后对粒子群算法在无约束非线性函数极值寻优、线性规划、有约束非线性函数求极值等方面进行了简单的应用。
最后对其未来的研究提出了一些建议及研究方向的展望。
关键词:粒子群优化算法,参数,无约束,有约束,非线性函数,线性规划,最优解AbstractParticle swarm optimization is an emerging global based on swarm intelligence heuristic search algorithm, particle swarm optimization algorithm competition and collaboration between particles to achieve in complex search space to find the global optimum. It has easy to understand, easy to achieve, the characteristics of strong global search ability, and has never wide field of science and engineering concern, has become the fastest growing one of the intelligent optimization algorithms. This paper introduces the particle swarm optimization basic principles, and analyzes its features. It around the particle swarm optimization principles, characteristics settings and applications to conduct a thorough review. Then,foucsing on the application of unconstrained and constrainted optimization extreme nonlinear functions and linear programming. Finally, its future researched and prospects are proposed.Key words:Particle Swarm Optimization, Parameter, Unconstrained, Constraints, Nonlinear Functions, Linear Programming, Optimal Solution目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论1.1研究背景和课题意义 (1)1.2国内外粒子群算法的研究现状 (2)1.3应用领域 (3)1.4论文结构 (4)1.5本章小结 (4)2 基本粒子群算法2.1粒子群算法的起源 (5)2.2算法原理 (6)2.3基本粒子群算法流程 (7)2.4特点 (10)2.5本章小结 (10)3 PSO仿真实验3.1 无约束非线性函数的背景信息 (11)3.2 测试无约束非线性函数 (11)3.3 测试并验证有约束的线性函数 (16)3.4 测试有约束的非线性函数 (18)3.5本章小结 (19)4 粒子群群优化算法的改进策略4.1 粒子群初始化 (21)4.2 领域拓扑 (21)4.3 混合策略 (24)4.4本章小结 (26)总结与展望 (27)致谢 (28)参考文献 (29)1 绪论1.1 研究背景和课题意义粒子群优化算法是一种新兴的基于群体智能的启发式全局搜索算法,背景是人工生命,“人工生命”是来研究具有某些生命基本特征的人工系统。
混合智能优化算法的研究与应用摘要:混合智能优化算法是近年来在优化问题领域取得了显著成果的研究方向。
本文对混合智能优化算法进行了综述,并着重介绍了混合智能优化算法的应用领域,如机器学习、数据挖掘、图像处理等。
同时,本文还探讨了混合智能优化算法在各个领域中的优势和不足,并提出了进一步研究的方向。
1. 引言混合智能优化算法是一种将多个智能优化算法相结合的优化方法。
智能优化算法是通过模拟自然界的进化、群体行为等生物现象来解决各类复杂问题的一类算法。
将多种智能优化算法相结合,可以利用它们各自的优点,克服各自的缺点,从而提高问题求解的效率和精度。
2. 混合智能优化算法的研究混合智能优化算法的研究可以追溯到上世纪90年代。
通过将遗传算法(GA)、粒子群优化算法(PSO)、模拟退火算法(SA)等不同的智能优化算法相结合,形成了一系列混合智能优化算法。
