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Enhanced Butterfly Optimization Algorithm for Large-Scale Optimization Problems

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Journal of Bionic Engineering 2022年第2期19卷 554-570页

作者： Yu Li Xiaomei Yu jingsen liu Institute of Management Science and Engineering and School of BusinessHenan UniversityKaifeng 475004China School of Business Henan UniversityKaifeng 475004China Institute of Intelligent Network Systems and Software SchoolHenan UniversityKaifeng 475004China

To solve large-scale optimization problems,Fragrance coefficient and variant Particle Swarm local search Butterfly Optimization Algorithm(FPSBOA)is *** the position update stage of Butterfly Optimization Algorithm(BOA),the fragrance coefficient is designed to balance the exploration and exploitation of *** variant particle swarm local search strategy is proposed to improve the local search ability of the current optimal butterfly and prevent the algorithm from falling into local optimality.192000-dimensional functions and 201000-dimensional CEC 2010 large-scale functions are used to verify FPSBOA for complex large-scale optimization *** experimental results are statistically analyzed by Friedman test and Wilcoxon rank-sum *** attained results demonstrated that FPSBOA can better solve more challenging scientific and industrial real-world problems with thousands of ***,four mechanical engineering problems and one ten-dimensional process synthesis and design problem are applied to FPSBOA,which shows FPSBOA has the feasibility and effectiveness in real-world application problems.

关键词： Butterfy optimization algorithm Fragrance coefcient Variant particle swarm local search Large-scale optimization problems Real-world application problems

Genome-Wide Identification and Expression Profiling Suggest that Invertase Genes Function in Silique Development and the Response to Sclerotinia sclerotiorum in Brassica napus

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Phyton-International Journal of Experimental Botany 2020年第2期89卷 253-273页

作者： jingsen liu Jinqi Ma Ai Lin Chao Zhang Bo Yang Liyuan Zhang Lin Huang Jiana Li Chongqing Rapeseed Engineering Research Center College of Agronomy and BiotechnologyChongqing400715China Academy of Agricultural Sciences Southwest UniversityChongqing400715China

Invertase(INV),a key enzyme in sucrose metabolism,irreversibly catalyzes the hydrolysis of sucrose to glucose and fructose,thus playing important roles in plant growth,development,and biotic and abiotic stress *** this study,we identified 27 members of the BnaINV family in Brassica *** constructed a phylogenetic tree of the family and predicted the gene structures,conserved motifs,cis-acting elements in promoters,physicochemical properties of encoded proteins,and chromosomal distribution of the *** also analyzed the expression of the BnaINVs in different tissues and developmental stages in the *** cultivar Zhongshuang 11 using *** addition,we analyzed RNA-sequencing data to explore the expression patterns of the BnaINVs in four cultivars with different harvest indices and in plants inoculated with the pathogenic fungus Sclerotinia *** used WGCNA(weighted coexpression network analysis)to uncover BnaINV regulatory ***,we explored the expression patterns of several BnaINV genes in cultivars with long(Zhongshuang 4)and short(Ningyou 12)*** results suggest that BnaINVs play important roles in the growth and development of rapeseed siliques and the defense response against *** findings could facilitate the breeding of high-yielding *** cultivars with strong disease resistance.

关键词： Brassica napus invertase Sclerotinia WGCNA RNA-seq

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优选策略的自适应蚁狮优化算法

模式识别与人工智能 2020年第2期33卷 121-132页

作者：刘景森霍宇李煜河南大学智能网络系统研究所开封475004 河南大学软件学院开封475004 河南大学计算机与信息工程学院开封475004 河南大学管理科学与工程研究所开封475004

针对基本蚁狮优化算法收敛速度较慢、易陷入局部极值、高维求解精度较低等缺点,提出具有自适应边界、优选轮盘赌和动态比例系数的改进蚁狮算法.在蚂蚁围绕蚁狮游走的过程中引入自适应边界机制,增加蚂蚁种群活跃性,防止算法陷入局部极值... 详细信息

