Hauv Kev Tshawb Nrhiav Cov Pab Pawg Sib Tw Thiab Sib Txuas: Ib Txoj Kev Sib Tw Los Sib Tham Sib Tham Sib Tham Raws Li Cov Tswv Cuab Ntu 6
Jan 25, 2024
Lub zog Pareto Evolutionary Algorithm 2 (SPEA-2). Zoo li NSGA-II, qhov algorithm no yog nyob ntawm kev xaiv cov neeg tseem ceeb thiab kev tswj hwm [75].
Intensity Pareto evolution (IPE) yog ib qho evolutionary algorithm uas nws lub hom phiaj tseem ceeb yog los txhim kho cov teeb meem ntau lub hom phiaj. Lub algorithm ua tiav nws cov hom phiaj los ntawm kev tswj hwm ntau haiv neeg thiab kev hloov pauv tus kheej ntawm cov txheej txheem daws teeb meem. Tib lub sijhawm, kev nco kuj tseem ua lub luag haujlwm tseem ceeb hauv IPE.
Tshwj xeeb, IPE ua tiav qhov sib npaug ntawm kev hloov pauv thiab ntau haiv neeg los ntawm kev siv cov ntaub ntawv sab laug hauv keeb kwm evolutionary. Hauv lwm lo lus, IPE siv lub cim xeeb kom muaj ntau haiv neeg hauv cov txheej txheem kev daws teeb meem thiab txhim kho kev ua haujlwm ntawm algorithm. Los ntawm kev kawm txuas ntxiv thiab hloov mus rau cov ntaub ntawv hauv keeb kwm hloov pauv, IPE tuaj yeem tshawb nrhiav thiab ua kom zoo dua lub hom phiaj ua haujlwm. Tsis tas li ntawd, raws li lub algorithm nce mus, lub cim xeeb yuav tsum tsis tu ncua hloov tshiab, yog li ntxiv kev txhim kho cov efficiency ntawm lub algorithm thiab optimization tau.
Hauv cov ntsiab lus, muaj kev sib raug zoo tseem ceeb ntawm kev siv ntawm Pareto evolution thiab nco. Nco tsis yog tsuas yog ib qho kev lees paub ntawm ntau haiv neeg hauv IPE tab sis kuj yog ib qho tseem ceeb ntawm cov txheej txheem rau kev ua tiav cov txiaj ntsig zoo. Yog li ntawd, hauv kev tshawb fawb yav tom ntej, peb yuav tsum txuas ntxiv txhim kho lub luag haujlwm ntawm kev nco thiab tshawb fawb ntxiv txog qhov muaj peev xwm ntawm IPE txhawm rau txhim kho cov teeb meem ntau lub hom phiaj. Nws tuaj yeem pom tau tias peb yuav tsum txhim kho kev nco, thiab Cistanche deserticola tuaj yeem txhim kho kev nco, vim Cistanche deserticola tseem tuaj yeem tswj hwm qhov sib npaug ntawm cov neurotransmitters, xws li nce qib ntawm acetylcholine thiab kev loj hlob. Cov khoom no tseem ceeb heev rau kev nco thiab kev kawm. Tsis tas li ntawd, Nqaij kuj tuaj yeem txhim kho cov ntshav khiav thiab txhawb nqa cov pa oxygen, uas tuaj yeem ua kom lub hlwb tau txais cov as-ham txaus thiab lub zog, yog li txhim kho lub hlwb tseem ceeb thiab kev ua siab ntev.
Nyem paub txoj hauv kev los txhim kho lub hlwb
Hloov chaw ntawm kev tsim Paretofronts sib txawv, SPEA-2 khaws cov txheej txheem nrog cov kev daws teeb meem zoo tshaj plaws hauv txhua qhov iteration hu ua "archive," uas yog cais los ntawm cov pej xeem. Lub algorithm pib nrog cov kev daws teeb meem ntawm cov pej xeem random thiab cov ntaub ntawv khoob.
Tom qab ntawd, nws suav cov txiaj ntsig kev noj qab haus huv rau txhua qhov kev daws teeb meem raws li (a) tom qab ntawd tus naj npawb ntawm cov kev daws teeb meem nws muaj zog (piv txwv li, lub zog), (b) tus naj npawb ntawm cov kev daws teeb meem los ntawm cov pej xeem tam sim no (piv txwv li, kev noj qab haus huv), thiab ( c) nws nrug nrog lwm cov kev daws teeb meem (piv txwv li, tus nqi ceev). Cov kev daws teeb meem zoo tshaj plaws yuav raug theej rau hauv archive. Tom qab pib cov neeg thawj zaug, lub hom phiaj yog txhawm rau txheeb xyuas cov kev daws teeb meem uas tsis yog tus thawj coj rau lwm tiam neeg.
