IEC算法及其在多目标优化中的应用
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1.1 引言

在管理决策领域有一类复杂的决策问题——不确定性隐形目标决策问题[13],如汽车造型设计问题、旅游行程规划问题等,由于此类问题的 “决策目标 (最优化、最经济)难以完全以显示结构化、数量化表示”,“决策者偏好结构未知或不确定”,“问题决策方案数目大,具有NP难解性质”,因而使得此类决策异常复杂。[4]仅仅使用传统的决策方法与决策支持系统,很难对其进行求解。

近几年来,随着智能决策与人工智能技术的发展,一种具有人机交互机制的交互式进化计算 (Interactive Evolutionary Computation,IEC)[1]算法在解决此类不确定性隐形目标优化问题方面表现出较大的优势,引起了研究者的广泛关注。

IEC的研究始于1986 年 Dawkin 对基于 L-system的生物形态系统的研究[7]。IEC是一种适应值函数由人来评估完成的EC方法,包括交互式遗传算法 (IGA)、交互式遗传规划 (IGP)、交互式进化规划 (IEP)和交互式进化策略 (IES)4 种方法。从决策角度看,利用 IEC求解问题时,用户通过对决策方案 (解)的评估,其偏好信息得到自然的表达,而评估适应值的大小就反映出决策者对该决策方案 (解)偏爱的程度。IEC中的表现型、基因型和适应值之间的关系与决策问题中的方案、属性和准则之间的关系是相对应的,它以决策者内心的偏好函数为适应值函数,并根据决策者对 “可行方案”的偏好值 (准则)来引导 “属性” 值的重组,以进一步搜寻更适合的可行方案[2 3]

Takagi教授在其综述文章[1]中总结了已应用于实际生活中的IEC的15 个领域:图形图像处理、语音处理和韵律控制、音乐设计、网页设计、工业设计、人脸图像、虚拟现实、数据检索、知识获取和数据挖掘、控制和机器人、Internet领域、食品工程、地球物理科学、艺术教育以及写作教育等。

然而,目前IEC中的交互式控制研究者却面临着以下四个研究难点:①适应值具有噪声;②人的偏好随着评价而不断调整;③IEC要求在种群规模小、进化代数少的情况下使用,造成进化效率低下;④用户疲劳问题,它们造成了IEC优化性能低下,成为制约 IEC应用发展的瓶颈问题。

所以,如何结合当前的人工智能等技术来解决IEC的进化效率问题和用户的疲劳问题,是一项颇具挑战性的工作,具有重要的理论意义与应用价值。