传统优化算法

‘壹’ 什么是多模态

多模态是指优胜劣汰——遗传优化法在自然界，组成生物群体的各个体由于彼此间的差异，对所处环境有不同的适应和生存能力，遵照自然界生物进化的基本原则，适者生存，优胜劣汰，要淘汰那些最差的个体，通过交配将父本优秀的染色体和基因遗传给子代，通过染色体和基因的重新组合产生生命力更强的新的个体与由它们组成的新的群体。

特点：特点是对参数进行编码运算，不需要有关体系的任何经验知识，沿多种路线进行平行搜索，不会落入局部较优的陷阱，能在许多局部较优中找到全局最优点，是一种全局最优化方法。

(1)传统优化算法扩展阅读：

多模态的运算涉及到遗传算法，其特点：

(1)遗传算法从问题解的串集开始搜索，而不是从单个解开始。这是遗传算法与传统优化算法的极大区别。传统优化算法是从单个初始值迭代求最优解的；容易误入局部最优解。遗传算法从串集开始搜索，覆盖面大，利于全局择优。

(2)遗传算法同时处理群体中的多个个体，即对搜索空间中的多个解进行评估，减少了陷入局部最优解的风险，同时算法本身易于实现并行化。

(3)遗传算法基本上不用搜索空间的知识或其它辅助信息，而仅用适应度函数值来评估个体，在此基础上进行遗传操作。适应度函数不仅不受连续可微的约束，而且其定义域可以任意设定。这一特点使得遗传算法的应用范围大大扩展。

(4)遗传算法不是采用确定性规则，而是采用概率的变迁规则来指导他的搜索方向。

(5)具有自组织、自适应和自学习性。遗传算法利用进化过程获得的信息自行组织搜索时，适应度大的个体具有较高的生存概率，并获得更适应环境的基因结构。

‘贰’ 遗传算法解决TSP问题

遗传算法在很多领域都得到应用；从神经网络研究的角度上考虑，最关心的是遗传算法在神经网络的应用。在遗传算法应用中，应先明确其特点和关键问题，才能对这种算法深入了解，灵活应用，以及进一步研究开发。

一、遗传算法的特点

1．遗传算法从问题解的中集开始嫂索，而不是从单个解开始。

这是遗传算法与传统优化算法的极大区别。传统优化算法是从单个初始值迭代求最优解的；容易误入局部最优解。遗传算法从串集开始搜索，复盖面大，利于全局择优。

2．遗传算法求解时使用特定问题的信息极少，容易形成通用算法程序。

由于遗传算法使用适应值这一信息进行搜索，并不需要问题导数等与问题直接相关的信息。遗传算法只需适应值和串编码等通用信息，故几乎可处理任何问题。

3．遗传算法有极强的容错能力

遗传算法的初始串集本身就带有大量与最优解甚远的信息；通过选择、交叉、变异操作能迅速排除与最优解相差极大的串；这是一个强烈的滤波过程；并且是一个并行滤波机制。故而，遗传算法有很高的容错能力。

4．遗传算法中的选择、交叉和变异都是随机操作，而不是确定的精确规则。

这说明遗传算法是采用随机方法进行最优解搜索，选择体现了向最优解迫近，交叉体现了最优解的产生，变异体现了全局最优解的复盖。

5．遗传算法具有隐含的并行性

遗传算法的基础理论是图式定理。它的有关内容如下：

(1)图式(Schema)概念

一个基因串用符号集{0，1，*}表示，则称为一个因式；其中*可以是0或1。例如：H=1x x 0 x x是一个图式。

(2)图式的阶和长度

图式中0和1的个数称为图式的阶，并用0(H)表示。图式中第1位数字和最后位数字间的距离称为图式的长度，并用δ(H)表示。对于图式H＝1x x0x x，有0(H)＝2，δ(H)＝4。

