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最优化理论是数学的一个分支,也是一门应用相当广泛的学科。它研究的是某些数学问题的最优解,即对给出的实际问题,从众多候选方案中找到最优方案。目前,伴随着计算机技术的高速发展和优化计算方法的进步,各种优化问题的理论研究发展迅速,新方法不断出现,实际应用日益广泛。使用传统方法求解优化问题的历史相对悠久,当前仍然在不断的发展过程中,这些传统方法大多是针对于某些特定问题,并且对搜索空间的要求相对严格,有些方法更要使用被优化函数的各阶导数信息。
而演化算法是计算机模拟大自然的演化过程,特别是生物的进化过程,来求解复杂问题的一类计算模型。它把求解优化问题的过程与生物种群的进化过程作类比,让可行解在遗传算子(选择、交叉、变异)的作用下不断演化,以求最优解。其主要特点是群体搜索策略和群体中个体之间的信息交换,搜索不依赖于梯度信息。与求解优化问题的数学方法相比,采用演化算法求解优化问题有着如下优势:(1)基于群体操作;(2)对搜索空间和被优化函数的性质没有特殊的要求;(3)计算相对简单,易于实现。它具有全局搜索能力,因此最善于搜索复杂问题和非线性问题。它被广泛地应用到各个领域,其中函数优化就是其中之一。
许多仿真结果和应用表明了遗传算法具有计算时间长、局部搜索能力弱等缺点。为了改进它的优化性能,人们提出了一些将遗传算法和局部搜索能力较强的算法结合的算法,以及它和正交法结合的算法。这些改进的方法在很大程度上提高了的遗传算法的效率。
基于对大量文献的研究和分析,了解局部搜索算法具有很强的局部搜索能力,可以在一定程度上弥补遗传算法局部搜索能力弱的缺点;而正交试验设计法是以相当少的实验次数,非常短的实验时间和很低的实验费用得到满意的实验结果,它可以用来确定种群初始的规模,并使种群个体均匀地分布在解空间内。
论文围绕遗传算法上述的缺点,结合局部搜索算法和正交试验设计法的特点,利用传统优化算法的本质特性,对其进行了深入的研究,提出了一种新的混合遗传算法——基于正交和局部搜索的演化算法:首先,用正交试验设计法选择一个合适的正交表,来确定初始种群的规模,并使群体均匀分布在求解区间中;然后,用遗传算法对这些种群进行遗传操作(选择、交叉、变异);接着使用局部搜索算法来对每个个体进行若干步迭代,找到当前最优解;最后,重复遗传操作和局部搜索,得出全局最优解。这种算法既能提高遗传算法的局部搜索能力,又能避免遗传算法的“早熟早收敛”。