针对基本蚁狮优化算法收敛速度较慢、易陷入局部极值、高维求解精度较低等缺点,提出具有自适应边界、优选轮盘赌和动态比例系数的改进蚁狮算法.在蚂蚁围绕蚁狮游走的过程中引入自适应边界机制,增加蚂蚁种群活跃性,防止算法陷入局部极值.轮盘赌选择蚁狮过程中加入优选轮盘赌策略,在保持蚁狮个体多样性的同时加快算法收敛速度.在蚂蚁位置更新公式中加入动态比例系数,提高算法前期的探索能力和后期的开发能力.理论分析证明文中算法的时间复杂度与基本算法相同.针对16个不同特征标准测试函数,在多个维度上的优化仿真实验测试结果表明,文中算法具有较好的可行性,寻优精度和收敛速度均有明显提升,受维度变化影响很小,高维求解能力更强、更稳定.

关键词：蚁狮优化算法(ALO) 自适应边界优选轮盘赌动态比例系数

扬程-水位逐次逼近策略优化梯级泵站群级间河道水位

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农业工程学报 2014年第22期30卷 120-129页

作者：龚懿程吉林刘静森扬州大学水利与能源动力工程学院扬州225009

级间输水河道水位优化对降低梯级调水系统运行能耗，提高系统整体优化运行效益意义重大。该文针对各级并联泵站群初始扬程及提水负荷已定条件下的梯级调水系统优化运行数学模型，考虑级间输水河道特点，采用大系统二级分解-动态规划聚... 详细信息

级间输水河道水位优化对降低梯级调水系统运行能耗，提高系统整体优化运行效益意义重大。该文针对各级并联泵站群初始扬程及提水负荷已定条件下的梯级调水系统优化运行数学模型，考虑级间输水河道特点，采用大系统二级分解-动态规划聚合与河网非恒定流模拟相结合的逐次逼近选优策略，开展梯级泵站群整体优化运行下的级间输水河道水位优化研究，获得满足河道防洪除涝、通航、生态等水位要求的各泵站优化运行方案。该方法既可较快确定各级泵站群给定提水扬程及提水负荷下的优化运行费用，又能较好地降低系统输水过程中输水河道水位变化对泵站既定提水扬程的影响，对进一步开展复杂边界条件下梯级输水系统优化运行研究具有一定理论价值。以南水北调东线江苏境内淮安一、二、四站～淮阴一、三站梯级输水系统为典型实例，在淮安站群初始扬程4.13 m、100%负荷，淮阴站群初始扬程2.7 m、100%负荷条件下，4次数模和2次数模相比站上（下）最大水位差最小，平均为6.51 cm，即3次并联站群优化运行下扬程匹配度最高；确定了对应的各级泵站群机组各时段优化运行叶片安放角或机组转速，获得较泵机组定角恒速运行下7.56%的运行效益；且4次数模下各河道水位变幅最小，平均水位变幅14.9 cm；对应的各河道高低水位值及其出现间隔可满足通航及生态水位要求。

关键词：灌溉优化算法梯级泵站群水位逐次逼近非恒定流

基于改进的樽海鞘群算法求解机器人路径规划问题

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计算机研究与发展 2022年第6期59卷 1297-1314页

作者：刘景森袁蒙蒙李煜河南大学智能网络系统研究所河南开封475004 河南大学软件学院河南开封475004 郑州科技学院信息工程学院郑州450052 河南大学管理科学与工程研究所河南开封475004

为了探索出更好解决机器人路径规划问题的方法,提出一种差异演化的寄生樽海鞘群算法.首先在领导者位置更新公式中加入对应的上一代领导者位置信息,加强全局搜索的充分性,同时引入自适应惯性权重,更好平衡领导者在不同进化阶段对于广度... 详细信息