这些算法综合了各种算法的优点,使得问题求解更为高效和准确。
2.1 遗传算法与混合智能算法遗传算法是受到达尔文进化论启发的一种优化算法。
通过模拟遗传、变异和选择等自然界中的进化过程,寻找问题的最优解。
将遗传算法与其他智能优化算法结合,形成了许多混合智能优化算法。
例如,遗传算法与粒子群优化算法的组合(GA-PSO)能够在问题求解中充分利用群体的协作和搜索能力。
2.2 粒子群优化算法与混合智能算法粒子群优化算法是通过模拟鸟群寻找食物的行为而发展起来的一种优化算法。
每个粒子通过学习自身的经验和邻域粒子的经验来搜索最优解。
将粒子群优化算法与其他算法相结合,可以提高算法的全局搜索和收敛速度。
例如,混合粒子群优化算法(MHPSO)将粒子群优化算法与模拟退火算法相结合,能够更好地探索问题的解空间并加快收敛速度。
2.3 模拟退火算法与混合智能算法模拟退火算法是一种通过模拟物质在退火过程中达到平衡状态的过程来寻找最优解的算法。
将模拟退火算法与其他算法相结合,可以提高算法的全局搜索能力和收敛速度。
H■与电■China Computer&Communication2021年第22期蜂群算法研究综述高晨阳鱼小军闫妍(湖南云箭集团有限公司,湖南长沙410000)摘要:蜂群算法(Bee Colony Optimization,BCO)主要针对蜜蜂的各种行为方式进行模仿,是群智能算法中最受关注的算法之一,已广泛应用于图像处理、路径规划、流水作业以及军事等诸多领域.首先,本文对蜂群算法进行分类,同时系统地阐述了每一类算法的实现过程;其次,概述了当前蜂群算法的改进方式,主要聚焦于算法中的初始化方式、探索方式、算法结合以及评估方式4个方向;最后,对当前蜂群算法的不足进行总结,并对未来发展趋势作出展望.关键词:蜂群算法;繁殖行为;觅食行为;算法改进中图分类号:TP18文献标识码:A文章编号:1003-9767(2021)22-063-03A Review of Bee Colony OptimizationGAO Chenyang,YU Xiaojun,YAN Yan(Hunan Vanguard Group Co.,Ltd.,Changsha Hunan410000,China)Abstract:Bee colony optimization(BCO)is mainly aimed at im让ating various behavior modes of bees.It is one of the most concerned algorithms in swarm intelligence algorithms.It is widely used in image processing,path planning,flow operation,military and many other fields.Firstly,this paper classifies the bee colony algorithm,and systematically expounds the implementation process of each kind of algorithm;Secondly,it summarizes the improvement methods of the current bee colony algorithm,mainly focusing on the four directions of initialization,exploration,algorithm combination and evaluation;Finally,the shortcomings of the current bee colony algor让hm are summarized,and the future development trend is prospected・Keywords:BCO;reproductive behavior;feeding behavior;algorithm improvement0引言近年来,计算机智能在不同研究领域都呈现出强劲的发展势头。
人工智能文献综述引言人工智能作为一门交叉学科,已经成为当今世界的热点领域。
随着技术的不断发展和应用的广泛推广,越来越多的研究者开始关注和研究人工智能的各个方面。
本文旨在对近年来人工智能领域的相关文献进行综述,总结现有的研究进展和存在的问题,并展望未来的发展方向。
主要内容1.人工智能算法与模型人工智能的核心在于算法和模型的设计与优化。
