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代理模型辅助的昂贵超多目标进化算法研究

代理模型辅助的昂贵超多目标进化算法研究

作者：翟照敏山东师范大学

学位级别：硕士

多目标优化问题普遍存在于现实生活之中,而多目标进化算法已成为解决这些问题广泛认可的主流方法。然而,许多实际问题被归类为昂贵的多目标优化问题,因为它们的真实评估需要大量的计算、时间或资源,多目标进化算法在解决这类问题时面临... 详细信息

多目标优化问题普遍存在于现实生活之中,而多目标进化算法已成为解决这些问题广泛认可的主流方法。然而,许多实际问题被归类为昂贵的多目标优化问题,因为它们的真实评估需要大量的计算、时间或资源,多目标进化算法在解决这类问题时面临挑战。为此,代理辅助的进化算法(Surrogate-Assisted Evolutionary Algorithms,简称SAEAs)被广泛运用。SAEAs利用有限数量的昂贵的真实评估来构建代价上廉价的代理模型,从而利用代理模型替代真实评估辅助优化。尽管如此,现有的单一代理模型使用中存在一些局限性,如过度拟合、局部最优解陷阱以及适应性不足等,因此有必要多个代理模型结合使用。此外,随着目标数量的增加,当优化目标超过三个时,算法的复杂性和计算成本也相应增加,在多维空间中搜索Pareto前沿变得更加困难,因此,需要更多的评价资源,这类问题也被称为昂贵的超多目标优化问题。在解决这类问题时,研究多个代理模型的结合使用尤为必要。基于此,本论文的主要研究工作包括以下两个方面:(1)为了应对单一代理模型的局限性,提出了一种双模型辅助基于分解的昂贵多目标进化算法(A Dual-Model Assisted Evolutionary Algorithm Based on Decomposition for Expensive Multi-Objective Optimization,简称MOEA/D-DMA)。该算法的核心在于其双模型管理策略,通过建立两种模型并进行交叉验证来生成偏差参数,以结合两种代理模型的预测结果替代真实评估。其次,引入了一种双算子繁殖策略。对于每个分解的子问题,算法在每一代选择相同的亲本群体,应用两个繁殖算子生成两个候选子代解,再选择最有前景的子代。通过双模型管理策略和优化策略,MOEA/D-DMA提升了预测精度和高效勘探能力。在UF基准问题上进行了一系列实验,其结果表明该算法有效地应对了强非线性和多个局部最优解等挑战,以及单一代理模型辅助进化算法陷入局部最优解陷阱等问题,在昂贵多目标进化算法领域具有竞争力。(2)针对昂贵超多目标优化问题,提出了一种复合模型辅助的昂贵超多目标进化算法(A Composite Surrogate-Assisted Evolutionary Algorithm For Expensive Many-Objective Optimization,简称CSA＿MaOEA)。该算法的关键在于复合模型管理策略和填充采样准则。首先,复合模型管理策略将代理模型分为两种不同的:基于所有经过昂贵的真实评估的数据集构建全局模型,以及针对数据集聚类产生的子集构建局部模型。其次,考虑到收敛性、多样性和不确定性的要求,提出了一种新的填充采样准则来指导后代解的选择。实验比较了所提出的算法的复合模型和填充采样准则上的有效性,并将算法与其它五种代理辅助算法进行了对比。实验结果表明,CSA＿MaOEA在收敛性和多样性方面均显著优于其他五种代理辅助的进化算法。同时,它也有效地应对了昂贵超多目标优化问题中的三大挑战:目标空间的极大性、Pareto支配性的失效以及真实评估成本的高昂。

关键词：多目标优化问题昂贵超多目标优化问题多目标进化算法代理辅助

石墨烯——二氧化钒复合结构超宽带吸波器特性研究

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激光与光电子学进展 2024年

作者：王璐曹斌照陶鹏飞太原理工大学物理学院

基于石墨烯—二氧化钒(VO2)复合超材料结构，本文提出一种可调谐超宽带超材料吸波器。利用石墨烯的电可调谐特性和二氧化钒的相变特性，实现了超宽带灵活可调的功能。在吸收率超过90%的前提下，该吸波器在频率范围5.4491 THz—12.4521 ... 详细信息

基于石墨烯—二氧化钒(VO2)复合超材料结构，本文提出一种可调谐超宽带超材料吸波器。利用石墨烯的电可调谐特性和二氧化钒的相变特性，实现了超宽带灵活可调的功能。在吸收率超过90%的前提下，该吸波器在频率范围5.4491 THz—12.4521 THz内吸收带宽达到7.003 THz，相对带宽为78.24%。此外，分析了石墨烯费米能级、二氧化钒电导率的变化以及入射角和偏振角的变化对吸收率的影响。分析结果表明，本文所设计的吸波器具有超宽带、对入射角与偏振不敏感及灵活的可调谐性。这对于优化超材料吸波器的性能有着重要的意义。