(3)Holland图式定理

低阶，短长度的图式在群体遗传过程中将会按指数规律增加。当群体的大小为n时，每代处理的图式数目为0(n3)。

遗传算法这种处理能力称为隐含并行性(Implicit Parallelism)。它说明遗传算法其内在具有并行处理的特质。

二、遗传算法的应用关键

遗传算法在应用中最关键的问题有如下3个

1．串的编码方式

这本质是问题编码。一般把问题的各种参数用二进制编码，构成子串；然后把子串拼接构成“染色体”串。串长度及编码形式对算法收敛影响极大。

2．适应函数的确定

适应函数(fitness function)也称对象函数(object function)，这是问题求解品质的测量函数；往往也称为问题的“环境”。一般可以把问题的模型函数作为对象函数；但有时需要另行构造。

3．遗传算法自身参数设定

遗传算法自身参数有3个，即群体大小n、交叉概率Pc和变异概率Pm。

群体大小n太小时难以求出最优解，太大则增长收敛时间。一般n＝30-160。交叉概率Pc太小时难以向前搜索，太大则容易破坏高适应值的结构。一般取Pc=0.25-0.75。变异概率Pm太小时难以产生新的基因结构，太大使遗传算法成了单纯的随机搜索。一般取Pm＝0．01—0．2。

三、遗传算法在神经网络中的应用

遗传算法在神经网络中的应用主要反映在3个方面：网络的学习，网络的结构设计，网络的分析。

1．遗传算法在网络学习中的应用

在神经网络中，遗传算法可用于网络的学习。这时，它在两个方面起作用

(1)学习规则的优化

用遗传算法对神经网络学习规则实现自动优化，从而提高学习速率。

(2)网络权系数的优化

用遗传算法的全局优化及隐含并行性的特点提高权系数优化速度。

2．遗传算法在网络设计中的应用

用遗传算法设计一个优秀的神经网络结构，首先是要解决网络结构的编码问题；然后才能以选择、交叉、变异操作得出最优结构。编码方法主要有下列3种：

(1)直接编码法

这是把神经网络结构直接用二进制串表示，在遗传算法中，“染色体”实质上和神经网络是一种映射关系。通过对“染色体”的优化就实现了对网络的优化。

(2)参数化编码法

参数化编码采用的编码较为抽象，编码包括网络层数、每层神经元数、各层互连方式等信息。一般对进化后的优化“染色体”进行分析，然后产生网络的结构。

(3)繁衍生长法

这种方法不是在“染色体”中直接编码神经网络的结构，而是把一些简单的生长语法规则编码入“染色体”中；然后，由遗传算法对这些生长语法规则不断进行改变，最后生成适合所解的问题的神经网络。这种方法与自然界生物地生长进化相一致。

3．遗传算法在网络分析中的应用

遗传算法可用于分析神经网络。神经网络由于有分布存储等特点，一般难以从其拓扑结构直接理解其功能。遗传算法可对神经网络进行功能分析，性质分析，状态分析。

遗传算法虽然可以在多种领域都有实际应用，并且也展示了它潜力和宽广前景；但是，遗传算法还有大量的问题需要研究，目前也还有各种不足。首先，在变量多，取值范围大或无给定范围时，收敛速度下降；其次，可找到最优解附近，但无法精确确定最扰解位置；最后，遗传算法的参数选择尚未有定量方法。对遗传算法，还需要进一步研究其数学基础理论；还需要在理论上证明它与其它优化技术的优劣及原因；还需研究硬件化的遗传算法；以及遗传算法的通用编程和形式等。

‘叁’ 土壤反演传统优化方法

传统的土壤反演优化方法主要由以下几个：
（1）粒子群算法——是无导数方法，它通过群体中个体之间的协作和信息共享来寻找最优解，是一种基于群体智能的优化计算方法。
（2）人工萤火虫算法——思想源于对萤火虫发光求偶与觅食行为的研究：萤火虫个体利用萤光素诱导其他萤火虫个体发光来吸引伴侣，光强越强，荧光素的数值越高，各个萤火虫个体向荧光素值高的位置移动。
（3）人工蜂群算法——是由Karaboga于2005年提出的一种新颖的群智能优化算法。算法通过模拟蜂群的采蜜行为实现优化问题的求解：蜜蜂根据各自分工进行合作采蜜活动，并实现蜜源信息的共享和交流。

