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铁水运输调度双层多目标约束优化模型

西南交通大学学报 2023年第2期58卷 357-366,397页

作者：马亮胡宸瀚金福才董炜西南交通大学信息科学与技术学院四川成都611756 国家铁路智能运输系统工程技术研究中心北京100081 中国铁道科学研究院集团有限公司电子计算技术研究所北京100081 马鞍山钢铁股份有限公司运输部安徽马鞍山243021

为实现铁水运输作业排程与资源分配的协同优化,基于约束程序累积调度和字典序多目标优化理论,研究了铁水运输调度双层多目标约束优化方法.首先,基于铁水罐周转率最高和作业效率最高2个字典序优化目标,考虑作业时序、作业实施逻辑、铁水... 详细信息

为实现铁水运输作业排程与资源分配的协同优化,基于约束程序累积调度和字典序多目标优化理论,研究了铁水运输调度双层多目标约束优化方法.首先,基于铁水罐周转率最高和作业效率最高2个字典序优化目标,考虑作业时序、作业实施逻辑、铁水温降时限、铁水罐作业次数限制、资源容量限制和铁水罐资源池等约束条件,建立了上层的铁水运输作业排程约束优化模型;其次,以资源利用均衡度最高为目标,将作业实施唯一性和资源容量限制作为约束条件,建立了下层的铁水运输资源分配约束优化模型;最后,通过约束传播与多点构建性搜索的混合算法迭代求解整个模型.通过实例验证表明:设计的混合算法求得的铁水罐周转率目标和运输作业效率目标,比基本深度优先回溯算法分别提高了14.29%和60.53%;字典序多目标模型比加权和单目标模型求解效率和求解质量分别提高了20.3%和11.11%.

关键词：铁水运输作业排程字典序多目标约束优化搜索算法

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面向复杂约束优化问题的进化算法综述

软件学报 2023年第2期34卷 565-581页

作者：陈少淼陈瑞梁伟李仁发李智勇湖南科技大学计算机科学与工程学院湖南湘潭411201 湖南大学信息科学与工程学院湖南长沙410082

约束优化是多数实际工程应用优化问题的呈现方式.进化算法由于其高效的表现,近年来被广泛应用于约束优化问题求解.但约束条件使得问题解空间离散、缩小、改变,给进化算法求解约束优化问题带来极大挑战.在此背景下,融合约束处理技术的进... 详细信息

约束优化是多数实际工程应用优化问题的呈现方式.进化算法由于其高效的表现,近年来被广泛应用于约束优化问题求解.但约束条件使得问题解空间离散、缩小、改变,给进化算法求解约束优化问题带来极大挑战.在此背景下,融合约束处理技术的进化算法成为研究热点.此外,随着研究的深入,近年来约束处理技术在复杂工程应用问题优化中得到了广泛发展,例如多目标、高维、等式优化等.根据复杂性的缘由,将面向复杂约束优化问题的进化优化分为面向复杂目标的进化约束优化算法和面向复杂约束场景的进化算法两种类别进行综述,其中,重点探讨了实际工程应用的复杂性对约束处理技术的挑战和目前研究的最新进展,并最后总结了未来的研究趋势与挑战.

关键词：约束优化进化算法多目标高维高计算开销等式约束

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约束优化进化算法综述

软件学报 2017年第6期28卷 1529-1546页

作者：李智勇黄滔陈少淼李仁发湖南大学信息科学与工程学院湖南长沙410082 湖南省嵌入式与网络计算重点实验室湖南长沙410082

约束优化进化算法主要研究如何利用进化计算方法求解约束优化问题,是进化计算领城的一个重要研究课题.约束优化问题求解存在约束区域离散、等式约束、非线性约束等挑战,其问题的本质是,如何处理可行解与不可行解的关系才能使得算法更高... 详细信息

