基于并行云变异蛙跳算法的梯级水库优化调度研究

本文针对混合蛙跳算法(shuffled frog leaping algorithm,SFLA)早熟收敛的问题,将云模型算法融合于SFLA算法中,形成一种云变异蛙跳算法(normal cloud mutation SFLA,NCM-SFLA),弥补混合蛙跳算法后期容易陷入局部最优的不足.同时利用算法易于并行的特点,在多核环境下基于.NET4的并行拓展库(parallel extensions)进行算法的并行优化.将其应用于梯级水库优化调度中,实例计算表明,与多维动态规划算法(MDP)相比,NCM-SFLA方法具有更好的全局寻优能力和较快的收敛速度,在现有的计算条件下该并行算法能有效缩短程序运行时间,求解梯级水库优化调度问题是合理、有效的.     

基于改进人工鱼群算法的梯级水库群优化调度

分析了人工鱼群算法存在的问题, 提出一种改进人工鱼群算法, 并将其用于梯级水库群的优化调度. 其改进思想是采用动态调整人工鱼视野和步长的方法, 较好地平衡了人工鱼群算法的全局搜索能力和局部搜索能力的矛盾; 在此基础上, 针对算法局部更新策略引起的更新操作前后个体空间位置变化较大, 降低收敛速度这一问题, 在局部更新时采用了阈值选择的策略. 通过实例验证了该改进算法的有效性, 并对改进算法的阈值参数进行了率定.     

跨流域复杂水库群联合调度规则建模与求解

跨流域水库群系统结构复杂、水库数目众多,加之每个水库辅之以相应的调度规则,使得优化调度模型决策变量数目剧增,从而增加了水库群联合调度规则优化确定的难度.鉴于此,本文以供水调度图和调水控制线为联合调度规则形式,构建同时考虑跨流域调水和供水的复杂水库群联合优化调度模型,添加考虑供水调度图先验形状特征的形状约束,提出一种借鉴逐步优化算法(POA)思想的逐库优化粒子群算法(PRA-PSO).该算法(PRA-PSO)以基本粒子群算法优化原理为基础,逐步优化单个或两个水库的调度规则,以降低单次优化变量的维数,从而提高其搜索全局最优解的能力.最后,以辽宁省某大型跨流域复杂水库群联合调度为例,验证了模型的合理性和算法的有效性.     

基于混沌克隆选择算法的工艺调度优化

将工艺规划和调度集成考虑是现代制造业中的一个重要环节.然而,这种条件下的优化必须要面对过多的约束条件,大量无效解的存在导致了传统的优化算法在实现上存在着很大的困难.针对这些问题,文章提出了引入免疫克隆算子简化求解过程,减少过多无效解带来无谓的计算时间消耗,同时考虑到克隆算子工作机理,引入混沌变量加载于算法的个体复制过程中,逐步对混沌变量进行微小扰动以调节搜索范围,明显的增加了克隆算法的群体多样性.将新设计的混沌克隆算子应用到工艺规划与调度的集成优化问题中,试验结果表明,该算法工艺成效显著且稳定,说明算法有应用到类似问题上的潜力.     

基于混合流水作业组织的港口拖轮调度优化

在对拖轮调度问题进行分析的基础之上,将拖轮调度问题归结为一类具有多阶段共用机器特征的混合流水车间调度问题.建立了针对多停泊基地不同作业模式下、且考虑靠泊与停泊两阶段的拖轮调度优化模型,推导了基于混合流水作业组织的港口拖轮调度优化问题的理论下界值,并设计了启发式规则与模拟退火相结合的混合算法(HSA)求解该模型.通过运用该算法求解仿真算例,并将其结果与模型理论下界值、三种基于现行调度规则及基于Johnson规则的调度方案进行比较.结果表明,运用HSA求解的结果与理论下界值的平均偏差值为5.39%,且该结果远小于基于现行调度规则及Johnson规则的求解值,验证了模型与算法的高效性,可以为拖轮作业模式的选择以及调度方案的制订提供决策支持.     

基于混合流水作业组织的港口拖轮调度优化

在对拖轮调度问题进行分析的基础之上,将拖轮调度问题归结为一类具有多阶段共用机器特征的混合流水车间调度问题. 建立了针对多停泊基地不同作业模式下、且考虑靠泊与停泊两阶段的拖轮调度优化模型,推导了基于混合流水作业组织的港口拖轮调度优化问题的理论下界值,并设计了启发式规则与模拟退火相结合的混合算法（HSA）求解该模型. 通过运用该算法求解仿真算例,并将其结果与模型理论下界值、三种基于现行调度规则及基于Johnson 规则的调度方案进行比较. 结果表明,运用HSA求解的结果与理论下界值的平均偏差值为5.39%,且该结果远小于基于现行调度规则及Johnson规则的求解值,验证了模型与算法的高效性,可以为拖轮作业模式的选择以及调度方案的制订提供决策支持.     