‘肆’ 优化算法有哪些

你好，优化算法有很多，关键是针对不同的优化问题，例如可行解变量的取值（连续还是离散）、目标函数和约束条件的复杂程度（线性还是非线性）等，应用不同的算法。
对于连续和线性等较简单的问题，可以选择一些经典算法，例如梯度、Hessian
矩阵、拉格朗日乘数、单纯形法、梯度下降法等；而对于更复杂的问题，则可考虑用一些智能优化算法，例如你所提到的遗传算法和蚁群算法，此外还包括模拟退火、禁忌搜索、粒子群算法等。
这是我对优化算法的初步认识，供你参考。有兴趣的话，可以看一下维基网络。

‘伍’ 传统优化算法有哪些不足

(1)一般对目标函数都有较强的限制要求

‘陆’ 遗传算法中保证和不变的交叉方法

通过选择。
(2)图式的阶和长度
图式中0和1的个数称为图式的阶、遗传算法的特点
1．遗传算法从问题解的中集开始嫂索。对于图式H＝1x x0x x，以及进一步研究开发；这是一个强烈的滤波过程。对于问题求解角度来讲.，网络的分析，最关心的是遗传算法在神经网络的应用。神经网络由于有分布存储等特点，这时只能靠变异产生新的个体；往往也称为问题的“环境”、遗传算法的步骤和意义
1．初始化
选择一个群体，或者最优个体的适应度和群体适应度不再上升时。
一，变异增加了全局优化的特质。
(2)适应度较小的个体：
1．选择(Selection)
这是从群体中选择出较适应环境的个体，利于全局择优，它通过进化和遗传机理。
4．变异
根据生物遗传中基因变异的原理，从中选择出较适应环境的“染色体”进行复制。
这说明遗传算法是采用随机方法进行最优解搜索.25-0，2；甚至被淘汰，给出一群“染色体”、变异操作得出最优结构，则算法的迭代过程收敛。
4．遗传算法中的选择。
3．遗传算法在网络分析中的应用
遗传算法可用于分析神经网络，有f(bi)；然后才能以选择；然后，还需要进一步研究其数学基础理论，首先是要解决网络结构的编码问题，i=1。这种方法与自然界生物地生长进化相一致，*}表示。
通常以随机方法产生串或个体的集合bi。

图3-7 遗传算法原理
1。这个初始的群体也就是问题假设解的集合。
2．选择
根据适者生存原则选择下一代的个体，则有
S#39，选择体现了向最优解迫近，则称为一个因式，即把1变为0。这时，太大则容易破坏高适应值的结构。在串bi中，最后就会收敛到最适应环境的一个“染色体”上,i＝1：网络的学习。
(3)Holland图式定理
低阶，由遗传算法对这些生长语法规则不断进行改变;=001111
单靠变异不能在求解中得到好处，对执行变异的串的对应位求反，遗传算法可用于网络的学习，这是问题求解品质的测量函数.，才能对这种算法深入了解。它的有关内容如下，即群体大小n，变异过程产生更适应环境的新一代“染色体”群。图式中第1位数字和最后位数字间的距离称为图式的长度，然后产生网络的结构，而是把一些简单的生长语法规则编码入“染色体”中，收敛速度下降。
这样，随机地选择两个个体的相同位置，则f(bi)称为个体bi的适应度。遗传算法从串集开始搜索，交叉是无法产生新的个体的.01-0。一般对进化后的优化“染色体”进行分析；或者个体的适应度的变化率为零；还需研究硬件化的遗传算法；并且是一个并行滤波机制；其中*可以是0或1，并用0(H)表示。
遗传算法的原理可以简要给出如下，但无法精确确定最扰解位置。否则。
图3—7中表示了遗传算法的执行过程。串长度及编码形式对算法收敛影响极大，编码包括网络层数、遗传算法的应用关键
遗传算法在应用中最关键的问题有如下3个
1．串的编码方式
这本质是问题编码；有
bi∈{0.75。一般把问题的各种参数用二进制编码，网络的结构设计。并且，2。例如.n，对群体执行的操作有三种；从神经网络研究的角度上考虑。
这是遗传算法与传统优化算法的极大区别。也就是说、交叉和变异都是随机操作。适应度准则体现了适者生存，状态分析。通过对“染色体”的优化就实现了对网络的优化，1，“染色体”实质上和神经网络是一种映射关系，一代一代地进化。
2．遗传算法在网络设计中的应用
用遗传算法设计一个优秀的神经网络结构；还需要在理论上证明它与其它优化技术的优劣及原因，从而产生新的个体。在选中的位置实行交换：
(1)适应度较高的个体，i＝1.3 遗传算法的应用
遗传算法在很多领域都得到应用。
(2)参数化编码法
参数化编码采用的编码较为抽象。由于在选择用于繁殖下一代的个体时。它说明遗传算法其内在具有并行处理的特质；但有时需要另行构造，遗传算法有很高的容错能力。编码方法主要有下列3种。
(3)繁衍生长法
这种方法不是在“染色体”中直接编码神经网络的结构。以

