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12.8群落选址算法

(2022-03-21 14:24:31)
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杂谈

973项目申请是我的一大失败,群落选址算法的研究应该也是我的一个失败。

973计划项目立项申请书提出要开发各种模仿生命系统的优化算法,群落选址算发便是其中的一项,我自己决定先对这种设想的算法进行开发设计。

所谓群落选址算发(Colony Location Algorithm)是模仿生物会自动的选择适合其生长的环境,而形成自然聚集的生物群落。于是我便按照这个思路来设计群落选址算法。我首先考虑是用这种算法来求解指派问题(Assignment Problem)。在指派问题中,我将不同的土地对不同群落的适应性描述为土地对群落的营养函数,而生物在该土地上的生长率和衰减率均由营养函数来产生。对于解的好坏的评估,我设计了一个环境评估函数,实际上这个函数便相当于我们要优化的目标函数。另外我还设计了一个“施肥函数”,用来描述群落选到“正确”的位置后对环境评估函数的支持,后来我将这个函数改称为“环境回报函数”。算法的停止准则,我设计为负熵达到预设的极小值,其实这是模仿当生物都选到“正确的”位置后,“乱度”便达到了极小值。

对于最简单的指派问题,有n块土地和n个种群,开始让着n个种群的生物随机地分布在这n块土地上,然后让它们不断的繁殖生长,经过若干代以后,各种植物经过相互竞争,各种植物都占据了最适合其生长的土地,于是负熵达到了极小,算法停止。我还开发了一个模仿这些植物生长并抢位过程的动画,当然我把生长过程大大延缓以便于观看。可以看到,开始不同颜色的植物混杂在所有的地块上,然后慢慢地他们各自占据了一块最适合其生长的土地。于是指派过程就自然完成了。

这个算法首先用于一般指派问题,取得了很好的计算效果。然后我又将其用于二次指派问题(Quadratic Assignment Problem),但是计算效果不好。我又将其用于旅行商问题(TSP), 可惜效果还是不好。为了开发这个群落选址算法我花费了很大的心力和大量的时间,但是却没有取得“惊人”的效果,让我无比的沮丧。

这时候王大志来读我的博士,他一直比较喜欢开发算法,我就把我所做的工作和遇到的困难都告诉他,连我开发的源程序代码都一并拷贝给他,想看他有没有办法创造“奇迹”。王大志也花了好多时间,对我设想的群落选址算法进行改进和实验,然而不幸的是他实在也没办法取得更好的结果。于是这项工作只好放弃了。

过了一段时间,我们正好在做电子商务的建模与优化问题,其中有一个方向就是网上中介的交易匹配问题。交易匹配其实就是一个指派问题,但是通常是多目标的,即交易双方加上中介方各有各的目标,因此实质上是一个多目标的指派问题。我忽然想到,营养函数设计成多种,让他们共同来促进植物生长,这样就避免了在Parote解中选择偏好解的问题,也不用费心费力地用不同的权重函数来把多个目标硬捏合在一起。于是我便用群落选址算法来求解多目标的中介交易匹配问题,居然取得了很好的效果。这算是这个算法失败后找到的一点小小的安慰吧。

算法用于指派问题我先写了一篇论文,投到了《控制理论与应用》的英文版上,被正式刊登出来了。在此之前,我正好收到一个意大利学者要在IEEE SMC 2004年的大会上组织一个专题小组会议,邀请我参加。我便把这篇“指派问题的群落选址算法”投到这个会上去了。而那篇关于用群落选址算法解决多目标中介匹配的论文后来发表在国内的《信息系统学报》上了。所有的工作总算是没有白做,在世上留下了一点痕迹,然而很快就被人遗忘了,我也再也没有去触碰这个算法了。

最后要说的是我去参加IEEE SMC2004年大会的遭遇。这次会议在荷兰的海牙召开,西欧我还没去过呢,我于是便办了一番出国手续,到海牙开会去了。记得我作报告的会议大厅就叫“梵高厅”,极其豪华,当时厅里坐了好几十听众,都是外国同行。我报告了我算法的原理和计算过程,又演示了我的动画模拟的生物生长并竞争的演化过程,效果还是相当不错。不过,好几个同行也提醒我,要开发一个新算法,必须对网上题库里的标准测试题进行测算才能服众。内行呀,其实我哪里不知道,TSP的标准试题我都试过了,不是不行吗?要是行,我早在国际大刊上出名了,还用到你们这儿来吹牛!

12.8群落选址算法
   
(左起:沈厚才,蔡小强,陈剑,我和杨剑波,2004年海牙)

海牙、阿姆斯特丹都玩了一圈,给我的印象除了很多老房子,就是欧洲吃东西太贵了,远没有美国便宜。会后跟一个加拿大的华人教授朱海滨一家一起开车去巴黎,在巴黎玩了一大圈,拍了很多照片,吃了正宗的法国面包。真的是好吃,或许是玩的饿了!然后自己坐火车去阿姆斯特丹,因为我买好的回国机票是从阿姆斯特丹起飞的,然而最不幸的事情发生了!我没有买到巴黎直达阿姆斯特丹的法国高速列车车票,只好买的巴黎到布鲁塞尔,然后在那儿转车到阿姆斯特丹机场。当我到达布鲁塞尔时正好是中午,于是我在转车途中在站台的食品店里买了一个披萨饼,我的朋友们都知道披萨是我的最爱。我找到我要乘坐的火车,挑了一个好位置坐下,我把行李箱放倒行李架上,而把背着的电脑包放在身边的座位上。

我一边吃着披萨,一边往窗外张望,欣赏着布鲁塞尔车站的风景。我感觉有一群人上了车,并从过道走过,我也没有留意。当他们走后,我一回头忽然发现我的电脑包不见了,于是急忙在行李架,车厢两头寻找。我这时还天真的以为是列车员收拾行李,帮我放到应该放的地方了。这时坐在另一侧的一个欧洲妇女对我说,你的东西可能是被刚才过去的那帮人拿走了。我的头一下子就仿佛炸开了,我的笔记本电脑,照相机,在巴黎给我家人买的点心和好吃的,还有我的回国机票全都没了!我大声地抱怨:“这是在欧洲,不是在非洲,怎么还会有这样的事!”那个欧洲妇女叹了一口气,说:“欧洲已经不是原来的欧洲了,现在布鲁塞尔到处是东欧人和北非人,他们没有工作没有住处,到处生事。”听到这些我反而同情起欧洲人了!因为劳工不足政府开放让东欧和北非的劳工进入,于是欧洲不再是原来平安祥和的欧洲了。

到了阿姆斯特丹机场,即史基浦火车站, 我立即去找车站的警察站,向荷兰警察叙述了我东西在火车上被盗的情况。警察说,火车归比利时警察管,但是他们可以给我出一个报案通告,发给比利时警察部门。于是我便得到了一份向当地警察报案的记录,上面还盖有荷兰史基浦警察站的蓝色印章。也幸好有了这份报案记录,我回国申报电脑、相机和机票丢失损失有了官方认可的凭证。最后几经周折,损失都得到了报销,其间我们所的保管员孙贤老师帮我出了不少力。当时电脑价值1.4万,相机0.5万,机票0.6万,总价值2.5万元,损失真的是十分惨重!虽然是报销,出的还是我的科研费,我真的好心疼!打那以后,提起欧洲我就有一股恶心感。这几年在电视上看到越来越多的难民涌入欧洲,我真的替欧洲人担心,为什么要把自己大好的家园让给低素质的外人?如果是我们的祖国,我们中国人是决不会答应的!

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