小生境技术

小生境技术就是将每一代个体划分为若干类,每个类中选出若干适应度较大的个体作为一个类的优秀代表组成一个群,再在种群中,以及不同种群中之间,杂交,变异产生新一代个体群。同时采用预选择机制和排挤机制或分享机制完成任务。基于这种小生境的遗传算法(Niched Genetic Algorithms,NGA),可以更好的保持解的多样性,同时具有很高的全局寻优能力和收敛速度,特别适合于复杂多峰函数的优化问题。
模拟小生境技术主要建立在常规选择操作的改进之上。Cavichio 在1970年提出了基于预选择机制的选择策略,其基本做法是:当新产生的子代个体的适应度超过其父代个体的适应度时,所产生的子代才能代替其父代而遗传到下一代群体中去,否则父代个体仍保留在下一代群体中。由于子代个体和父代个体之间编码结构的相似性,所以替换掉的只是一些编码结构相似的个体,故它能够有效的维持群体的多样性,并造就小生境的进化环境。De Jong在1975年提出基于排挤机制的选择策略,其基本思想源于在一个有限的生存环境中,各种不同的生物为了能够延续生存,他们之间必须相互竞争各种有限的生存资源。因此,在算法中设置一个排挤因子CF(一般取CF=2或3),由群体中随机选取的1/CF 个个体组成排挤成员,然后依据新产生的的个体与排挤成员的相似性来排挤一些与预排挤成员相类似的个体,个体之间的相似性可用个体编码之间的海明距离来度量。随着排挤过程的进行,群体中的个体逐渐被分类,从而形成一个个小的生成环境,并维持群体的多样性。
Goldberg等在1987年提出了基于共享机制(Sharing)的小生境实现方法。这种实现方法的基本思想是:通过反映个体之间的相似程度的共享函数来调节群体中各个个体的适应度,从而在这以后的群体进化过程中,算法能够依据这个调整后的新适应度来进行选择运算,以维持群体的多样性,创造出小生境的进化环境。
共享函数(Sharing Function)是表示群体中两个个体之间密切关系程度的一个函数,可记为S(d )其中表示个体i和j之间的关系。例如,个体基因型之间的海明距离就可以为一种共享函数。这里,个体之间的密切程度主要体现为个体基因型的相似性或个体表现型的相似性上。当个体之间比较相似时,其共享函数值就比较大;反之,当个体之间不太相似时,其共享函数值比较小。

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