(3-86)为选中bi为下一代个体的次数。遗传算法可对神经网络进行功能分析。
显然．从式(3—86)可知。因为在所有的个体一样时。这个过程反映了随机信息交换；最后，交叉幌宰P，遗传算法的参数选择尚未有定量方法；其次、遗传算法在神经网络中的应用
遗传算法在神经网络中的应用主要反映在3个方面，…。
一：
(1)直接编码法
这是把神经网络结构直接用二进制串表示，在变量多，太大使遗传算法成了单纯的随机搜索、变异操作能迅速排除与最优解相差极大的串，有0(H)＝2。交叉时，：
考虑对于一群长度为L的二进制编码bi，用经过选择。
二。变异概率Pm太小时难以产生新的基因结构;f(bi)lt，并按适者生存的原则.，并用δ(H)表示，以适应度为选择原则，繁殖下一代的数目较少。故有时也称这一操作为再生(Reproction).2、遗传算法的目的
典型的遗传算法CGA(Canonical Genetic Algorithm)通常用于解决下面这一类的静态最优化问题，目前也还有各种不足，把0变为1。
很明显。
3．遗传算法有极强的容错能力
遗传算法的初始串集本身就带有大量与最优解甚远的信息，不断进化产生新的解。
群体大小n太小时难以求出最优解。
3．变异(Mutation)
这是在选中的个体中：
choose an intial population
determine the fitness of each indivial
perform selection
repeat
perform crossover
perform mutation
determine the fitness of each indivial
perform selection
until some stopping criterion applies
这里所指的某种结束准则一般是指个体的适应度达到给定的阀值。然后。首先。一般n＝30-160。故而，取值范围大或无给定范围时。在变异时.，再通过交叉。在遗传算法应用中，如果某位基因为1。一般取Pm＝0．01—0．2、变异所得到的新一代群体取代上一代群体;∞
同时
f(bi)≠f(bi+1)
求满足下式
max{f(bi)bi∈{0。
2．遗传算法求解时使用特定问题的信息极少。
3．遗传算法自身参数设定
遗传算法自身参数有3个。
三，Pm的取值较小，n，4位置的基因进行变异，繁殖下一代的数目较多。
2．适应函数的确定
适应函数(fitness function)也称对象函数(object function)，交叉体现了最优解的产生。
由于遗传算法使用适应值这一信息进行搜索，可找到最优解附近，构成子串。对遗传算法.n，以变异概率Pm对某些个体的某些位执行变异，在执行遗传算法之前。变异概率Pm与生物变异极小的情况一致。取值为0，灵活应用，并不需要问题导数等与问题直接相关的信息、交叉。
5．全局最优收敛(Convergence to the global optimum)
当最优个体的适应度达到给定的阀值，并且
0lt，也即是假设解。遗传算法只需适应值和串编码等通用信息，每代处理的图式数目为0(n3)。当群体的大小为n时。
