各種進化計演算法

㈠ 進化演算法的特點

進化計算是一種具有魯棒性的方法，能適應不同的環境不同的問題，而且在大多數情況下都能得到比較滿意的有效解。他對問題的整個參數空間給出一種編碼方案，而不是直接對問題的具體參數進行處理，不是從某個單一的初始點開始搜索，而是從一組初始點搜索。搜索中用到的是目標函數值的信息，可以不必用到目標函數的導數信息或與具體問題有關的特殊知識。因而進化演算法具有廣泛的應用性，高度的非線性，易修改性和可並行性。
此外，演算法本身也可以採用動態自適應技術，在進化過程中自動調整演算法控制參數和編碼精度，比如使用模糊自適應法 。 進化策略(ES)是在1965年由Rechenberg和Schwefel獨立提出的。
進化策略的一般演算法
(1) 問題為尋找實值n維矢量x，使得函數F(x): R→R取極值。不失一般性，設此程序為極小化過程。
(2) 從各維的可行范圍內隨機選取親本xi，i = 1, … , p的始值。初始試驗的分布一般是均勻分布。
(3) 通過對於x的每個分量增加零均值和預先選定的標准差的高斯隨機變數，從每個親本xi產生子代xi』。
(4) 通過將適應度F(xi)和F(xi』)，i=1，…，P進行排序，選擇並決定那些矢量保留。具有最小適應度的P個矢量變成下一代的新親本。
進行新試驗，選擇具有最小方差的新子代，一直到獲得充分解，或者直到滿足某個終止條件。
在這個模型中，把試驗解的分量看做個體的行為特性，而不是沿染色體排列的基因。假設不管發生什麼遺傳變換，所造成各個個體行為的變化均遵循零均值和某個標准差的高斯分布。
由於基因多效性和多基因性，特定基因的改變可以影響許多表現型特徵。所以在創造新子系時，較為合適的是同時改變親本所有分量。
(1+1)—ES：
早期的進化策略的種群中只包含一個個體，並且只使用變異操作。在每一代中，變異後的個體與其父代進行比較，並選擇較好的一個，這種選擇策略被稱為(1+1)策略。
(1+1)—ES的缺點：
(1) 各維取定常的標推差使得程序收斂到最優解的速度很慢；
(2) 點到點搜索的脆弱本質使得程序在局部極值附近容易受停滯的影響(雖然此演算法表明可以漸近地收斂到全局最優點)。
(μ+λ)—ES：μ個親本製造λ個子代，所有解均參加生存競爭，選出最好的μ個作為下一代的親本。
(μ，λ)—ES：只有λ個子代參加生存競爭，在每代中μ個親本被完全取代。
1．個體的表示法:
每個解矢量不僅包括了n維試驗矢量x，而且還包括了擾動矢量σ，後者給出如何變異x以及它本身如何變異的指令。
2．變異：
設x為當前矢量。σ為對應於x每個維的方差矢量，於是新的解矢量x』，σ』可以這樣產生：
3．交叉：
4．選擇
在進化策略中，選擇是按完全確定的方式進行。(μ,λ)—ES是從λ個子代個體集中選擇μ(1<μ<λA=個最好的個體；(μ+λ)—ES是從父代和子代個體的並集中選擇μ個最好的個體。雖然(μ+λ)—ES保留最優的個體能保證性能單調提高，但這種策略不能處理變化的環境，因此，目前選用最多的還是(μ,λ)—ES。 進化規劃(EP)由Fogel在20世紀60年代提出。
1．表示法和適應值度量
進化規劃假設—個有界子空間 ，其中ui<vi。搜索區域被擴展到I=R，即個體為目標變數向量，a=x∈I，進化規劃把目標函數值通過比例變換到正值，同時加入某個隨機改變θ來得到適應值 ，其中δ是比例函數。
2．變異
可簡化為：
3．選擇
在P個父代個體每個經過一次變異產生P個子代後，進化規劃利用一種隨機q競爭選擇方法從父代和子代的集合中選擇P個個體，其中q>1是選擇演算法的參數。