约束优化进化算法主要研究如何利用进化计算方法求解约束优化问题,是进化计算领城的一个重要研究课题.约束优化问题求解存在约束区域离散、等式约束、非线性约束等挑战,其问题的本质是,如何处理可行解与不可行解的关系才能使得算法更高效.首先介绍了约束优化问题的定义;然后,系统地分析了目前存在的约束优化方法;同时,基于约束处理机制,将这些方法分为罚函数法、可行性法则、随机排序法、?-约束处理法、多目标优化法、混合法等6类,并从约束处理方法的角度对约束优化进化算法的最新研究进展进行综述;最后,指出约束优化进化算法需进一步研究的方向与关键问题.

关键词：进化算法约束处理技术进化计算约束优化约束优化进化算法

基于Sobol′灵敏度分析的火箭弹自力弹射多目标约束优化

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推进技术 2022年第12期43卷 40-48页

作者：宋健佘湖清李超蔡蒨宜昌测试技术研究所湖北宜昌443000

火箭弹自力弹射过程中燃气被限制在低压室内,低压室压强使得出筒速度增加的同时也增大了发射装置受力。为完成自力弹射的多目标约束优化,首先建立了发动机-低压室耦合内弹道模型,开展实弹试验对模型进行了验证;其次采用Sobol′全局灵敏... 详细信息

火箭弹自力弹射过程中燃气被限制在低压室内,低压室压强使得出筒速度增加的同时也增大了发射装置受力。为完成自力弹射的多目标约束优化,首先建立了发动机-低压室耦合内弹道模型,开展实弹试验对模型进行了验证;其次采用Sobol′全局灵敏度分析法,以低压室压强峰值和弹体出筒速度为目标响应,求得各设计参数的灵敏度数据;最后以低压室压强峰值最小和弹体出筒速度最大为优化目标,基于灵敏度数据建立自力弹射多目标约束优化模型,采用NSGA-II算法进行求解。结果表明,发动机装药量对低压室压强峰值及出筒速度的影响最为显著,低压室初始长度对低压室压强峰值影响较大,低压室开孔数量对弹体出筒速度影响较大;在Pareto最优前沿上选取10个备选方案并采用逼近理想解排序法排序。相较于初始方案,排序得到的最终优化方案的低压室压强峰值降低13.41%,弹体出筒速度增加52.56%,自力弹射性能得到提升。

关键词： Sobol′法灵敏度分析火箭弹自力弹射约束优化

Mε-OIDE求解约束优化问题算法及其在水库群防洪调度中的应用

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水利学报 2023年第2期54卷 148-158页

作者：王文川田维璨徐雷刘昌军徐冬梅华北水利水电大学水资源学院河南郑州450046 河海大学水文水资源学院江苏南京210024 中国水利水电科学研究院防洪抗旱减灾工程技术研究中心北京100038

约束处理技术和初始种群代表性对约束优化算法的性能具有重要影响。针对ε约束处理法求解约束优化问题时结果不稳定、经验参数难取值等问题,本文首先从当前两种不同的ε约束处理法出发,通过对其优缺点的分析,将Z-ε约束处理法对等式约... 详细信息

约束处理技术和初始种群代表性对约束优化算法的性能具有重要影响。针对ε约束处理法求解约束优化问题时结果不稳定、经验参数难取值等问题,本文首先从当前两种不同的ε约束处理法出发,通过对其优缺点的分析,将Z-ε约束处理法对等式约束额外进行δ放松的操作补充到TS-ε处理法的整体框架中,并增设一个用户自定义参数来处理多样的约束条件,从而提出了一种改进的ε约束处理法。基于原始的差分进化算法,将其与前述改进的ε约束处理法和经典的反向学习初始化种群策略耦合,提出一种轻量化的Mε-OIDE(Modifiedε-Opposition-based-learning Initialization Differential Evolution)约束优化算法。在CEC2006基准函数集上的测试结果验证了耦合策略的有效性,表明提出的Mε-OIDE算法具有高精度和强鲁棒性。此外,在水库群防洪调度问题上的优化结果进一步证明了Mε-OIDE优化算法处理实际约束优化问题的可行性和高效性。

