差异演化算法及其在背包问题中的应用研究

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背包问题(knapsack problem)是典型的组合优化问题,有广泛的实际应用背景,许多优化问题都可以通过解一系列背包子问题来解决。从实践的观点看,许多工业问题可以用背包问题来描述,如资金预算、货仓装载、存储分配等都是典型的应用例子。尽管背包问题的结构形式简单,但却具有组合爆炸的性质。   差异演化算法(Differential Evolution Algorithm,简称DE)是Rainer Storn和Kenneth Prince在1995年提出的一种基于群体差异的演化算法。DE算法具有收敛速度快、操作简单,易编程实现,极强的稳健性等优点,在解决全局连续优化问题时表现出强大的优势,引起了广大学者的研究兴趣。DE是从解决连续优化问题发展起来的。经过多年的发展,DE的性能已经大大提高,被证明是解决全局连续优化问题的最成功的进化算法之一,得到了广泛使用。论文对DE在函数优化方面的改进思想作了介绍分析。   传统的DE最后求得的解不能保证一定在离散空间中,通常不能直接应用于求解离散优化问题。如何使DE应用领域推广到离散优化问题成了新的研究热点。为了解决DE算法在求解离散问题的劣势,人们尽管已经提出了一些优秀的算法,比如说AMDE,BDE,HBDE,我们认为仍然有很大的改进余地。这些算法主要通过引入数学变换、映射等思想,改变编码方式对算法进行了改进,编码方式改变后,重新定义了算法的相关操作。而许多改进思想可以从对粒子群算法(PSO)的改进中借鉴,因此本文对PSO及DE算法在求解离散问题时的改进策略进行了分析比较。   本文研究了DE求解离散优化问题中的处理策略。针对DE在解决离散优化问题时存在的缺点和不足,采用二进制编码策略,提出新的变异方式,引入启发式修正算子对DE进行改进,并将改进的算法应用于求解0-1背包问题。实验结果表明,本文提出的改进DE算法(MBDE)优于改进的二进制粒子群算法(MBPSO)和基于混合编码的二进制差异演化算法(HBDE),验证了MBDE算法的可行性和有效性。
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