近年来,深度学习模型如卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)、循环神经网络(Recurrent Neural Network,RNN)等取得了显著的成果。
同时,强化学习(Reinforcement Learning)、生成对抗网络(Generative Adversarial Networks,GANs)等新兴算法也受到了广泛关注。
然而,这些算法和模型仍然存在许多挑战,如数据稀缺性、模型解释性等问题。
2.人工智能在图像处理领域的应用人工智能在图像处理领域有着广泛的应用。
例如,目标检测、图像分类、图像生成等任务都取得了令人瞩目的成果。
其中,基于卷积神经网络的图像识别方法成为了主流。
然而,对于复杂场景和小样本数据,现有的算法仍然存在一定的局限性。
3.人工智能在自然语言处理领域的应用自然语言处理是人工智能领域的重要分支之一。
近年来,深度学习方法在机器翻译、文本分类、情感分析等任务上取得了巨大成功。
然而,对于语义理解、多语种处理等问题,现有的方法仍然有待改进。
4.人工智能在智能交通领域的应用智能交通是人工智能在实际应用中的一个重要领域。
通过利用人工智能技术,可以提高交通管理效率、减少交通事故等。
例如,基于深度学习的交通流量预测、智能驾驶系统等技术已经取得了显著的成果。
然而,安全性、可靠性等问题仍然是亟待解决的难题。
结论与展望人工智能作为一门新兴的学科,已经在各个领域取得了重要进展。
然而,仍然存在许多挑战和问题需要解决。
未来,我们可以继续改进现有的算法和模型,提高其性能和效果。
一.粒子群优化算法综述1.6粒子群优化算法的参数设置1.6.1粒子群优化算法的参数设置—种群规模N种群规模N影响着算法的搜索能力和计算量:PSO对种群规模要求不高,一般取20-40就可以达到很好的求解效果,不过对于比较难的问题或者特定类别的问题,粒子数可以取到100或200。
1.6.2粒子的长度D粒子的长度D由优化问题本身决定,就是问题解的长度。
粒子的范围R由优化问题本身决定,每一维可以设定不同的范围。
1.6.3最大速度Vmax决定粒子每一次的最大移动距离,制约着算法的探索和开发能力Vmax的每一维一般可以取相应维搜索空间的10%-20%,甚至100% ,也有研究使用将Vmax按照进化代数从大到小递减的设置方案。
1.6.4惯性权重控制着前一速度对当前速度的影响,用于平衡算法的探索和开发能力一般设置为从0.9线性递减到0.4,也有非线性递减的设置方案;可以采用模糊控制的方式设定,或者在[0.5, 1.0]之间随机取值;设为0.729的同时将c1和c2设1.49445,有利于算法的收敛。
1.6.5压缩因子限制粒子的飞行速度的,保证算法的有效收敛Clerc等人通过数学计算得到取值0.729,同时c1和c2设为2.05 。
1.6.6加速系数c1和c2加速系数c1和c2代表了粒子向自身极值pBest和全局极值gBest推进的加速权值。
c1和c2通常都等于2.0,代表着对两个引导方向的同等重视,也存在一些c1和c2不相等的设置,但其范围一般都在0和4之间。
研究对c1和c2的自适应调整方案对算法性能的增强有重要意义。
1.6.7终止条件终止条件决定算法运行的结束,由具体的应用和问题本身确定。
将最大循环数设定为500,1000,5000,或者最大的函数评估次数,等等。
也可以使用算法求解得到一个可接受的解作为终止条件,或者是当算法在很长一段迭代中没有得到任何改善,则可以终止算法。
1.6.8全局和局部PSO决定算法如何选择两种版本的粒子群优化算法—全局版PSO和局部版PSO,全局版本PSO速度快,不过有时会陷入局部最优;局部版本PSO收敛速度慢一点,不过不容易陷入局部最优。
求解TSP问题算法综述一、本文概述本文旨在全面综述求解旅行商问题(Traveling Salesman Problem, TSP)的各种算法。
TSP问题是一个经典的组合优化问题,自提出以来就引起了广泛的关注和研究。
该问题可以描述为:给定一系列城市和每对城市之间的距离,求解一条最短的可能路线,使得一个旅行商从某个城市出发,经过每个城市恰好一次,最后返回出发城市。
本文将首先介绍TSP问题的基本定义、性质及其在实际应用中的重要性。
接着,我们将综述传统的精确算法,如动态规划、分支定界法等,以及它们在求解TSP问题中的优缺点。
然后,我们将重点介绍启发式算法和元启发式算法,包括模拟退火、遗传算法、蚁群算法等,这些算法在求解大规模TSP问题时表现出良好的性能和效率。
本文还将探讨近年来新兴的机器学习算法在TSP问题求解中的应用,如深度学习、强化学习等。
我们将对各类算法进行总结和评价,分析它们在不同场景下的适用性和性能表现。