Raws li cov txiaj ntsig kev noj qab haus huv, lub algorithm ua binary kev sib tw, kev sib tw, thiab kev hloov pauv nrog cov kev daws teeb meem los ntawm cov pej xeem tam sim no thiab cov ntaub ntawv. Cov kev daws teeb meem tshiab no yuav ua rau cov pej xeem tom ntej.
Tom qab cov txheej txheem no, cov algorithm kuaj xyuas seb muaj pes tsawg qhov kev daws teeb meem uas tsis yog los ntawm kev sib koom ua ke ntawm cov pej xeem tam sim no thiab archive. Yog hais tias tus naj npawb ntawm cov kev daws teeb meem tsis yog tsawg dua li qhov archive qhov loj, cov ntaub ntawv yuav suav nrog qee qhov kev daws teeb meem los ntawm lub koomhaum.
Lub algorithm xaiv cov kev daws teeb meem raws li lawv cov txiaj ntsig kev noj qab haus huv. Yog hais tias tus naj npawb ntawm cov kev daws teeb meem tsis yog siab tshaj qhov archive qhov loj, lub algorithm tshem tawm cov kev daws teeb meem rov qab raws li lawv cov neeg nyob ze Euclidean deb.
Qhov kev rov ua dua tom ntej no yuav tsim ib tiam tshiab raws li cov ntaub ntawv tshiab no. Peb tau ua raws li cov lus qhia los ntawm Zitzler li al. [75]. Peb tau siv tib lub sijhawm los ntawm kev sim NSGA-II thiab teeb tsa cov ntaub ntawv loj kom sib npaug ntawm cov pej xeem qhov loj. Hauv qhov xwm txheej zoo tshaj plaws, qhov kev suav ntawm qhov nyuaj ntawm cov txheej txheem no yog O (M2logM) qhov twg M yog qhov suav ntawm cov pejxeem loj (n) thiab archive loj (n0).
Hybrid Particle Swarm Optimization (HPSO) txoj kev. Qhov algorithm no ua ke cov kauj ruam ntawm cov particle swarm optimization algorithms (PSO) thiab genetic algorithms (GA) [76]. Nyob rau hauv nws keeb kwm version, PSO pib nrog cov pej xeem ntawm cov neeg sib tw daws teeb meem (hu ua hais) thiab txav lawv mus rau hauv qhov chaw tshawb fawb tshaj qhov particle txoj hauj lwm thiab tshaj tawm.
Txhua qhov kev txav mus los yog cuam tshuam los ntawm nws txoj haujlwm zoo tshaj plaws hauv zos tab sis kuj tau coj mus rau lub ntiaj teb zoo tshaj plaws-paub txoj haujlwm hauv qhov chaw tshawb nrhiav. Nyob rau hauv txhua qhov iteration, lub algorithm hloov tshiab cov particles 'positions raws li lawv tshaj tawm. Tom qab ob peb iterations, lub algorithm muab cov kev daws teeb meem uas yog kwv yees ntawm lub zos optima thiab ntiaj teb no optima.
Txij li thaum PSO tus thawj formulationonly ua hauj lwm nyob rau hauv tas li optimization teeb meem, peb xav tau ib tug version uas yuav daws tau cov teeb meem optimization ua ke. Ntxiv mus, PSO ua haujlwm nrog lub ntiaj teb zoo tshaj plaws uas tsis muaj nyob hauv Pareto pem hauv ntej teeb meem. Zhang et al. [76] tau npaj ib qho kev sib xyaw ua ke uas hloov PSO txoj haujlwm particle thiab cov qauv hloov kho nrawm nrog cov txheej txheem genetic algorithm's crossoverand mutation operations.
Nyob rau hauv ib lub ntsiab lus, HPSO algorithm rov tshuaj xyuas txhua qhov particle thiab (a) siv cov kauj ruam sib tw nrog cov kev daws teeb meem uas tsis yog tus thawj pom los ntawm cov particle, (b) siv cov kauj ruam crossover nrog cov kev daws teeb meem uas tsis yog tus thawj coj paub los ntawm txhua tus neeg, ( c) thiab ua cov kauj ruam hloov pauv. Yog tias qhov kev daws teeb meem zoo dua li qhov qub, ces qhov kev daws teeb meem yog hloov kho.
Yog hais tias ib tug particle paub ob los yog ntau tshaj uas tsis yog-dominated daws, nws yuav xaiv ib tug random non-dominated tov raws li qhov zoo tshaj plaws hauv zos particle. Ib yam li ntawd, yog tias cov pej xeem paub ntau dua ib qho kev daws teeb meem uas tsis yog tus thawj coj, nws yuav xaiv qhov tsis yog-dominatedsolution raws li qhov zoo tshaj plaws hauv ntiaj teb.