关键词：复合超材料结构石墨烯—二氧化钒超宽带吸波器

基于遗传算法-模糊PID的双喷头FDM型3D打印机温度控制方法

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工程设计学报 2024年第2期31卷 151-159页

作者：冀炳晖茅健钱波上海工程技术大学机械与汽车工程学院上海201600 上海交通大学四川研究院四川成都610213

熔融沉积成形(fused deposition modeling,FDM)3D打印需要将打印喷头加热至材料所需温度后才能开始打印。由于单喷头FDM型3D打印机的打印效率较低,以及其加热系统的滞后性较大且稳定性差,使得整个成形过程既耗时又浪费资源,且成形件的... 详细信息

熔融沉积成形(fused deposition modeling,FDM)3D打印需要将打印喷头加热至材料所需温度后才能开始打印。由于单喷头FDM型3D打印机的打印效率较低,以及其加热系统的滞后性较大且稳定性差,使得整个成形过程既耗时又浪费资源,且成形件的质量不高。为解决上述问题,结合打印材料物理性质和化学性质的差异性,提出了一种基于遗传算法-模糊PID(proportional-integral-derivative,比例-积分-微分)的温度控制方法,以实现对双喷头FDM型3D打印机加热方法的控制,并建立温度控制系统的MATLAB/Simulink仿真模型,以验证所提出的控制方法的可靠性。仿真和实验结果表明,与传统PID控制、模糊PID控制相比,遗传算法-模糊PID控制的响应时间缩短了36.03%和32.45%,调节时间缩短了28.06%和20.99%,具有响应速度快、调节时间短、超调量小和控制效果稳定等优势。研究结果可为复合材料的双喷头FDM 3D打印提供参考。

关键词：熔融沉积成形双喷头温度控制遗传算法模糊PID

星载微波部件微放电阈值的改进多粒子蒙特卡罗计算方法

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高电压技术 2024年第4期50卷 1752-1759页

作者：张娜曹猛王瑞白春江崔万照中国空间技术研究院西安分院空间微波通信全国重点实验室西安710100 西安交通大学电信学部电子科学与工程学院电子物理与器件教育部重点实验室西安710049

星载微波部件的微放电效应是导致航天器谐振类设备失谐、噪声电平抬高、输出功率下降,甚至影响通信信道乃至整个微波传输系统彻底失效的瓶颈问题之一。在设计阶段对星载微波部件微放电效应进行精准的评估是减少地面反复试验,避免延误研... 详细信息

星载微波部件的微放电效应是导致航天器谐振类设备失谐、噪声电平抬高、输出功率下降,甚至影响通信信道乃至整个微波传输系统彻底失效的瓶颈问题之一。在设计阶段对星载微波部件微放电效应进行精准的评估是减少地面反复试验,避免延误研制周期的重要手段。为了进一步改善现有蒙特卡洛方法的计算准确度问题,文中提出了一种精度更高的计算星载微波部件微放电阈值的蒙特卡罗方法,该方法对参与微放电过程的初始电子进行了动态调整,采用四阶龙格-库塔法推进微波部件中电子的运动轨迹,基于Furman模型描述电子与微波表面相互作用的二次电子发射过程,按照碰撞电子产生的实际二次电子个数及对应能量参与碰撞时刻后的微放电过程,该多粒子-多碰撞过程更加客观、准确地表征了微放电效应发生的物理过程。以平板传输线和同轴传输线为例,文中所提出的方法相对于已有的蒙特卡罗方法计算精度显著提升,同时计算效率优于商用CST的粒子模拟结果。

关键词：微放电二次电子发射蒙特卡罗方法阈值微波部件

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GY公司发展战略研究

GY公司发展战略研究

作者：齐照梅北方工业大学

学位级别：硕士

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政府干预视角下的供应链金融生态演化研究

系统工程 2024年

作者：袁峰秦照良邱爱莲沈阳工业大学管理学院

本文以供应链金融生态为研究对象，综合运用演化博弈理论和多智能体系统理论，探究了政府在供应链金融生态演化过程中的影响机理。通过文本分析将政府干预策略分为主体类策略（政府直接补贴，增加信贷资源）和环境类策略（改善交流环境... 详细信息

本文以供应链金融生态为研究对象，综合运用演化博弈理论和多智能体系统理论，探究了政府在供应链金融生态演化过程中的影响机理。通过文本分析将政府干预策略分为主体类策略（政府直接补贴，增加信贷资源）和环境类策略（改善交流环境，完善法律制度），然后以演化博弈模型为框架，运用多智能体仿真模拟不同干预策略，观察差异性环境下的供应链金融生态演化。结果表明：主体类策略能在短期内有效促进供应链金融生态良性演化，但长期来看，在生态演化实现动态均衡后的均衡结果及均衡稳定性表现均不如环境类策略；环境类策略具有双向效应，若实行不利，会对生态环境造成负面影响，并导致供应链金融生态恶性演化；完善法律制度策略作为政府干预的核心策略，其干预效果明显优于其他策略。

