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改进多元宇宙算法求解大规模实值优化问题

刘小龙

刘小龙. 改进多元宇宙算法求解大规模实值优化问题[J]. 电子与信息学报, 2019, 41(7): 1666-1673. doi: 10.11999/JEIT180751
引用本文: 刘小龙. 改进多元宇宙算法求解大规模实值优化问题[J]. 电子与信息学报, 2019, 41(7): 1666-1673. doi: 10.11999/JEIT180751
Xiaolong LIU. Application of Improved Multiverse Algorithm to Large Scale Optimization Problems[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2019, 41(7): 1666-1673. doi: 10.11999/JEIT180751
Citation: Xiaolong LIU. Application of Improved Multiverse Algorithm to Large Scale Optimization Problems[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2019, 41(7): 1666-1673. doi: 10.11999/JEIT180751

改进多元宇宙算法求解大规模实值优化问题

doi: 10.11999/JEIT180751
基金项目: 国家自然科学基金(71471065, 71571072, 71771091),广州社科联基金(2018GZGJ02)
详细信息
    作者简介:

    刘小龙:男,1977年生,讲师,研究方向为仿生优化与计算智能

    通讯作者:

    刘小龙 xlliu@scut.edu.cn

  • 中图分类号: TP301.6

Application of Improved Multiverse Algorithm to Large Scale Optimization Problems

Funds: The National Natural Science Foundation of China (71471065, 71571072, 71771091), Guangzhou Social Science Federation Fund (2018GZGJ02)
  • 摘要: 针对多元宇宙优化(MVO)算法中虫洞存在机制、白洞选择机制等不足,该文提出一种改进多元宇宙优化算法(IMVO)。设计固定概率的虫洞存在机制和前期快速收敛后期平缓收敛的虫洞旅行距离率,加快算法全局探索能力和快速迭代能力;提出黑洞的随机白洞选择机制,设计黑洞围绕白洞恒星进行公转并模型化,解决代间宇宙信息沟通的问题,中低维度数值比较实验验证了改进算法的优良性能。选取大规模实值问题较难优化的3个基准测试函数进行对比实验,改进算法在大规模优化问题上的求解精度和成功率方面具有较好的适用性和鲁棒性。
  • 图  1  多元宇宙算法内部主循环结构

    图  2  黑洞围绕白洞螺旋式公转

    表  1  文献[10]的时间复杂度

    操作计算复杂度循环次数
    初始化O(N)D
    计算宇宙膨胀率O(N)L×D
    排序/标准化宇宙O(N)L×D
    黑白洞换维度O(K)L×D
    穿越选择O((1–K)WEP)L×D
    参数更新O(1)L
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    表  2  本文的时间复杂度

    操作计算复杂度循环次数
    初始化O(N)D
    计算宇宙膨胀率O(N)L×D
    黑白洞选择O(N)L×D
    策略1:穿越O(N/2)L×D
    策略2:公转O(N/2)L×D
    参数更新O(1)L
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    表  3  单峰基准测试函数的50维对比实验

    算法均值标准差成功率(%)
    f1 文献[10] 2.08583 0.648651 0
    本文 4.64e-21 9.90e-21 100
    f2 文献[10] 15.92479 44.7459 0
    本文 4.04e-11 3.86e-11 100
    f5 文献[10] 1272.13 1479.477 0
    本文 6.70e-20 1.77e-19 100
    f7 文献[10] 0.051991 0.029606 100
    本文 3.08e-04 3.91e-04 100
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    表  4  多峰基准测试函数的50维对比实验

    算法均值标准差成功率(%)
    f9 文献[10] 118.046 39.34364 0
    本文 0 0 100
    f10 文献[10] 4.074904 5.501546 0
    本文 8.71e-12 5.66e-12 100
    f11 文献[10] 0.938733 0.059535 100
    本文 0 0 100
    f12 文献[10] 2.459953 0.791886 0
    本文 1.83e-23 3.51e-23 100
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    表  5  基准测试函数30维度的算法对比实验

    f1f2f5f7f9f10f11f12
    文献[6] 均值 6.54e-125 2.15e-73 27.27950 2.42e04 0 3.02e-15 0 0.087646
    标准差 6.80e-125 3.64e-73 0.215438 4.41e-04 0 1.95e-15 0 0.011997
    本文 均值 5.24e-21 1.86e-11 2.46e-20 3.41e-04 0 5.51e-12 0 1.14e-23
    标准差 1.96e-20 1.37e-11 4.03e-20 3.23e-04 0 6.56e-12 0 1.90e-23
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    表  6  基准测试函数10维度的算法对比实验