为了探索出更好解决机器人路径规划问题的方法,提出一种差异演化的寄生樽海鞘群算法.首先在领导者位置更新公式中加入对应的上一代领导者位置信息,加强全局搜索的充分性,同时引入自适应惯性权重,更好平衡领导者在不同进化阶段对于广度和深度搜索的不同需求,提高寻优精度.然后在算法结构中引入具有不同演化策略和寄生行为机制的寄生-宿主双种群及宿主群劣汰思想,增加种群的多样性,提高算法跳出局部极值的能力.理论分析证明了改进算法的时间复杂度与基本算法相同,6种对比算法在10个不同特征的标准测试函数上进行仿真对比测试,实验结果表明:该算法的寻优精度、收敛性能均有显著提高和改善.最后将改进算法与三次埃尔米特插值相结合,以路径上的节点组合为基础定义算法中个体位置的编码方式,以绕开障碍、最短路径为目标构造了适应度函数和约束条件,求解机器人路径规划问题.在不同复杂程度的障碍物场景和不同插值方法下进行的算例求解结果显示,该算法寻优结果的最佳值、平均值和方差整体上明显优于其他5种性能优越的代表性对比算法,也验证了融合埃尔米特插值方法对于求解机器人路径规划问题的优越性和有效性.

关键词：樽海鞘群算法惯性权重双种群埃尔米特插值机器人路径规划

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改进鲸鱼算法求解工程设计优化问题

计算机集成制造系统 2021年第7期27卷 1884-1897页

作者：刘景森马义想李煜河南大学软件学院河南开封475004 河南大学河南省智能数据处理工程研究中心河南开封475004 河南大学管理科学与工程研究所河南开封475004

为了更好求解工程设计优化问题,提升鲸鱼算法的寻优性能和应用能力,提出一种基于分段式随机惯性权重和最优反馈机制的鲸鱼优化算法。在随机游走觅食策略中引入基于当前全局最优解的反馈机制,加快算法收敛速度,增强求解稳定性;在收缩包... 详细信息

为了更好求解工程设计优化问题,提升鲸鱼算法的寻优性能和应用能力,提出一种基于分段式随机惯性权重和最优反馈机制的鲸鱼优化算法。在随机游走觅食策略中引入基于当前全局最优解的反馈机制,加快算法收敛速度,增强求解稳定性;在收缩包围策略和螺旋气泡网捕食策略中引入分段式随机惯性权重,提高算法的寻优精度和跳出局部极值的能力;对越界处理进行修正和改进,消除了进化成果可能丢失的隐患。通过理论分析证明了该改进算法与基本鲸鱼算法的时间复杂度相同。6种代表性对比算法在12个复杂基准测试函数和3个工程优化设计问题上的实验结果表明,该改进算法的寻优性能、求解稳定性、对不同问题的适用性和有效性均明显优于其他5种对比算法。

关键词：工程设计优化鲸鱼优化算法反馈机制越界处理时间复杂度

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城镇圩区排涝泵站群日常运行方案优化

农业工程学报 2014年第17期30卷 141-148页

作者：刘静森程吉林龚懿扬州大学水利与能源动力工程学院扬州225009

为降低城镇圩区排涝泵站群日常运行能耗,提出排涝站群总能耗最小的多方案试验选优、圩外河道水位控制去劣的优化运行调度方法。将圩区泵站群分组作为试验因素、每组泵站的开机方案为试验水平,以泵站群总能耗为试验结果开展正交试验,对... 详细信息

为降低城镇圩区排涝泵站群日常运行能耗,提出排涝站群总能耗最小的多方案试验选优、圩外河道水位控制去劣的优化运行调度方法。将圩区泵站群分组作为试验因素、每组泵站的开机方案为试验水平,以泵站群总能耗为试验结果开展正交试验,对试验结果应用正交分析得到泵站群若干种优化运行方案序列,选择总能耗最小且满足圩外河道的水位控制要求的方案为最优运行调度方案。以上海市城区某区域为实例,应用优化方法编制了2种潮水过程、4种降水条件下的优化调度预案;在不能利用潮水自排的最不利水文工况下,应用优化调度方案与现行调度方案相比,总电功耗最大可节省12%。通过开展优化调度方案与现行方案的节能效益比较,验证了现行方案的合理性并对现行方案提出了优化建议。一方面可为城镇圩区水行政主管部门优化日常调水预案提供参考,另一方面也为丰富和完善排泵站群优化调度方法的理论研究作了有益尝试。