关键词：政府干预供应链金融演化博弈多智能体仿真

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基于多智能体深度强化学习的车联网频谱共享

电子学报 2024年第5期52卷 1690-1699页

作者：王为念苏健陈勇张建照唐震南京信息工程大学计算机与软件学院江苏南京210044 国防科技大学第六十三研究所江苏南京210007

针对高动态车联网环境中基站难以收集和管理瞬时信道状态信息的问题,提出了基于多智能体深度强化学习的车联网频谱分配算法.该算法以车辆通信延迟和可靠性约束条件下最大化网络吞吐量为目标,利用学习算法改进频谱和功率分配策略.首先通... 详细信息

针对高动态车联网环境中基站难以收集和管理瞬时信道状态信息的问题,提出了基于多智能体深度强化学习的车联网频谱分配算法.该算法以车辆通信延迟和可靠性约束条件下最大化网络吞吐量为目标,利用学习算法改进频谱和功率分配策略.首先通过改进DQN模型和Exp3策略训练隐式协作智能体.其次,利用迟滞性Q学习和并发体验重放轨迹解决多智能体并发学习引起的非平稳性问题.仿真结果表明,该算法有效载荷平均成功交付率可达95.89%,比随机基线算法提高了16.48%,可快速获取近似最优解,在降低车联网通信系统信令开销方面具有显著优势.

关键词：车联网分布式频谱共享多智能体深度强化学习

一种基于可解释深度强化学习的动态频谱接入方法

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电讯技术 2024年

作者：耿凯张建照姚昌华国防科技大学第六十三研究所南京信息工程大学电子与信息工程学院

针对基于强化学习的动态频谱接入模型性能有限、可解释性差的问题，提出了一种基于权重分析的动态频谱接入方法。我们采用了储备池计算（Reservoir Computing， RC）网络来替代传统的深度Q学习网络 (Deep Q-Learning Network， DQN)，... 详细信息

针对基于强化学习的动态频谱接入模型性能有限、可解释性差的问题，提出了一种基于权重分析的动态频谱接入方法。我们采用了储备池计算（Reservoir Computing， RC）网络来替代传统的深度Q学习网络 (Deep Q-Learning Network， DQN)，以简化网络结构并提高计算效率。同时引入了权重分析的可解释方法，通过生成热力图来反映神经网络对不同信道的认知和偏好，从而提高了模型的可解释性。仿真结果表明，在多用户环境中，该算法在平均成功率、平均碰撞率和平均奖励等关键指标上显著优于Q-Learning等传统强化学习算法。相较于DQN+MLP算法，该算法不仅加快了收敛速度，而且在平均成功率达到0.8、平均碰撞率接近0以及平均奖励等关键指标上表现得与之相当。

关键词：动态频谱接入可解释人工智能储备池计算深度强化学习

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基于区段的地下空间环路通风排烟设计方法

隧道建设（中英文） 2024年第1期44卷 155-162页

作者：王洁赵炳欣姜学鹏武汉科技大学资源与环境工程学院湖北武汉430081 武汉科技大学消防安全研究中心湖北武汉430081 武汉科技大学安全与应急研究院湖北武汉430081

为实现多匝道、多地块、内部空间复杂的地下空间环路烟气控制,提出一种区段式排烟方法:将地下空间环路与地块通过防火门分隔,形成独立的构筑物,结合隧道结构,确定风机房位置,划分区段,使烟气在一定区域内排出。以滨江地下环路为例,在隧... 详细信息

为实现多匝道、多地块、内部空间复杂的地下空间环路烟气控制,提出一种区段式排烟方法:将地下空间环路与地块通过防火门分隔,形成独立的构筑物,结合隧道结构,确定风机房位置,划分区段,使烟气在一定区域内排出。以滨江地下环路为例,在隧道主线上均匀布置6个排烟风机房,并以此为节点,将隧道划分为8个区段。当火灾发生时,开启所在区段两端的风机进行排烟。由于各区段不设置固定分隔,整个风道是贯通的,因而各个风机房里的风机可互相作为备用排烟风机,以降低成本。采用数值模拟软件建立模型,对排烟口开启数量和间距进行模拟,确定排烟量为90 m^(3)/s、排烟口间距为30 m、开启8个排烟口的排烟方案。从人员疏散环境以及排烟效率对典型区段进行分析,结果表明:烟气控制在一定的范围内,人员疏散环境安全,排烟效率达到90%,证明方案合理可行。

关键词：火灾烟气控制地下空间环路通风排烟设计方法区段划分