基于外部存档更新及截断的NSGA-Ⅱ改进算法

作     者：崔恒薇 丁炜超 魏鹏 顾春华 姚保华 CUI Hengwei;DING Weichao;WEI Peng;GU Chunhua;YAO Baohua

作者机构：华东理工大学信息科学与工程学院上海200237 上海中侨职业技术大学上海201514 上海市民防科学研究所上海200020 

出 版 物：《华东理工大学学报（自然科学版）》 (Journal of East China University of Science and Technology)

年 卷 期：2024年第50卷第2期

页      面：282-292页

学科分类：08[工学] 081202[工学-计算机软件与理论] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：上海市自然科学基金(23ZR1414900) 上海市青年科技英才扬帆计划(20YF1410900) 上海市科技创新行动计划(20DZ1201400) 

主　　题：多目标优化 精英选择 NSGA-Ⅱ 权重向量 外部存档 

摘      要：传统的NSGA-Ⅱ(Non-dominated Sorting Genetic AlgorithmⅡ)算法使用拥挤度作为精英选择的第二指标,该方法在处理高维多目标优化问题时,常常由于选择压力不足,以及不同目标间优化冲突加剧等原因,很难维持种群收敛性和多样性的平衡。针对上述问题,提出一种基于外部存档更新及截断机制的NSGA-Ⅱ改进算法NSGA-Ⅱ-UTEA(NSGA-Ⅱalgorithm based on Update and Truncation of External Archive)。该算法首先在精英选择中引入基于权重向量分解的外部存档机制,然后根据个体与所在权重向量及超平面距离之和更新外部存档,并基于个体间角度计算实现外部存档截断,进一步提升了算法在高维多目标优化问题中种群的收敛性和多样性。与NSGA-Ⅱ、NSGA-Ⅲ、MOEA/D(Multi-Objective Evolutionary Algorithm based on Decomposition)、NSGA-Ⅱ-ARSBX(NSGA-Ⅱwith Adaptive Rotation based Simulated Binary crossover)和RPD-NSGA-Ⅱ(Reference Point Dominance-based NSGA-Ⅱ)这5种先进的进化算法的对比实验结果表明,NSGA-Ⅱ-UTEA算法在10目标以上的高维DTLZ(Deb Thiele Laumanns Zitzler)和WFG(Walking Fish Group)系列测试函数上,各项性能指标整体优于其他算法,在解集的分布性和多样性方面具有显著优势。特别是在大部分高维WFG4~WFG7凹问题上都能取得最佳的性能指标值。与传统的NSGA-Ⅱ算法相比,NSGA-Ⅱ-UTEA算法在10目标以上的高维DTLZ系列测试函数上,反世代距离(IGD)性能平均提升了50.6%;在15目标以上的高维WFG系列测试函数上,超体积(HV)性能平均提升了60.7%。实验结果验证了NSGA-Ⅱ-UTEA算法改进的有效性。