4、防止乱伦的进化策略算法

防止乱伦的进化策略算法

1. 引言

在模拟自然进化的搜索过程中，种群多样性和选择压力是两个至关重要的因素。强选择压力可能导致过早收敛，而弱选择压力则可能使搜索无效。因此，如何在这两者之间找到平衡成为了进化算法研究的核心问题之一。为了提高进化算法的性能并维持种群多样性，本章引入了一种新的进化策略——防止乱伦进化策略（IPES），旨在通过防止相似个体之间的交配来增强算法的探索能力和开发能力。

2. 防止乱伦：一种自然现象

在自然界中，生物的表型行为受到偶发灾难的影响，这些灾难会导致种群表型特征的显著变化。灾难可以定义为对特定种群的随机事件或行为，短时间内引发巨大变化。在自然进化中，表型特征由基因型代码决定，而这些代码可能因偶发灾难（如异常温度、营养失衡、有害物质等）而产生扰动。这些扰动增加了种群的多样性，使得个体在适应度值上产生显著差异。

2.1 表型特征的随机变化

为了维持生物的多样性，自然界通过表型特征的随机变化来防止乱伦。这种现象可以用于构建健壮的进化算法。具体来说，通过引入高度破坏性突变（HDM）操作，可以在进化过程中防止相似个体之间的交配，从而保持种群多样性。HDM操作使用一个正态分布随机向量，其分量具有零期望值和单位方差。除了保留最佳个体不变外，大约17%-34%的个体将根据优化问题的概率进行HDM操作，防止乱伦的概率为 Pip 。

3. 提出的防止乱伦进化策略

3.1 近亲效应对变异算子的影响

在进化过程中，经过几代之后，子种群中的个体变得相似，导致精英个体和虚拟个体之间的相似性增加。这使得传统的变异算子（如SBMAC和TVM