    函数算法DA[18]CSA[17]MVO[10]IMVO[11]本文
    f10 均值 2.28 1.07 8.06e-02 4.27e-05 9.66e-12
    标准差 1.13 0.921 2.04e-01 2.22e-05 8.08e-12
    最差值 4.20 3.02 1.16 1.04e-04 7.76e-11
    最好值 4.44e-15 1.75e-03 1.17e-02 7.08e-06 3.67e-13
    f12 均值 9.78e-01 3.83e-01 1.07e-02 1.25e-10 4.32e-23
    标准差 8.58e-01 6.07e-01 5.70e-02 1.18e-10 1.06e-22
    最差值 3.49 3.20 3.12e-01 4.45e-10 4.71e-22
    最好值 4.84e-03 5.67e-05 9.21e-05 7.76e-12 9.15e-27
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    表  7  本文IMVO算法和文献[6,10]中WOA, IWOA对较大规模单峰和多峰函数寻优对比

    F对比算法D=200 D=500
    均值标准差成功率(%)均值标准差成功率(%)
    f2 文献[10] 7.50e-51 9.40e-51 100 1.10e-49 2.10e-49 100
    文献[6] 1.60e-67 1.90e-67 100 5.30e-66 9.60e-66 100
    本文 1.59e-10 1.43e-10 100 2.56e-10 2.41e-10 100
    f5 文献[10] 1.98e+02 2.22e-01 0 4.96e02 4.66e-01 0
    文献[6] 1.98e+02 5.43e-02 0 4.96e02 3.78e-01 0
    本文 6.13e-20 1.29e-19 100 3.48e-19 4.15e-19 100
    f10 文献[10] 5.15e-15 1.94e-15 100 5.86e-15 2.97e-15 100
    文献[6] 8.88e-16 0 100 4.44e-15 0 100
    本文 7.16e-12 6.87e-12 100 6.49e-12 1.13e-11 100
    f12 文献[10] 8.09e-02 4.05e-02 0 9.19e-02 5.92e-02 0
    文献[6] 2.02e-02 2.75e-02 0 8.30e-02 3.17e-02 0
    本文 5.09e-24 8.06e-24 100 4.25e-24 9.01e-24 100
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    表  8  求解不同规模f2f10函数的优化均值对比

    维度Df2均值 f10均值
    文献[10]文献[6]本文文献[10]文献[6]本文
    30 1.00e-21 2.20e-73 1.86e-11 7.40 3.02e-15 5.51e-12
    200 7.50e-51 1.60e-67 1.59e-10 5.15e-15 8.88e-16 7.16e-12
    500 1.10e-49 5.30e-66 2.56e-10 5.86e-15 4.44e-15 6.49e-12
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    表  9  改进算法的大规模实值优化结果(阈值为1)

    F对比算法D=1000 D=2000
    均值标准差成功率(%)均值标准差成功率(%)
    f5 文献[10] 8.70e+08 7.81e+07 0 7.11e+09 3.23e+08 0
    本文 2.05e-19 3.42e-19 100 5.62e-19 1.37e-18 100
    f7 文献[10] 1.08e+04 8.35e+02 0 1.81e+05 9.44e+03 0
    本文 2.52e-04 3.99e-04 100 2.70e-04 3.87e-04 100
    f9 文献[10] 1.37e+04 3.36e+02 0 3.04e+04 3.28e+02 0
    本文 0 0 100 0 0 100
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-07-22
  • 修回日期:  2019-01-17
  • 网络出版日期:  2019-02-14
  • 刊出日期:  2019-07-01

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