关键词：约束优化 ε约束处理法差分进化算法反向学习水库群防洪优化调度

约束优化理论在张拉整体结构找形分析中的应用

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约束优化理论在张拉整体结构找形分析中的应用

作者：焦冰洁哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

张拉整体结构具有明显的柔性特性,在施加预应力前没有刚度,属机构体系,只有对其预张拉才能形成抵抗外荷载的初始平衡结构,而初始平衡形态的优劣直接影响结构性能,这决定了对张拉结构分析的关键问题是形态确定的问题。本文主要针对广义... 详细信息

张拉整体结构具有明显的柔性特性,在施加预应力前没有刚度,属机构体系,只有对其预张拉才能形成抵抗外荷载的初始平衡结构,而初始平衡形态的优劣直接影响结构性能,这决定了对张拉结构分析的关键问题是形态确定的问题。本文主要针对广义张拉整体结构的找形问题展开以下几点工作。(1)对张拉结构而言,一种基本的找形思路是在结构满足约束条件情况下,使拉索长或膜面积最小。由此建立拉索长度与膜面积的目标函数,将找形问题转化为约束优化问题,利用非线性规划的原理进行求解。并且通过验证得到目标函数的最优性条件与结构平衡方程等价,因此以这种目标寻优计算的最优解结果是平衡稳定的,可有效应用于张拉整体结构求解稳定平衡状态的问题中。(2)本文采用改进的张拉结构形态优化方法,在寻找最优目标张拉结构形态时,利用目标函数梯度向量与节点不平衡力向量的对应关系,将这种寻优思想与动力松弛法结合起来,使得求解最优化问题转化为用动力松弛法求解平衡状态(即最优目标形态)的问题。这种在非线性规划问题中引入动力松弛法的做法,克服了梯度下降法找形时在极值点寻优速度下降的缺陷,在计算过程中无需减小时间步长就可以稳定快速的得到找形结果。(3)通过对目标函数中幂指数、权重系数及目标杆长这些找形参数之间的关系进行探索,并对比较幂指数不同取值对找形结果的影响验证得到幂指数的理想取值。为了简化求解并提高程序的通用性,本文使用了一种简便的边界条件处理方法。而且在找形分析过程中考虑了张拉结构在外荷载作用下的反应。本文将这种方法应用于自支撑或含外部约束的索杆、索网与索膜结构中,通过调整幂指数、权重系数及约束杆长等参数取值获得了一系列找形结果,为新型空间结构的发现提供了可能。并给出结构平衡时的内力分布,进一步验证了该方法可行性与有效性,为广义张拉整体结构在建筑工程领域广泛应用提供理论与科学支持。

关键词：张拉整体结构找形分析约束优化动力松弛法

约束优化理论和动力松弛技术在张拉整体结构找形分析中的联合应用

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土木工程学报 2015年第7期48卷 82-92页

作者：张沛冯健东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室江苏南京210096 东南大学国家预应力工程技术研究中心江苏南京210096

在诸多具有代表性的张拉整体结构找形方法中,一个有效的思路是将其归结为约束优化问题,从而运用非线性规划的方法进行求解。文中首先证明了约束优化问题的最优性条件与张拉整体结构平衡方程的等价性。随后,在优化模型的求解问题上,利用... 详细信息