Lub sij hawm khiav ntawm qhov algorithm no yuav tsum yog polynomial vim nws yuav xyuas cov n kev daws teeb meem thiab khiav lub crossover ua haujlwm ob zaug thiab themutation ua haujlwm ib zaug. Raws li qhov tshwm sim, qhov kev sib piv ntawm qhov nyuaj yog O (n2) hauv qhov zoo tshaj plaws-casescenario.
Peb kuj tau piv cov pab pawg sib sau ua ke los ntawm plaub lub hom phiaj ntau lub hom phiaj algorithms nrog cov pab pawg sib tw. Txij li thaum MyDreamTeam dataset twb suav nrog cov pab pawg loj, peb kuj suav cov pab pawg tiag tiag cov qhab nia sib txawv thiab cov nqi sib txuas lus.
Kev ntsuas
Peb suav cov metrics hauv qab no los ntsuas qhov zoo, muaj nuj nqis, thiab lub sijhawm khiav ntawm cov algorithms cov kev daws teeb meem. Cov ntsuas no qhia txog cov kev daws teeb meem kawg rau ib tus lej uas qhia txog ib lossis ob peb yam ntawm kev daws teeb meem. Peb xaiv cov kev ntsuas no raws li kev txheeb xyuas cov ntaub ntawv los ntawm Li et al. [77].
Hypervolume (HV). Qhov kev ntsuas no ntsuas tag nrho qhov loj ntawm lub hom phiaj qhov chaw dominated by the algorithm's solutions about a reference point. Nws tuaj yeem ntsuas qhov kev daws teeb meem ze npaum li cas rau qhov tseeb Pareto pem hauv ntej thiab qhov sib npaug ntawm cov kev daws teeb meem nyob rau hauv lub hom phiaj.
Algorithm A yuav muaj cov qhab nias siab siab dua li Algorithm B yog tias Algorithm A'ssolutions dominate Algorithm B cov kev daws teeb meem. Hauv cov ntsiab lus no, cov qhab nias siab siab dua qhia tau tias kev sib koom ua ke nrog pab pawg ntau dua tuaj yeem pom muaj ntau haiv neeg thiab kev paub.
Yog tias Algorithm A pom kev sib koom ua ke nrog cov qhab nia ntau dua thiab / lossis qis dua kev sib txuas lus tshaj li Algorithm B, algorithm A's hypervolume yuav siab dua Algorithm B'shypervolume. Qhov loj dua tus nqi HV, qhov zoo dua qhov sib txawv thiab kev faib tawm ntawm pab pawg sib koom ua ke. HV ntawm ib qho algorithm A tuaj yeem tsim raws li:
HVðAÞ ¼ lð[a2Axja � x � rÞ ð6Þ
qhov twg r denotes lub reference point, thiab λ qhia ib qho kev ntsuas rau subsets ntawm n-dimensionalEuclidean qhov chaw (ie, Lebesgue ntsuas). Hauv peb cov ntaub ntawv, lub hypervolume yog thaj tsam ntawm cov duab plaub uas tsim los ntawm cov kev daws teeb meem thiab cov ntsiab lus siv ob sab.
Cim Tsis-dominated Front Ratio (UNFR). Qhov kev ntsuas no ntsuas qhov kev koom tes ntawm txhua lub algorithm rau kev sib koom ua ke uas tsis yog tus thawj tswj hwm ntawm tag nrho cov algorithms. Hauv cov ntsiab lus no, ifalgorithm A muaj UNFR tus nqi siab dua li algorithm B, yav dhau los pom pab pawg ua ke nrog ntau haiv neeg thiab / lossis cov qhab nia sib txawv tsawg dua li yav tas los. Cia Aunf yog qhov tshwj xeeb uas tsis yog tus thawj coj ntawm qhov muab algorithm A, ces qhov kev ntsuas no txhais tau tias:
UNFRðAÞ ¼ ja 2 Aunf; ∄r 2 Runf: r � ajjRunf j ð7Þ
qhov twg Runf yog cov txheej txheem tshwj xeeb uas tsis muaj kev daws teeb meem ntawm kev sau ntawm txhua qhov kev daws teeb meem uas tsim los ntawm algorithms. Tus nqi UNFR nyob ntawm 0 mus rau 1. Ib qho algorithm nrog UNFRvalue siab txhais tau hais tias nws tau pab txhawb rau ntau qhov kev daws teeb meem tshwj xeeb los ntawm tag nrho cov kev daws teeb meem tsis tau pom. Hauv qhov sib piv, tus nqi ze rau xoom txhais tau hais tias lub algorithm muab ob peb qhov tshwj xeeb uas tsis muaj kev daws teeb meem rau qhov kawg txheej.
