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陈忠云, 张达敏, 辛梓芸. 多子群的共生非均匀高斯变异樽海鞘群算法. 自动化学报, 2022, 48(5): 1307−1317 doi: 10.16383/j.aas.c190684

Chen Zhong-Yun, Zhang Da-Min, Xin Zi-Yun. Multi-subpopulation based symbiosis and non-uniform gaussian mutation salp swarm algorithm. Acta Automatica Sinica, 2022, 48(5): 1307−1317 doi: 10.16383/j.aas.c190684

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文章简介

关键词

樽海鞘群算法, 多子群, 共生策略, 非均匀高斯变异, 函数优化

摘   要

针对樽海鞘群算法求解精度不高和收敛速度慢等缺点, 提出一种多子群的共生非均匀高斯变异樽海鞘群算法(Multi-subpopulation based symbiosis and non-uniform Gaussian mutation salp swarm algorithm, MSNSSA). 根据不同适应度值将樽海鞘链群分为三个子种群, 各个子种群分别进行领导者位置更新、追随者共生策略和链尾者非均匀高斯变异等操作. 使用统计分析、收敛速度分析、Wilcoxon检验、经典基准函数和CEC 2014函数的标准差来评估改进樽海鞘群算法的效率. 结果表明, 改进算法具有更好的寻优精度和收敛速度. 尤其在求解高维和多峰测试函数上, 改进算法拥有更好性能.

引   言

近年,元启发式算法作为一种有效的演化计算技术, 已受到众多学者的重视. 元启发式算法是指受到生物行为和物理现象的启发提出的一类算法, 其核心思想是实现搜索过程中随机性行为和局部搜索的平衡. 常用的元启发式算法包括粒子群算法(Particle swarm optimization, PSO)、正弦余弦算法(Sine cosine algorithm, SCA)、蝴蝶优化算法(Butterfly optimization algorithm, BOA)、飞蛾扑火优化算法(Moth-flame optimization algorithm, MFO)、大红斑蝶优化算法(Monarch butterfly optimization, MBO)、蚯蚓优化算法、大象放牧优化(Elephant herding optimization, EHO)等. 这些算法已成功应用于各种科学领域, 如过程控制、生物医学信号处理、图像处理以及许多其他工程设计问题.

樽海鞘群算法(Salp Swarm algorithm, SSA)是2017年由Mirjalili等提出的一种新型启发式智能算法. 樽海鞘群算法相对于粒子群算法等其他算法, 具有结构简单、参数少、容易实现等优点. 虽然樽海鞘群算法在求解大部分优化问题具有优越性, 但与其他群智能算法一样, 仍然存在求解精度低和收敛速度慢等缺陷. 文献[9]提出固定惯性权重, 可以加快搜索过程中的收敛速度, 并应用于特征选择问题. 文献[10]把樽海鞘群算法和混沌理论结合提出混沌樽海鞘群算法, 在解决特征提取问题时, 能发现最优特征子集, 最大程度地提高分类精度, 最小化所选特征的数目. 文献[11]提出采用子群规模调整, 每个子种群的大小随着进化的过程而逐渐增加, 有利于提高算法在初始阶段的探测能力和后期的开采能力. 文献[12]在算法中加入共享机制, 改进原始算法的随机追踪的位置更新公式, 降低搜索盲目性, 提高收敛速度. 文献[13]提出非均匀变异演化算法, 使个体能够跳出局部最优, 以克服早熟现象. 文献[14]通过高斯变异来增强蝙蝠算法种群的多样性.

为解决标准樽海鞘群算法存在的求解精度不高和收敛速度慢等问题, 本文提出了一种多子群的共生非均匀高斯变异樽海鞘群算法(Multi-subpopulation based symbiosis and non-uniform Gaussian mutation salp swarm algorithm, MSNSSA). 根据适应度值大小, 将种群分为领导者、追随者和链尾者三个子群. 首先对领导者位置更新公式中参数c1进行分析, 以更好平衡探索和开发能力; 然后对追随者位置更新公式采用共生策略, 增加与最优个体的交流, 增强局部开发能力; 最后链尾者更新使用非均匀高斯变异, 增强种群多样性. 通过求解14个典型测试函数和CEC 2014测试函数的最优解, 验证了改进算法MSNSSA的有效性和鲁棒性.

图 1  c_1变化曲线

图 2  基准函数平均收敛曲线

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作者简介

陈忠云

贵州大学大数据与信息工程学院硕士研究生. 主要研究方向为智能优化算法和认知无线网络.

E-mail: chenzhongyun315@hotmail.com

张达敏

贵州大学大数据与信息工程学院教授. 主要研究方向为智能优化算法和认知无线网络. 本文通信作者.

E-mail: dmzhang@gzu.edu.cn

辛梓芸

贵州大学大数据与信息工程学院硕士研究生. 主要研究方向为智能优化算法和认知无线网络.

E-mail: muz_e@sina.cn

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