在诸多具有代表性的张拉整体结构找形方法中,一个有效的思路是将其归结为约束优化问题,从而运用非线性规划的方法进行求解。文中首先证明了约束优化问题的最优性条件与张拉整体结构平衡方程的等价性。随后,在优化模型的求解问题上,利用目标函数的梯度向量即为节点不平衡力这一重要关系,在梯度法的基础上引入动力松弛思想,让非平衡形态下的质点系在不平衡力的作用下开始运动,并通过"运动阻尼"使结构收敛至平衡位形。计算实践表明,引入动力松弛技术可确保迭代点在无需步长调整的情况下稳定而迅速地逼近极小点的邻域,改善梯度法在极小点附近收敛缓慢,须逐步减小步长以提高收敛精度的不足。由于目标函数中幂指数的取值对找形的成败影响较大,文中对此进行了重点探讨,建议其合理取值为3或4。在幂指数取定的情况下,通过调整权重系数和目标杆长控制结构位形,从而获取理想的找形结果。对于存在固定节点的索杆体系,还给出边界条件的处理方法,为开发新型空间结构提供有效的工具。

关键词：张拉整体结构找形分析约束优化梯度法动力松弛边界条件

基于粒子群灰狼混合算法的多目标约束优化问题求解

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小型微型计算机系统 2023年第2期44卷 288-299页

作者：黄星卢宇申亮林兵福建师范大学物理与能源学院福州350108 福建师范大学协和学院福州350117 福建商学院福州350506 福建省信息网络重点实验室福州350003

近年来,多目标优化问题引起了广泛关注,其求解目标多、目标函数复杂,当前方法通常将所有目标加权后求解,但这些方法会造成解集缺乏准确性.针对上述情况,本文首先根据目标分解的框架:辅助目标和等价目标约束优化框架,该框架是将约束优化... 详细信息

近年来,多目标优化问题引起了广泛关注,其求解目标多、目标函数复杂,当前方法通常将所有目标加权后求解,但这些方法会造成解集缺乏准确性.针对上述情况,本文首先根据目标分解的框架:辅助目标和等价目标约束优化框架,该框架是将约束优化的问题分解为辅助目标和等价目标相结合的优化问题,同时动态调整所分解出的对应子问题的权值,使分解出的子问题求解趋向于等价目标求解.其次基于粒子群优化算法和灰狼优化算法的各自优势,提出参数自适应的粒子群灰狼混合算法,混合算法的优势集合了粒子群算法的收敛性快和灰狼算法的搜索过程多样性,从而提高粒子进化过程的准确性.通过IEEE CEC2017数据集测试的结果表明:在调参合适的情况下,获得的函数最优值个数多于乌鸦搜索、受约束的模拟退火、带约束的水循环等经典算法,在10D情况下,28个测试函数中11个测试函数表现最佳;在30D的情况下,12个测试函数表现最佳.

关键词：约束优化多目标优化目标分解粒子群优化灰狼优化器

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分布式数据驱动的多约束进化优化算法

计算机应用 2024年第5期44卷 1393-1400页

作者：魏凤凤陈伟能华南理工大学计算机科学与工程学院广州510006

泛在计算模式下,数据分布式获取和处理带来了分布式数据驱动优化的需求。针对数据分布获取、约束异步评估且信息缺失的挑战,构建分布式数据驱动的多约束进化优化算法(DDDEA)框架,由一系列终端节点负责数据提供和分布式评估,服务器节点... 详细信息

泛在计算模式下,数据分布式获取和处理带来了分布式数据驱动优化的需求。针对数据分布获取、约束异步评估且信息缺失的挑战,构建分布式数据驱动的多约束进化优化算法(DDDEA)框架,由一系列终端节点负责数据提供和分布式评估,服务器节点负责全局进化优化。基于该框架具体实现了一个算法实例,终端节点利用局部数据构建径向基函数(RBF)模型,辅助驱动服务器节点差分进化(DE)算法对问题进行寻优。通过与3个集中式数据驱动的多约束进化优化算法在两个标准测试集的实验对比,DDDEA在68.4%的测试用例中取得显著最优结果,在84.2%的测试用例中找到可行解的成功率为1.00,表明该算法具有良好的全局搜索能力和收敛能力。

关键词：分布式优化数据驱动优化约束优化进化计算差分进化算法