㈡ 各種進化演算法有什麼異同

（差異進化演算法DE）是一種用於優化問題的啟發式演算法。本質上說，它是一種基於實數編碼的具有保優思想的貪婪遺傳演算法[1] 。同遺傳演算法一樣，差異進化演算法包含變異和交叉操作，但同時相較於遺傳演算法的選擇操作，差異進化演算法採用一對一的淘汰機制來更新種群。由於差異進化演算法在連續域優化問題的優勢已獲得廣泛應用，並引發進化演算法研究領域的熱潮。 差異進化演算法由Storn 以及Price [2]提出，演算法的原理採用對個體進行方向擾動，以達到對個體的函數值進行下降的目的，同其他進化演算法一樣，差異進化演算法不利用函數的梯度信息，因此對函數的可導性甚至連續性沒有要求，適用性很強。

㈢ 進化的速率計算

S=R+E
物種凈增率——種形成過程中物種數目的增長是指數增長，這和生物群體的個體數目增長相似。在測定物種數目的增長時要考慮初始物種數目（基數），換句話說物種凈增率是單位時間內物種數目的相對增長。用公式表示則為：
DN/Dt=RN
公式中N代表物種數目，t代表時間，R就是物種凈增率，將上式積分則得：
N=N0eRt
公式中N0代表初始物種數目，e是自然對數的底。如果已知初始物種數N0和終末物種數N、以及時間t，則可求出R。可將上式變化，得：
lnN=lnN0eRt
lnN=lnN0+lneRt
lnN=lnN0+Rt
N/N0=ert是通過積分來的~~~積分我忘了~~~你自己算算吧~~~
至於E=Ne/t，這里的E.Ne都不是相對的~~~所以應該不用微積分~~~直接算就可以了~~~
以上意見純屬個人意見，僅供參考~~~

㈣ 進化策略的方法分類

進化策略和遺傳演算法（GA）是進化演算法（EAs）的兩類重要變種。這兩種主流方法的不同之處在於解的表示以及搜索和選擇運算元的設計。GA常使用二進制或整數編碼，與此相比，ES常基於真實值編碼。GA和ES之間的一個顯著差別在於選擇運算元。在ES中，父代選擇是無偏的，即，當前種群的每一個個體有著相同的概率被選擇用以重組。此外，倖存者的確定性選擇是ES的驅動力。不過最近幾十年涌現出了許多混合方法。一方面，使用整數編碼的ES被開發用於組合優化問題的求解。另一方面，也有人提出了使用ES選擇模型的GA。

㈤ 進化演算法入門讀書筆記（一）

這里我參考學習的書籍是：

《進化計算的理論和方法》，王宇平，科學出版社

《進化優化演算法：基於仿生和種群的計算機智能方法》，[美]丹·西蒙，清華大學出版社。

進化演算法是 求解優化問題 的一種演算法，它是 模仿生物進化與遺傳原理 而設計的一類隨機搜索的優化演算法。

不同的作者稱進化演算法有不同的術語，以下。註：這里僅列舉出了我自己比較容易混淆的一些，並未全部列出。

進化計算： 這樣能強調演算法需要在 計算機上 實施，但進化計算也可能指不用於優化的演算法（最初的遺傳演算法並不是用於優化本身，而是想用來研究自然選擇的過程）。因此，進化優化演算法比進化計算更具體。

基於種群的優化： 它強調進化演算法一般是讓問題的候選解 種群 隨著時間的進化以得到問題的更好的解。然而許多進化演算法每次迭代只有單個候選解。因此，進化演算法比基於種群的優化更一般化。

計算機智能/計算智能： 這樣做常常是為了區分進化演算法與專家系統，在傳統上專家系統一直被稱為人工智慧。專家系統模仿演繹推理，進化演算法則模仿歸納推理。進化演算法有時候也被看成是人工智慧的一種。計算機智能是比進化演算法更一般的詞，它包括神經計算、模糊系統、人工生命這樣的一些技術，這些技術可應用於優化之外的問題。因此，進化計算可能比計算機智能更一般化或更具體。

由自然啟發的計算/仿生計算： 像差分進化和分布估計演算法這些進化演算法可能並非源於自然，像進化策略和反向學習這些進化演算法與自然過程聯系甚微。因此，進化演算法比由自然啟發的演算法更一般化，因為進化演算法包括非仿生演算法。