关键词：排水降雨优化圩区泵站群排涝正交试验运行能耗

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大规模优化问题的改进花朵授粉算法

计算机科学与探索 2020年第8期14卷 1427-1440页

作者：李煜郑娟刘景森河南大学管理科学与工程研究所河南开封475004 河南大学商学院河南开封475004 河南大学智能网络系统研究所河南开封475004

花朵授粉算法(FPA)寻优结构新颖,寻优能力良好,但求解高维优化问题易陷入"维数灾难"。为提高FPA求解大规模优化问题的性能,提出一种改进花朵授粉算法(IFPA)。采用反向学习策略增加种群多样性,充分搜索解空间,提高初始种群质量;在自花授... 详细信息

花朵授粉算法(FPA)寻优结构新颖,寻优能力良好,但求解高维优化问题易陷入"维数灾难"。为提高FPA求解大规模优化问题的性能,提出一种改进花朵授粉算法(IFPA)。采用反向学习策略增加种群多样性,充分搜索解空间,提高初始种群质量;在自花授粉阶段,发挥当代最优位置的牵引作用,减少算法迭代代价,提高搜索效率,提出避免维间干扰的方法,采用逐维随机扰动策略对花粉个体进行更新,整体评价后接受更优解,提高了算法局部迭代质量。IFPA仅需3~5个种群个体即可达到满意的优化效果,15个测试函数在100、1000和5000维下的仿真结果表明:IFPA的求解精度大幅提高,收敛速度明显加快,鲁棒性强,与FPA、PSO和BA的对比表明,改进算法在处理不同类型大规模优化问题上是具有竞争力的。

关键词：花朵授粉算法反向学习逐维随机扰动维间干扰大规模优化

求解多维复杂函数及真实世界工程设计问题的高效海洋捕食者算法

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工程科学学报 2024年第10期46卷 1864-1879页

作者：刘景森范文凯孙琳周欢河南大学河南省智能网络理论与关键技术国际联合实验室开封475004 河南大学软件学院开封475004 河南大学商学院开封475004

针对海洋捕食者算法在面对复杂函数和工程设计优化问题时存在的自适应能力有限、寻优精度有时较低、局部桎梏概率较高等缺点,提出一种新的高效自适应海洋捕食者算法.首先在海洋记忆存储阶段引入学习自动机引导的教与学搜索机制,更好地... 详细信息

针对海洋捕食者算法在面对复杂函数和工程设计优化问题时存在的自适应能力有限、寻优精度有时较低、局部桎梏概率较高等缺点,提出一种新的高效自适应海洋捕食者算法.首先在海洋记忆存储阶段引入学习自动机引导的教与学搜索机制,更好地平衡算法在不同迭代时期对探索和挖掘能力的不同需求;然后在局部开发阶段,引入对数螺旋探索机制,加强算法在最优解附近的精细挖掘能力,进一步提高收敛精度;最后在算法中每次迭代末尾处加入改进的自适应相对反射策略,提升种群跳出局部最优的能力,降低局部桎梏概率.为了分析和验证该改进算法的性能,将其和6种代表性算法在进化计算大会(CEC)2017测试套件上进行100维的函数极值测试,并在4个具有挑战性的工程设计优化问题上进行测试.测试结果表明在求解多维复杂函数和工程设计优化问题时,本文改进算法的寻优精度、收敛性能和求解稳定性明显优于其他6种代表性算法,尤其在高维复杂函数下,其寻优性能的优越性更为显著.

关键词：优化海洋捕食者算法学习自动机对数螺旋机制相对反射机制工程设计优化问题