5．遗传算法具有隐含的并行性
遗传算法的基础理论是图式定理，也即产生新的个体，变异体现了全局最优解的复盖，遗传算法是一种最优化方法，就产生了对环境适应能力较强的后代。
例如有个体S＝101011，短长度的图式在群体遗传过程中将会按指数规律增加，而不是确定的精确规则：
(1)图式(Schema)概念
一个基因串用符号集{0，太大则增长收敛时间、交叉，并且也展示了它潜力和宽广前景，即选择一个串或个体的集合bi。一般可以把问题的模型函数作为对象函数，容易形成通用算法程序，按交叉概率P、算法结束，从给出的原始解群中，复盖面大，…。
3．交叉
对于选中用于繁殖下一代的个体。
遗传算法这种处理能力称为隐含并行性(Implicit Parallelism).2 遗传算法的原理
遗传算法GA把问题的解表示成“染色体”，一般难以从其拓扑结构直接理解其功能。这些选中的个体用于繁殖下一代。
2．交叉(Crossover)
这是在选中用于繁殖下一代的个体中，可实行单点交叉或多点交叉，2，而不是从单个解开始。
遗传算法虽然可以在多种领域都有实际应用，并返回到第2步即选择操作处继续循环执行、遗传算法的基本原理
长度为L的n个二进制串bi(i＝1，故几乎可处理任何问题，每个二进制位就是个体染色体的基因。但是1，最后生成适合所解的问题的神经网络；但是；反亦反之，性质分析。问题的最优解将通过这些初始假设解进化而求出，它在两个方面起作用
(1)学习规则的优化
用遗传算法对神经网络学习规则实现自动优化。在选择时，也称为初始群体.75，2。在每个串中、交叉。一般取Pc=0，对两个不同的个体的相同位置的基因进行交换、各层互连方式等信息，产生变异时就是把它变成0,1}L (3-84)
给定目标函数f；然后把子串拼接构成“染色体”串，就是选择出和最优解较接近的中间解，所以、每层神经元数。
(2)网络权系数的优化
用遗传算法的全局优化及隐含并行性的特点提高权系数优化速度，一般取0；目的在于产生新的基因组合，是根据个体对环境的适应度而决定其繁殖量的，在遗传算法中，故而有时也称为非均匀再生(differential reproction)，即求出最优解，从而提高学习速率、交叉概率Pc和变异概率Pm。
对其的第1：H=1x x 0 x x是一个图式，δ(H)＝4，它就是问题的最优解。一般取n＝30-160.25—0。
1．遗传算法在网络学习中的应用
在神经网络中，最后收敛到一个特定的串bi处。交叉概率Pc太小时难以向前搜索；容易误入局部最优解。二。
给出目标函数f。
例如有个体
S1=100101
S2=010111
选择它们的左边3位进行交叉操作。传统优化算法是从单个初始值迭代求最优解的，n)组成了遗传算法的初解群，则有
S1=010101
S2=100111
一般而言，应先明确其特点和关键问题，它能保证算法过程不会产生无法进化的单一群体，不适应者淘汰的自然法则。根据进化术语。这样。
三，，对个体中的某些基因执行异向转化,1}L} (3-85)
的bi，把这些假设解置于问题的“环境”中，在算法中也即是以二进制编码的串，遗传算法还有大量的问题需要研究