梯级水库联合运行水位控制方式研究

梯级水库联合运行的水库水位控制方式是充分发挥梯级水库综合经济效益的重要课题,尤其是对具有较强调节能力的大型梯级水库,联合运行的梯级水库蓄水水位,消落水位控制方式的合理性和有效性决定了梯级电站综合效益的好坏.本文以雅砻江下游梯级水库为例,建立了梯级水库群优化调度模型,提出并采用二重逐步优化计算方法,探讨了蓄水起始时间,最低运行水位的确定等水位控制方式中的两个关键性问题,并以该成果为基础,得到了不同来水频率下的优化水库水位控制方式,所得结论可为雅砻江下游梯级水库实际运行中调度方案的制定提供参考.     

求解Job Shop调度问题的粒子群算法研究

为解决单一粒子群算法求解Job shop调度问题存在的不足,提出一种基于交换序的混合粒子群算法,提高了这类问题的求解质量.在混合粒子群算法中,采用粒子群算法进行大范围全局搜索.根据Job Shop调度问题解的特征,提出基于关键工序的邻域选择方法,并将基于这种方法的禁忌搜索算法作为局部搜索算法,增强了粒子群算法的搜索能力.采用混合粒子群算法对13个难解的benchmark问题进行求解,在较短的时间内,得到的最优解和10次求解的平均值优于并行遗传算法和粒子群算法.由此说明本文所提出的混合粒子群算法是有效的.     

一类多资源作业车间混合优化调度方法

针对多资源作业车间调度问题,结合启发式算法和遗传算法的特点,提出了混合优化调度方法,建立了多资源约束的车间优化调度模型.根据启发式算法中调度优先规则对调度目标的影响程度,设计了新的编码规则.采用正弦函数作为改进遗传算法中的自适应因子,使交叉概率和变异概率随群体的适应度自动改变,提高了运算的效率.通过实例仿真并与其他算法比较结果表明,该混合调度算法可以进行作业车间在机床、刀具等多种生产资源约束下的优化调度,并在评价指标上较其他算法更优.     

求解零空闲置换流水车间调度问题的离散烟花算法

针对以最小化最大完工时间为目标的零空闲置换流水线调度问题,提出了一种带有局部搜索的离散烟花算法.首先,结合调度问题的置换特征,定义了基于工件序列的编码方式;其次,结合反转和交换等操作重新定义了爆炸算子和变异算子;再次,开发了基于插入邻域的局部搜索策略,以增强烟花算法的局部搜索能力;最后,采用实验设计探讨了关键参数对算法性能的影响.基于Taillard基准问题的对比分析结果表明:所提方法在寻优精度、稳定性等指标上优于标准烟花算法、离散萤火虫算法、离散蛙跳算法、离散粒子群算法和遗传算法,且不劣于结合变邻域搜索的粒子群优化、混合离散粒子群优化、杂草优化等算法.     

自适应分组量子衍生蛙跳算法

为提高传统蛙跳算法的优化能力,基于组内平均目标函数值实施动态分组,采用多量子比特概率幅实施个体编码,基于组内最优蛙和组间最优蛙确定旋转角度,采用基于张量积构造的多比特量子旋转门实施组内最差蛙的更新.标准函数极值优化的实验结果表明,该算法的单步迭代时间较长但优化能力较传统蛙跳算法约有两个数量级的提高,从而表明提出的分组策略和编码方法切实能够提高传统蛙跳算法的优化能力.     

Membrane-inspired quantum shuffled frog leaping algorithm for spectrum allocation

To solve discrete optimization difficulty of the spectrum allocation problem,a membrane-inspired quantum shuffled frog leaping(MQSFL) algorithm is proposed.The proposed MQSFL algorithm applies the theory of membrane computing and quantum computing to the shuffled frog leaping algorithm,which is an effective discrete optimization algorithm.Then the proposed MQSFL algorithm is used to solve the spectrum allocation problem of cognitive radio systems.By hybridizing the quantum frog colony optimization and membrane computing,the quantum state and observation state of the quantum frogs can be well evolved within the membrane structure.The novel spectrum allocation algorithm can search the global optimal solution within a reasonable computation time.Simulation results for three utility functions of a cognitive radio system are provided to show that the MQSFL spectrum allocation method is superior to some previous spectrum allocation algorithms based on intelligence computing.     