我们也将展望TSP问题求解算法的未来发展方向,以期为相关领域的研究和实践提供有益的参考和指导。
二、经典算法求解旅行商问题(TSP)的经典算法多种多样,每种算法都有其独特的优缺点和适用场景。
本节将对一些代表性的经典算法进行综述。
暴力穷举法(Brute-Force):暴力穷举法是最简单直观的TSP求解算法。
其基本思想是生成所有可能的旅行路径,计算每条路径的总距离,然后选择最短的那条。
虽然这种方法在理论上可以找到最优解,但由于其时间复杂度为O(n!),对于大规模问题来说计算量极大,因此并不实用。
动态规划(Dynamic Programming, DP):动态规划是一种通过将问题分解为更小的子问题来求解的优化方法。
对于TSP问题,DP算法可以将一个大循环中的多个子问题合并成一个子问题,从而减少重复计算。
然而,TSP的DP算法仍面临“维度灾难”的问题,即当城市数量增多时,所需存储空间和计算时间呈指数级增长。
人工蜂群算法研究综述曹金保【摘要】人工蜂群算法是近年来群智能方向的研究热点.首先介绍了蜂群算法的思想,然后从Markov链角度证明了蜂群算法的收敛性,从算法改进和算法应用两个方面对蜂群算法的研究现状进行了总结,与其他算法进行了优缺点的对比,最后指出了蜂群算法进一步研究的方向.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2013(021)023【总页数】4页(P35-38)【关键词】人工蜂群算法;收敛性;综述;对比【作者】曹金保【作者单位】陕西师范大学计算机科学学院,陕西西安710062【正文语种】中文【中图分类】TN919传统的优化算法不适宜解决具有高维或者非线性或其他特殊性质的大型问题。
群智能算法弥补了传统优化算法的缺陷。
在很多困难问题的应用上取得了极其好的效果。
群智能属于计算智能的领域[1],目前的研究非常活跃[2]。
人工蜂群算法一种是新兴的群智能算法,它具有较强的全局寻优能力,较快的收敛速度和适宜解决多种类型的问题的优点。
蜂群算法在2010年的太原群智能会议上作为专题讨论。
国外发表的这方面的论文数量增加迅速[3]。
目前的研究还处于初期阶段,所获得的研究成果较为分散,算法还有些问题需要解决,对蜂群算法的进一步研究十分必要。
通过对其全面系统的总结和评述,能够有效地促进对这一算法的研究和应用。
1 人工蜂群算法的思想人工蜂群算法(Artificial Bee Colony algorithm,ABC)[4]是建立在蜜蜂自组织模型和群体智能基础上的一种非数值计算优化方法。
Seeley[5]关注于蜂群社会行为模式,最早提炼出了蜂群自组织结构模型。
Karaboga D[6]于2005年系统提出人工蜂群算法这一群智能随机优化算法。
蜂群算法思想的产生是有其生物学基础的。
真实世界中的蜂群由蜂王、工蜂和雄蜂组成[7]。
蜂王负责繁殖后代,雄蜂负责与蜂王交配,工蜂负责采集食物、抚育幼虫、照顾蜂王和抵御外敌入侵。
人工蜂群算法主要是从工蜂采集食物的过程中抽象出来的。
机组组合问题的优化方法综述一、本文概述随着能源行业的快速发展,电力系统的稳定性和经济性越来越受到关注。
机组组合问题,即在满足电力系统负荷需求的优化发电机组的运行组合,以提高电力系统的整体运行效率和经济性,成为当前研究的热点。
本文旨在综述机组组合问题的优化方法,对现有的各类优化算法进行全面分析和比较,为相关领域的研究者和实践者提供有益的参考。
本文将简要介绍机组组合问题的基本概念和数学模型,为后续的优化方法分析奠定基础。
将重点介绍并分析传统优化方法,如线性规划、动态规划、整数规划等,以及现代启发式优化算法,如遗传算法、粒子群优化算法、模拟退火算法等。
这些算法在机组组合问题中的应用将被详细阐述,包括其优点、缺点以及适用范围。
本文将总结机组组合问题优化方法的发展趋势,并对未来的研究方向进行展望。
通过本文的综述,读者可以全面了解机组组合问题的优化方法,为进一步提高电力系统的稳定性和经济性提供理论支持和实践指导。
二、机组组合问题的数学模型机组组合问题(Unit Commitment Problem, UCP)是电力系统运行中的一个核心问题,其目标是在满足系统负荷需求、系统安全约束以及机组运行约束的前提下,通过优化决策各机组的启停状态以及出力分配,来实现某种运行成本的最小化。
为了有效地解决UCP,首先需要建立其相应的数学模型。
机组组合问题的数学模型通常由目标函数和约束条件两部分组成。
目标函数通常与系统的运行成本相关,例如总燃料成本、排放成本或综合成本等。
约束条件则涵盖了电力系统的各种物理和运行限制,如功率平衡约束、机组出力上下限约束、爬坡率约束、旋转备用约束等。
