多目標(biāo)進(jìn)化算法中的pareto解及pareto前沿介紹

多目標(biāo)求解會(huì)篩選出一個(gè)相對(duì)較優(yōu)的解的集合典格,在這個(gè)集合里就要用到pareto找出相對(duì)優(yōu)的解或者最優(yōu)解岛宦。

多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型一般可以寫(xiě)成如下形式:

fig1 多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型



fig 2

????????fig 2表示n個(gè)目標(biāo)函數(shù),目標(biāo)是都使之達(dá)到最小耍缴。


fig 3

? ? ? ? fig 3是其變量的約束集合砾肺,可以理解為變量的取值范圍,下面介紹具體的解之間的支配防嗡,占優(yōu)關(guān)系变汪。

1:解A優(yōu)于解B(解A強(qiáng)帕累托支配解B)

? ? ? ? 假設(shè)現(xiàn)在有兩個(gè)目標(biāo)函數(shù),解A對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值都比解B對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值好蚁趁,則稱解A比解B優(yōu)越裙盾,也可以叫做解A強(qiáng)帕累托支配解B,舉個(gè)例子他嫡,就很容易懂了.

? ? ? ?下圖中代表的是兩個(gè)目標(biāo)的的解的情況番官,橫縱坐標(biāo)表示兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)值,E點(diǎn)表示的解所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)值都小于C钢属,D兩個(gè)點(diǎn)表示的解所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)值徘熔,所以解E優(yōu)于解C,D.

2:解A無(wú)差別于解B(解A能帕累托支配解B)

????????同樣假設(shè)兩個(gè)目標(biāo)函數(shù),解A對(duì)應(yīng)的一個(gè)目標(biāo)函數(shù)值優(yōu)于解B對(duì)應(yīng)的一個(gè)目標(biāo)函數(shù)值淆党,但是解A對(duì)應(yīng)的另一個(gè)目標(biāo)函數(shù)值要差于解B對(duì)應(yīng)的一個(gè)目標(biāo)函數(shù)值酷师,則稱解A無(wú)差別于解B,也叫作解A能帕累托支配解B染乌,舉個(gè)例子山孔,還是上面的圖,點(diǎn)C和點(diǎn)D就是這種情況慕匠,C點(diǎn)在第一個(gè)目標(biāo)函數(shù)的值比D小饱须,在第二個(gè)函數(shù)的值比D大。

3:最優(yōu)解

????????假設(shè)在設(shè)計(jì)空間中台谊,解A對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值優(yōu)越其他任何解,則稱解A為最優(yōu)解譬挚,舉個(gè)例子锅铅,下圖的x1就是兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解,使兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)同時(shí)達(dá)到最小减宣,但是前面也說(shuō)過(guò)盐须,實(shí)際生活中這種解是不可能存在的。真要存在就好了漆腌,由此提出了帕累托最優(yōu)解.

4:帕累托最優(yōu)解

同樣假設(shè)兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)贼邓,對(duì)于解A而言阶冈,在 變量空間 中找不到其他的解能夠優(yōu)于解A(注意這里的優(yōu)于一定要兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)值都優(yōu)于A對(duì)應(yīng)的函數(shù)值),那么解A就是帕累托最優(yōu)解.

????????舉個(gè)例子塑径,下圖中應(yīng)該找不到比 x1 對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)都小的解了吧女坑,即找不到一個(gè)解優(yōu)于 x1 了,同理也找不到比 x2 更優(yōu)的解了统舀,所以這兩個(gè)解都是帕累托最優(yōu)解匆骗,實(shí)際上,x1-x2 這個(gè)范圍的解都是帕累托最優(yōu)解誉简,不信自己慢慢想碉就。因此對(duì)于多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題而言,帕累托最優(yōu)解只是問(wèn)題的一個(gè)可接受解闷串,一般都存在多個(gè)帕累托最優(yōu)解瓮钥,這個(gè)時(shí)候就需要人們自己決策了。

5:帕累托最優(yōu)前沿

還是看 剛才 那張圖 烹吵,如下圖所示骏庸,更好的理解一下帕累托最優(yōu)解,實(shí)心點(diǎn)表示的解都是帕累托最優(yōu)解年叮,所有的帕累托最優(yōu)解構(gòu)成帕累托最優(yōu)解集具被,這些解經(jīng)目標(biāo)函數(shù)映射構(gòu)成了該問(wèn)題的Pareto最優(yōu)前沿或Pareto前沿面,說(shuō)人話只损,即帕累托最優(yōu)解對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值就是帕累托最優(yōu)前沿一姿。

對(duì)于兩個(gè)目標(biāo)的問(wèn)題,其Pareto最優(yōu)前沿通常是條線跃惫。而對(duì)于多個(gè)目標(biāo)叮叹,其Pareto最優(yōu)前沿通常是一個(gè)超曲面。

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