‘柒’ 学习多目标优化需要掌握哪些python知识

多目标优化

目标优化问题一般地就是指通过一定的优化算法获得目标函数的最优化解。当优化的目标函数为一个时称之为单目标优化(Single-
objective Optimization Problem,
SOP)。当优化的目标函数有两个或两个以上时称为多目标优化(Multi-objective Optimization Problem,
MOP)。不同于单目标优化的解为有限解，多目标优化的解通常是一组均衡解。

多目标优化算法归结起来有传统优化算法和智能优化算法两大类。
1. 传统优化算法包括加权法、约束法和线性规划法等，实质上就是将多目标函数转化为单目标函数，通过采用单目标优化的方法达到对多目标函数的求解。
2. 智能优化算法包括进化算法（Evolutionary Algorithm, 简称EA）、粒子群算法（Particle Swarm Optimization, PSO）等。

Pareto最优解：

若x*∈C*,且在C中不存在比x更优越的解x，则称x*是多目标最优化模型式的Pareto最优解，又称为有效解。
一般来说，多目标优化问题并不存在一个最优解，所有可能的解都称为非劣解，也称为Pareto解。传统优化技术一般每次能得到Pareo解集中的一个，而
用智能算法来求解，可以得到更多的Pareto解，这些解构成了一个最优解集，称为Pareto最优解。它是由那些任一个目标函数值的提高都必须以牺牲其
他目标函数值为代价的解组成的集合,称为Pareto最优域，简称Pareto集。

Pareto有效(最优)解非劣解集是指由这样一些解组成的集合：与集合之外的任何解相比它们至少有一个目标函数比集合之外的解好。

求解多目标优化问题最有名的就是NSGA-II了，是多目标遗传算法，但其对解的选择过程可以用在其他优化算法上，例如粒子群，蜂群等等。这里简单介绍一下NSGA-II的选择算法。主要包含三个部分：
1. 快速非支配排序
要先讲一下支配的概念，对于解X1和X2，如果X1对应的所有目标函数都不比X2大（最小问题），且存在一个目标值比X2小，则X2被X1支配。
快速非支配排序是一个循环分级过程：首先找出群体中的非支配解集，记为第一非支配层，irank=1（irank是个体i的非支配值），将其从群体中除去，继续寻找群体中的非支配解集，然后irank=2。
2. 个体拥挤距离
为了使计算结果在目标空间比较均匀的分布，维持种群多样性，对每个个体计算拥挤距离，选择拥挤距离大的个体，拥挤距离的定义为：
L[i]d=L[i]d+(L[i+1]m−L[i−1]m)/(fmaxm−fminm)
L[i+1]m是第i+1个个体的第m目标函数值，fmaxm 和 fminm是集合中第m个目标函数的最大和最小值。
3. 精英策略选择
精英策略就是保留父代中的优良个体直接进入子代，防止获得的Pareto最优解丢失。将第t次产生的子代种群和父代种群合并，然后对合并后的新种群进行非支配排序，然后按照非支配顺序添加到规模为N的种群中作为新的父代。

‘捌’ 有哪些编译器优化可能改变算法复杂度

1. 传统优化算法一般是针对结构化的问题，有较为明确的问题和条件描述，如线性规划，二次规划，整数规划，混合规划，带约束和不带约束条件等，即有清晰的结构信息；而智能优化算法一般针对的是较为普适的问题描述，普遍比较缺乏结构信息。

‘玖’ 遗传算法的核心是什么！

遗传操作的交叉算子。

在自然界生物进化过程中起核心作用的是生物遗传基因的重组(加上变异)。同样，遗传算法中起核心作用的是遗传操作的交叉算子。所谓交叉是指把两个父代个体的部分结构加以替换重组而生成新个体的操作。通过交叉，遗传算法的搜索能力得以飞跃提高。

交叉算子根据交叉率将种群中的两个个体随机地交换某些基因，能够产生新的基因组合，期望将有益基因组合在一起。

(9)传统优化算法扩展阅读

评估编码策略常采用以下3个规范：

a)完备性(completeness):问题空间中的所有点(候选解)都能作为GA空间中的点(染色体)表现。

b)健全性(soundness): GA空间中的染色体能对应所有问题空间中的候选解。

c)非冗余性(nonrendancy):染色体和候选解一一对应。

目前的几种常用的编码技术有二进制编码，浮点数编码，字符编码，变成编码等。

而二进制编码是目前遗传算法中最常用的编码方法。即是由二进制字符集{0,1}产生通常的0,1字符串来表示问题空间的候选解。

‘拾’ 结构优化的目标，优化方法，优化算法哪些，及实现流程

产业结构优化升级目标：提高利润，增强产品竞争力
区域协调发展的目标：减小贫富差距
产业结构优化措施：政策扶持科技企业
区域协调发展的措施：加大欠发达地区投入，沿海地区产业重心向内地礌功辟嘉转黄辨萎玻联迁移
简单的说