在数学形式上,机组组合问题可以表示为一个混合整数线性规划(Mixed Integer Linear Programming, MILP)问题。
其中,整数变量用于表示机组的启停状态(0表示停机,1表示运行),而连续变量则用于表示机组的出力。
由于机组组合问题是一个NP难问题,其求解复杂度随着机组数量和系统规模的增加而迅速增长,因此在实际应用中,通常需要采用启发式算法、智能优化算法或近似求解方法来求得满意解。
人工智能最优潮流算法综述摘要:最优潮流是一个典型的非线性优化问题,且由于约束的复杂性使得其计算复杂,难度较大。
目前人们已经拥有了分别适用于不同场合的各种最优潮流算法,包括经典法和人工智能法。
其中人工智能算法是近些年人们开始关注的,一种基于自然界和人类自身有效类比而从中获得启示的算法。
这类算法较有效地解决了全局最优问题,能精确处理离散变量,但因其属于随机搜索的方法,计算速度慢难以适应在线计算。
本文着力总结新近的人工智能算法,列举其中具有代表性的遗传算法、模拟退火算法、粒子群算法等以及其相应的改进算法,以供从事电力系统最优潮流计算的人员参考。
关键词:最优潮流;智能算法;遗传算法;粒子群算法;0.引言所谓最优潮流(Optimal Power Flow,OPF),就是当系统的结构参数及负荷情况给定时,通过对某些控制变量的优化,所能找到的在满足所有指定约束条件的前提下,使系统的某一个或多个性能指标达到最优时的潮流分布。
为了对电力系统最优潮流的各种模型更好地进行求解,世界各国的学者从改善收敛性能和提高计算速度的角度,提出了求解最优潮流的各种计算方法,包括经典法和人工智能法。
其中最优潮流的经典算法是基于线性规划、非线性规划以及解耦原则的计算解法,是研究最多的最优潮流算法。
目前,已经运用于电力系统最优潮流的算法有简化梯度法、牛顿法、内点法等经典算法;而随着计算机的发展和人工智能研究水平的提高,现在也逐渐产生了一系列基于智能原理的如遗传算法、模拟退火算法和粒子群算法等人工智能算法,两类算法互补应用于最优潮流问题中。
1.概述人工智能算法,亦称“软算法”,是人们受到自然界(包括人类自身)的规律启迪,根据探索其外在表象和内在原理,进行模拟从而对问题求解的算法。
电力系统最优潮流问题研究中,拥有基于运筹学传统优化方法的经典算法,主要有包括线性规划法和非线性规划法,如简化梯度法、牛顿法、内点法和解耦法等解算方法,这类算法的特点是以一阶或二阶梯度作为寻找最优解的主要信息。
现代智能优化算法课程 群智能优化算法综述
学 生 姓 名: 学 号: 班 级:
2014年6月22日 - 1 -
摘 要 工程技术与科学研究中的最优化求解问题十分普遍,在求解过程中,人们创造与发现了许多优秀实用的算法。群智能算法是一种新兴的演化计算技术,已成为越来越多研究者的关注焦点,智能优化算法具有很多优点,如操作简单、收敛速度快、全局收敛性好等。群智能优化是智能优化的一个重要分支,它与人工生命,特别是进化策略以及遗传算法有着极为特殊的联系。群智能优化通过模拟社会性昆虫的各种群体行为,利用群体中个体之间的信息交互和合作实现寻优。本文综述群智能优化算法的原理、主要群智能算法介绍、应用研究及其发展前景。
关键词:群智能;最优化;算法 - 2 -
目 录 摘 要 ......................................................................................................................................................... 1 1 概述 ........................................................................................................................................................... 3 2 定义及原理 ............................................................................................................................................... 3 2.1 定义 .................................................................................................................................................. 