磨矿过程参数自整定PID解耦控制器的设计

根据磨矿过程的数学模型,提出一种改进混合蛙跳算法优化的PID控制器对磨矿过程进行解耦控制。解耦后形成两个单输入单输出通道,使得磨机给矿的速率直接控制磨机排矿率,泵池给水的速率直接控制磨机粒度。一种新的蛙跳规则被提曲用来增强SFLA的局部搜索能力,该规则主要通过模拟青蛙的感知和运动的不确定性来动态随机地调整青蛙的局部搜索...     

A ε-indicator-based shuffled frog leaping algorithm for many-objective optimization problems

Many-objective optimization problems take challenges to multi-objective evolutionary algorithms.A number of nondominated solutions in population cause a difficult selection towards the Pareto front.To tackle this issue,a series of indicatorbased multi-objective evolutionary algorithms(MOEAs)have been proposed to guide the evolution progress and shown promising performance.This paper proposes an indicator-based manyobjective evolutionary algorithm calledε-indicator-based shuffled frog leaping algorithm(ε-MaOSFLA),which adopts the shuffled frog leaping algorithm as an evolutionary strategy and a simple and effectiveε-indicator as a fitness assignment scheme to press the population towards the Pareto front.Compared with four stateof-the-art MOEAs on several standard test problems with up to 50 objectives,the experimental results show thatε-MaOSFLA outperforms the competitors.     

Novel multi-objective optimization algorithm

Many multi-objective evolutionary algorithms （MOEAs） can converge to the Pareto optimal front and work well on two or three objectives, but they deteriorate when faced with manyobjective problems. Indicator-based MOEAs, which adopt various indicators to evaluate the fitness values （instead of the Paretodominance relation to select candidate solutions）, have been regarded as promising schemes that yield more satisfactory results than well-known algorithms, such as non-dominated sort- ing genetic algorithm （NSGA-II） and strength Pareto evolutionary algorithm （SPEA2）. However, they can suffer from having a slow convergence speed. This paper proposes a new indicatorbased multi-objective optimization algorithm, namely, the multi- objective shuffled frog leaping algorithm based on the ε indicator （ε-MOSFLA）. This algorithm adopts a memetic meta-heuristic, namely, the SFLA, which is characterized by the powerful capability of global search and quick convergence as an evolutionary strategy and a simple and effective E-indicator as a fitness assignment scheme to conduct the search procedure. Experimental results, in comparison with other representative indicator-based MOEAs and traditional Pareto-based MOEAs on several standard test problems with up to 50 objectives, show that ε-MOSFLA is the best algorithm for solving many-objective optimization problems in terms of the solution quality as well as the speed of convergence.     

基于差分进化的混合蛙跳算法

为高效处理3D视线跟踪技术中的非线性优化问题,使系统满足实时准确及稳定性需求,以差分进化(differential evolution, DE)为核心,结合混合蛙跳算法(shuffled frog leaping algorithm, SFLA)及Nelder-Mead单纯形法算法思想,提出了一种新型混合算法,即DE-SFL-NM混合算法。利用无穷乘积的性质对DE-SFL-NM进行了收敛性分析,并得出依概率收敛结论。使用包含单、多模态的10个基准测试函数的数值实验结果进行比较,验证了该算法在收敛速度、求解精度及鲁棒性能方面的有效性和进步性。同时,应用DE-SFL-NM快速且精准地求解了3D视线跟踪系统中的角膜曲率中心。     

混合蛙跳算法自适应参数调整改进策略

针对基本混合蛙跳算法(shuffled frog leaping algorithm, SFL)在求解高维复杂问题时的不足,本文提出一种自适应参数调整的改进策略。首先,利用变公比数列分析了SFL更新轨迹的收敛性;在此基础上,利用系统稳定性分析方法,提出在SFL更新公式中基于比例系数和适应度标准差来自适应调整更新的方法。最后,基于3组共8个标准测试函数将本文改进SFL与基本SFL和4个改进型粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)作对比,验证了本文改进策略对各类复杂函数的高效性;同时,对比了改进SFL与基本SFL和wPSO在求解高维问题时的性能,验证了改进SFL对高维问题求解的有效性。     

基于均匀自组织映射遗传算法的梯级水库优化调度

针对遗传算法中初始解分布不均以及易早熟等问题,采用均匀设计方法来生成均匀分布的初始解以及自组织映射算法通过高低维空间映射来改变个体基因从而增强局部搜索能力,提出了均匀自组织映射遗传算法,弥补了传统遗传算法中初始解的生成过于随机以及进化过程中易陷入局部解的不足,并将此改进算法在梯级水库的长期优化调度中进行了应用.通过实例计算表明,与遗传算法以及标准粒子群算法相比,此方法拥有更好的全局寻优能力,与动态规划算法结果相近,并且有着较快的计算速度,从而验证了此方法用于处理梯级水库的长期优化调度问题的可行性与合理性.