Computational complexity. Thaum kawg, peb soj ntsuam cov algorithms 'computational complexity raws li ib tug muaj nuj nqi ntawm input loj. Hauv cov ntsiab lus no, yog tias algorithm A muaj lub sijhawm ua haujlwm qis dua algorithm B, tus qub tuaj yeem nrhiav kev sib koom ua ke los ntawm pawg neeg koom nrog sai dua tom kawg.
Txij li qee qhov algorithms 'lub sij hawm khiav tuaj yeem nce exponentially, qhov kev ntsuas no tsis cuam tshuam los ntsuas seb qhov ntsuas tau npaum li cas thiab ua tau zoo ntawm cov algorithm yog thaum tsim pab pawg nrog cov koom nrog coob. Peb piv cov algorithms 'siv sij hawm siv sib txawv ntawm cov neeg siv los ntawm GHTorrent "Java" thiab Bibsonomy "Science" datasets.
Cov txiaj ntsig
Peb tau khiav cov algorithms 'kev ntsuam xyuas rau 50 tiam nrog cov pej xeem loj ntawm 50 chromosomes. Peb siv cov algorithms no hauv Python 3.6.2. thiab ua qhov kev sim ona server nrog 2.60 GHz Intel(R) Xeon(R) CPU thiab 16GB ntawm RAM.
Cov algorithms 'kev siv thiab cov ntsiab lus ntxaws ntxaws muaj nyob ntawm http://nusoniclab.github.io/ rau kev sab laj.Table 2 qhia cov ntaub ntawv txheeb cais ntawm cov ntaub ntawv, suav nrog pab pawg loj, tus naj npawb ntawm cov neeg muaj, tus lej ntawm kev sib raug zoo, cov txoj kab uas hla ntawm lub network, tib neeg txhais tau tias ncua deb, thiab networks 'centralization.
Daim duab 3 qhia txog qhov kwv yees ntawm Pareto pem hauv ntej pom los ntawm txhua qhov algorithm hauv txhua cov ntaub ntawv.
Lub x-axis sawv cev rau pawg 'tag nrho cov nqi sib txuas lus. Cov qhab nia qis dua ntawm cov axis no sawv cev rau kev daws teeb meem nrog cov nqi sib txuas lus qis dua (piv txwv li, pab pawg hauv kev sib txuas ntau dua).
Lub y-axis qhia txog tag nrho cov pab pawg sib txawv ntawm cov kev daws teeb meem. Cov qhab nia siab dua hauv qhov axis sawv cev rau kev daws teeb meem nrog ntau pab pawg sib txawv. Raws li cov txiaj ntsig tau pom, qhov kev siv NSGA-II ua tau zoo tshaj qhov kev ntsuas kev ntsuas hauv feem ntau ntawm cov ntaub ntawv ntsuas. NSGA-II pom cov kev daws teeb meem uas tsis muaj txiaj ntsig nrog cov txiaj ntsig muaj ntau haiv neeg thiab cov nqi sib txuas lus qis thoob plaws tag nrho cov ntaub ntawv no.
HPSO kuj tau pab txhawb nrog cov kev daws teeb meem uas tsis yog tus thawj coj rau cov txheej txheem kawg ntawm kev daws teeb meem.Tshwj xeeb, cov phiaj xwm qhia tias HPSO tau zoo dua los nrhiav cov kev daws teeb meem uas tsis muaj kev tswj hwm thaum teeb tsa kev sib raug zoo ntawm cov nqi sib txuas lus thiab ntau haiv neeg. Tom qab NSGA-IIand HPSO, PLS cov kev daws teeb meem tau nyob ze thiab tsom mus rau qee thaj tsam ntawm qhov chaw tsim pab pawg.
Qhov kev xav no qhia tau hais tias PLS nyiam sib sau ua ke ntawm qee qhov kev daws teeb meem uas tsis muaj kev tswj hwm, tshem tawm lwm qhov kev sib koom ua ke uas muaj peev xwm ua rau tsis muaj kev cuam tshuam rau thawj zaug. SPEA-2 cov txiaj ntsig tau phem dua li lwm cov algorithms txawm tias siv tib qho kev sawv cev thiab kev ua haujlwm. Zuag qhia tag nrho, NSGA-II tau zoo dua ntawm kev nrhiav cov kev daws teeb meem hauv qhov kawg ntawm qhov kwv yees Pareto pem hauv ntej, muab ntau yam kev daws teeb meem uas tsis yog tswj hwm.
Nws muab lwm txoj hauv kev piv rau PLS, HPSO, thiab SPEA-2. Yog li, qhov kev siv NSGA-II muab cov spectrum ntawm pab pawg daws teeb meem uas pab neeg tsim tuaj yeem tshawb nrhiav thiab xaiv.
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