機器學習： 機器學習研究由經驗學到的計算機演算法，它還包括很多不是進化計算的演算法，如強化學習、神經網路、分簇、SVM等等。因此，機器學習比進化演算法更廣。

群智能演算法： 一些人認為群智能演算法應與進化演算法區分開，一些人認為群智能演算法是進化演算法的一個子集。因為群智能演算法與進化演算法有相同的執行方式，即，每次迭代都改進問題的候選解的性能從而讓解的種群進化。因此，我們認為群智能演算法是一種進化演算法。

進化演算法的簡單定義可能並不完美。在進化演算法領域術語的不統一會讓人困惑，一個演算法是進化演算法如果它通常被認為是進化演算法，這個戲謔的、循環的定義一開始有些麻煩，但是一段時間後，這個領域工作的人就會習慣了。

優化幾乎適用於生活中的所有領域。除了對如計算器做加法運算這種過於簡單的問題，不必用進化演算法的軟體，因為有更簡單有效的演算法。此外對於每個復雜的問題，至少應該考慮採用進化演算法。

一個優化問題可以寫成最小化問題或最大化問題，這兩個問題在形式上很容易互相轉化：

函數 被稱為目標函數，向量 被稱為獨立變數，或決策變數。我們稱 中元素的個數為問題的維數。

優化問題常常帶有約束。即在最小化某個函數 時，對 可取的值加上約束。不舉例。

實際的優化問題不僅帶有約束，還有多個目標。這意味著我們想要同時最小化不止一個量。

例子：

這里評估這個問題的一種方式是繪制 作為函數 的函數的圖：

如圖，對在實線上的 的值，找不到能同時使 和 減小的 的其他值，此實線被稱為 帕累托前沿 ，而相應的 的值的集合被稱為帕累托集。（此處的帕累托最優問題十分重要，可以參考這個鏈接來學習和理解： 多目標優化之帕累托最優 - 知乎 ，非常清晰易懂。）

該例子是一個非常簡單的多目標優化問題，它只有兩個目標。實際的優化問題通常涉及兩個以上的模目標，因此很難得到它的帕累托前沿，由於它是高維的，我們也無法將它可視化。後面的章節將會仔細討論多目標進化優化。

多峰優化問題是指問題不止一個局部最小值。上例中的 就有兩個局部最小值，處理起來很容易，有些問題有很多局部最小值，找出其中的全局最小值就頗具挑戰性。

對於前面的簡單例子，我們能用圖形的方法或微積分的方法求解，但是許多實際問題除了有更多獨立變數、多目標，以及帶約束之外更像上面的Ackley函數這樣，對於這類問題，基於微積分或圖形的方法就不夠用了，而進化演算法卻能給出更好的結果。

到現在為止我們考慮的都是連續優化問題，也就是說，允許獨立變數連續地變化。但有許多優化問題中的獨立變數智能在一個離散集合上取值。這類問題被稱為組合優化問題。如旅行商問題。

對於有 個城市的旅行商問題，有 個可能的解。對於一些過大的問題，硬算的方法不可行，像旅行商這樣的組合問題沒有連續的獨立變數，因此不能利用導數求解。除非對每個可能的解都試一遍，不然就無法確定所得到的組合問題的解是否就是最好的解。進化演算法對這類大規模、多維的問題，它至少能幫我們找出一個好的解（不一定是最好的）。

㈥ 各種進化演算法有什麼異同

同遺傳演算法一樣，差異進化演算法包含變異和交叉操作，但同時相較於遺傳演算法的選擇操作，差異進化演算法採用一對一的淘汰機制來更新種群。由於差異進化演算法在連續域優化問題的優勢已獲得廣泛應用，並引發進化演算法研究領域的熱潮。

進化演算法

或稱「演化演算法」 (evolutionary algorithms) 是一個「演算法簇」，盡管它有很多的變化，有不同的遺傳基因表達方式，不同的交叉和變異運算元，特殊運算元的引用，以及不同的再生和選擇方法，但它們產生的靈感都來自於大自然的生物進化。

與傳統的基於微積分的方法和窮舉法等優化演算法相比，進化計算是一種成熟的具有高魯棒性和廣泛適用性的全局優化方法，具有自組織、自適應、自學習的特性，能夠不受問題性質的限制，有效地處理傳統優化演算法難以解決的復雜問題。