多目标pareto最优解集构造方法

本文探讨了进化算法中非支配解集的构造方法,包括Deb非支配排序、排除法和庄家法。这些方法对算法运行效率有显著影响,其中庄家法在平均复杂度上优于其他两种。详细介绍了每种方法的伪代码及时间复杂度分析。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

进化算法每一代都要构造非支配解集,因此构造非支配解集的效率直接影响算法的运行效率。构造非支配解集方法是一项重要的演技内容。
下面为几种常见的构造pareto解集的方法。

Deb非支配排序方法

进化群体:P 构造集: P’。初始,将P中的第一个个体放入P’。
依次取出P中的个体p放入P’中, 同时当前取出的p与P’中的所有个体进行比较,删除P’中被p支配的个体,若p被P’中个体支配,则将p从P’中删除。

伪代码:
P'=find_nondom_front(P)
P'={1}
for each p in P and p not in P'
   P'=P' U {p}
    for each q in P' and q!=p
    	if p dom q: P'=P'-{q}
    	elif q dom p: P'=P'-p

时间复杂度:O(rN2)时间复杂度:O(rN^2)O(rN2)

排除法

进化群体: Pop 非支配解集: NDSet
将Pop中的每个群体X与NDSet中的个体Y比较(初始为空),若X支配Y, 将Y从NDSet中删除。若X不被NDSet中得个体支配,将X并入NDSet。
当NDSet为空,直接将X放入NDSet中。

伪代码
NDSet=null
for each Y in Pop:
	X.dom=T
    if NDSet==null: 
    	NDSet=NDSet U {X}
    elif X dom Y:
    	NDSet=NDSet-Y
    else if Y dom X:
       X.dom=F
 if X.dom: 
 	NDSet=NDSet U {X}   

时间复杂度:O(rN2)其中r表示目标个数时间复杂度:O(rN^2) 其中r表示目标个数O(rN2)r
策略2:
将构造集与非支配集合分开,
初始构造NDSet1=Pop, 非支配解集NDSet为空。将构造集NDSet中的每个个体X与其他个体Y比较(包括非支配解集),若X支配Y, 则将Y从NDSet1中删除。在一轮比后,若X不被任何其他个体支配,则X为非支配解,将其并入非支配解集NDSet中。【此种方法,不管何时,NDSet中的解均为非支配解集】

伪代码
NDSet1=Pop, NDSet=null
while Q!=null
		sign=T
		X=first(NDSet1)  ##NDSet中的第一个个体X
		for each Y in NDSet1 U NDSet
		  if X dom Y:
		  	 NDSet1=NDSet1-{Y}
		  elif Y dom X:
		  	sign=F
		 if sign:
		 NDSet=NDSet U {X}
NDSet=NDSet+NDSet1
		
庄家法

特点:每次构造的非支配解集不需要与原来的非支配解集进行比较。
构造集Q中选择一个个体为庄家X(一般为第一个)庄家与构造集中的每个个体y进行比较,并将庄家所支配的个体淘汰出局;一轮后,如果庄家未被其他个体支配,则庄家为非支配个体,否则,庄家也被淘汰出局。依次类推进行下一轮比较。直到构造集为空。

Q=Pop 
while Q!=null
	X=first(Q)   ##选择Q中的第一个个体为庄家X
	Q=Q-{X}
	X.dom=T
	for each Y in Q and X!=Y:
		if X dom Y:
			Q=Q-{Y}
		elif Y dom X:
			X.dom=F
	if X.dom: 
		NDSet=NDSet U {X}

时间复杂度分析:
比较过程中存在极端的三种情况:
设种群Pop个体数为N, 其中非支配解个数为m, Q为构造集 初始 Q=Pop
(1)前m-1次比较均为非支配解集, 第m次,清除Q中所有支配个体(N-m)。
时间复杂度:(N−1)+(N−2)+...+(N−m)=(2N−m−1)m/2<Nm时间复杂度: (N-1)+(N-2)+...+(N-m)=(2N-m-1)m/2<NmN1+(N2)+...+(Nm)=(2Nm1)m/2<Nm
(2)前N-m次的个体均为支配个体,未从Q中删除个体,后m次比较每次产生一个非支配解。
时间复杂度:(N−1)+(N−2)+...+(N−m)+(N−m−1)+1=N(N−1)/2时间复杂度: (N-1)+(N-2)+...+(N-m)+(N-m-1)+1=N(N-1)/2N1+(N2)+...+(Nm)+Nm1+1=N(N1)/2
(3)第一次产生非支配个体,且从Q中 删除N-m个支配集合,在剩下的m-1个个体中,每次产生一个非支配个体。
时间复杂度:(N−1)+(m−2)+(m−3)+...+2+1=(N−1)+(m−1)(m−2)/2时间复杂度: (N-1)+(m-2)+(m-3)+...+2+1=(N-1)+(m-1)(m-2)/2N1+(m2)+(m3)+...+2+1=(N1)+(m1)(m2)/2
一般情况下,设进行了k次比较, m≤k≤Nm\le k \le NmkN 每次比较淘汰一个个体,共淘汰k个个体,其中有m个非支配个体,(k-m)个支配个体,k次比较构造集中清除了k个个体(庄家),其中有k-m个支配个体,m个非支配个体。假设 每次清除(N-k)个支配个体的概率相同,即为(N-k)/k,则k次比较的复杂度为:
(N−1)+(N−2−(N−k)/k)+(N−3−2(N−k)/2)+...+(N−k−(k−1)(N−k)/k)=k(N−1)/2+(N−k)/2<N2(N-1)+(N-2-(N-k)/k)+(N-3-2(N-k)/2)+...+(N-k-(k-1)(N-k)/k)= k(N-1)/2+(N-k)/2<N^2(N1)+(N2(Nk)/k)+(N32(Nk)/2)+...+(Nk(k1)(Nk)/k)=k(N1)/2+(Nk)/2<N2
综上平均复杂度为:
(N+m)(N−1)/4+(N−(N−m)/2)/2(N+m)(N-1)/4+(N-(N-m)/2)/2(N+m)(N1)/4+(N(Nm)/2)/2
一般,m≤N/2且(N+m)/2≤Nm\le N/2且(N+m)/2\le NmN/2N+m/2N,因此,比O(rN3)和O(rN2)O(rN^3)和O(rN^2)O(rN3)O(rN2)效率高。

评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值