3 2.2 群集智能算法原理 .......................................................................................................................... 4 3 主要群智能算法 ....................................................................................................................................... 4 3.1 蚁群算法 .......................................................................................................................................... 4 3.2 粒子群算法 ...................................................................................................................................... 5 3.3 其他算法 .......................................................................................................................................... 6 4 应用研究 ................................................................................................................................................... 7 5 发展前景 ................................................................................................................................................... 7 6 总结 ........................................................................................................................................................... 8 参 考 文 献 ................................................................................................................................................... 9 - 3 -
1 概述 优化是人们长久以来不断研究与探讨的一个充满活力与挑战的领域。很多实际优化问题往往存 在着难解性,传统的优化方法如牛顿法、共扼梯度法、模式搜索法、单纯形法等己难以满足人们需求。 因此设计高效的优化算法成为众多科研工作者的研究目标。随着人类对生物启发式计算的研究, 一些社会性动物( 如蚁群、蜂群、鸟群) 的自组织行为引起了科学家的广泛关注。这些社会性动物在漫长的进化过程中形成了一个共同的特点: 个体的行为都很简单, 但当它们一起协同工作时, 却能够“突现”出非常复杂的行为特征。基于此,人们设计了许多优化算法,例如蚁群算法、粒子群优化算法、混合蛙跳算法、人工鱼群算法,并在诸多领域得到了成功应用。目前, 群智能理论研究领域主要有两种算法: 蚁群算法(Ant Colony Optimization, ACO) 和粒子群优化算法(ParticleSwarm Optimization, PSO)。 2 定义及原理
2.1 定义 群集智能优化算法源于对自然界的生物进化过程或觅食行为的模拟。它将搜索和优化过程模拟成个体的进化或觅食过程,用搜索空间中的点模拟自然界中的个体;将求解问题的目标函数度量成个体对环境的适应能力;将个体的优胜劣汰过程或觅食过程类比为搜索和优化过程中用好的可行解取代较差可行解的迭代过程。从而,形成了一种以“生成+检验”特征的迭代搜索算法,是一种求解极值问题的自适应人工智能技术。各类优化算法实质上都是建立问题的目标函数,求目标函数的最优解,因而实际工程优化问题均可转化为函数优化问题。其表达形式如下: 求:
,,2,1,0)(..),(min,,,2,1,),,,(21LmjXgtsXfnLixLxxXiTni
。X 其中,iX为设计变量;)(Xf为被优化的目标函数;0)(Xgj为约束函数;为设计变量的可行域。 - 4 -
2.2 群集智能算法原理 自然界中一些生物的行为特征呈现群体的特征,可以用简单的几条规则将这种群体行为在计算机中建模,Reynolds认为动物以群落形式生存觅食时一般遵循三个规则 1)分隔规则:尽量避免与临近伙伴过于拥挤; 2)对准规则:尽量与临近伙伴的平均方向一致,向目的运动; 3)内聚规则:尽量朝临近伙伴的中心移动。 以上规则可归纳为个体信息和群体信息两类信息,前者对应于分隔规则,即个体根据自身当前状态进行决策;后者对应于对准规则和内聚规则,即个体根据群体信息进行决策。另外,由于动物行为一般具有适应性、盲目性、自治性、突现性以及并行性等特征。因此自组织性、突现性成为群集智能优化算法的两大基本特征。群集智能优化算法通过Reynolds模型模拟了整个群体的运动,使得算法的迭代搜索过程成为一个不断地利用个体极值和群体极值来修正自身进行寻优搜索的过程,实现了个体与群体的信息交互与相互协作。个体极值具有一定的随机性,在一定的程度上保持了搜索方向的多样性,避免了过早地收敛而陷于局部最优;群体极值从整体上把握了寻优的方向,从而保证算法的收敛性。 3 主要群智能算法
3.1 蚁群算法 蚁群算法蚁群算法(ant colony optimization, ACO),又称蚂蚁算法,是一种用来寻找最优解决方案的机率型技术。它由Marco Dorigo于1992年在他的博士论文中引入,其灵感来源于蚂蚁在寻找食物过程中发现路径的行为。 蚂蚁在路径上前进时会根据前边走过的蚂蚁所留下的分泌物选择其要走的路径。其选择一条路径的概率与该路径上分泌物的强度成正比。因此,由大量蚂蚁组成的群体的集体行为实际上构成一种学习信息的正反馈现象:某一条路径走过的蚂蚁越多,后面的蚂蚁选择该路径的可能性就越大。蚂蚁的个体间通过这种信息的交流寻求通向食物的最短路径。 蚁群算法就是根据这一特点,通过模仿蚂蚁的行为,从而实现寻优。这种算法有别于传统编程模式,其优势在于,避免了冗长的编程和筹划,程序本身是基于一定规则的随机运行来寻找最佳配置。也就是说,当程序最开始找到目标的时候,路径几乎不可能是最优的,甚至可能是包含了 - 5 -
无数错误的选择而极度冗长的。但是,程序可以通过蚂蚁寻找食物的时候的信息素原理,不断地去修正原来的路线,使整个路线越来越短,也就是说,程序执行的时间越长,所获得的路径就越可能接近最优路径。这看起来很类似与我们所见的由无数例子进行归纳概括形成最佳路径的过程。实际上好似是程序的一个自我学习的过程。 自蚁群算法提出以来,引起了国内外研究人员的极大兴趣,对该算法进行了广泛的研究,取得了丰富的成果。研究表明,蚁群算法是一种高效的启发式随机搜索算法,具有如下优点: 1.正反馈性:由自然蚂蚁搜索食物原理可知,信息素的积累是一个正反馈的过程。 单个蚂蚁之间通过信息素进行交流,若某路径上的信息素浓度更高,将吸引更多的蚂蚁 沿着这条路径运动,这又使得其信息素浓度增加。 2.自组织性强:算法初期,单个的人工蚂蚁无序地寻找解,经过一段时间的搜索, 通过信息素的作用,蚂蚁自发地越来越趋向于寻找到接近最优解的一些解,是个从无序 到有序的过程。 3.鲁棒性强:该算法具有很好的适应性,且不局限于具体问题,只要稍加修改就 可以应用到其它领域。 4.并行性强:蚁群在问题的解空间中多点同时开始进行独立的搜索,具有本质并 行性。 5.结合性强:蚁群算法易于与其他优化算法相结合,吸取其他算法得优点,以改 善算法的性能。 但由于基本蚁群算法进化收敛速度慢,且易陷入局部最优或者出现停滞现象等缺陷,国内外学者开展了大量有意义的研究。研究成果主要涉及路径搜索策略、信息素更新策略和最优解保留策略等方面;研究行为主要是进行算法改进或验证。有些改进算法的性能相比基本蚁群算法而言有了较大水平的提高,如最大最小蚁群算法是目前求解 TSP 问题的最好方法之一;有些已成为主流的蚁群算法。 3.2 粒子群算法 粒子群算法源于复杂适应系统(Complex Adaptive System,CAS)。CAS理论于1994年正式提出,CAS中的成员称为主体。比如研究鸟群系统,每个鸟在这个系统中就称为主体。主体有适应性,它能够与环境及其他的主体进行交流,并且根据交流的过程“学习”或“积累经验”改变自身结构与