多目標優化演算法 多目標優化之帕累託最優

2021-10-12 07:52:07 字數 2277 閱讀 1472

example:有個求最小化的優化問題,2個變數,兩個目標函式,目標1的空間曲線如下圖所示

目標1空間曲線

目標2的空間曲線:

目標2空間曲線

現在在設計空間均勻的取點陣,然後計算所有點的真實目標值,便可以得到解空間和目標空間的分布情況了,如下圖所示:

左圖是解空間的均勻點陣,右圖是對應的目標空間兩個目標的值

可以很清晰的看到,右圖紅色點不被任意其他點支配,所以是pareto 前沿點(如果解空間點陣足夠密集,就是一條線了),左圖的設計空間的紅色點,就是其對應的pareto最優解集,所以現在的一些多目標優化演算法主要就是求解問題的pareto前沿或者近似前沿。從目標空間來看,就是他的邊界了。

下面是原回答:

發現乙個奇怪的現象,平時看東西看得挺多的,但是過了不久就又忘記了,而且也說不出個所以然來,可能就是沒有好好的消化,總結吧。因此想到了把平時學的一些東西,用知乎記下來,一來作為自己的乙個總結,方便後續的複習,二來假如有人能夠看到的話對其有幫助也不錯,能夠提一些意見就再好不過了。

步入正題:聽了好幾次師兄講解帕累託最優,多目標優化的內容,奈何組會時間太短,短時間根本無法理解(智商原因),所以昨晚突發奇想查了一些資料,發現配合例子講解很容易明白

多目標優化問題生活中很常見,比如汽車車身零部件設計中,要求設計的零件剛度要很大,同時質量很輕,這就是乙個兩目標問題,同時他還有一些條件約束,比如模態約束,尺寸約束等。再者金融領域中,我們希望投入的資金少,風險小,並且獲得的利益最大,這就是乙個三目標問題,但是掰著腳趾頭都知道同時達到這三個目標是不可能的,多目標優化就是給出他的一些列可能的選擇,然後使用者自己去評判想選誰,哈哈,是不是很雞肋。

多目標優化問題的數學模型一般可以寫成如下形式

1:解a優於解b(解a強帕累託支配解b)

假設現在有兩個目標函式,解a對應的目標函式值都比解b對應的目標函式值好,則稱解a比解b優越,也可以叫做解a強帕累託支配解b,舉個例子,就很容易懂了

下圖中代表的是兩個目標的的解的情況,橫縱座標表示兩個目標函式值,e點表示的解所對應的兩個目標函式值都小於c,d兩個點表示的解所對應的兩個目標函式值,所以解e優於解c,d.

2:解a無差別於解b(解a能帕累託支配解b)(修改:此處的「能」應該是與前文的「強」對應,時間比較久了,a,b兩點嚴格意義上是非支配關係)

同樣假設兩個目標函式,解a對應的乙個目標函式值優於解b對應的乙個目標函式值,但是解a對應的另乙個目標函式值要差於解b對應的乙個目標函式值,則稱解a無差別於解b,也叫作解a能帕累託支配解b,舉個例子,還是上面的圖,點c和點d就是這種情況,c點在第乙個目標函式的值比d小,在第二個函式的值比d大。

3:最優解

假設在設計空間中,解a對應的目標函式值優越其他任何解,則稱解a為最優解,舉個例子,下圖的

4:帕累託最優解

同樣假設兩個目標函式,對於解a而言,在 變數空間 中找不到其他的解能夠優於解a(注意這裡的優於一定要兩個目標函式值都優於a對應的函式值),那麼解a就是帕累託最優解,舉個例子,下圖中應該找不到比

5:帕累託最優前沿

還是看 剛才 那張圖 ,如下圖所示,更好的理解一下帕累託最優解,實心點表示的解都是帕累託最優解,所有的帕累託最優解構成帕累託最優解集,這些解經目標函式對映構成了該問題的pareto最優前沿或pareto前沿面,說人話,即帕累託最優解對應的目標函式值就是帕累託最優前沿。

對於兩個目標的問題,其pareto最優前沿通常是條線。而對於多個目標,其pareto最優前沿通常是乙個超曲面。

多目標優化 帕累託(Pareto)

參考與這個鏈結的部落格 1 多目標優化簡介 2多目標優化數學語言描述 3 多目標優化的pareto佔優 在現實生活中有很多的問題都是由互相衝突和影響的多個目標組成,這些目標不可能同時達到最優的狀態,我們通常會盡量讓這些目標在一定的區域內達到最佳的狀態,這就是多目標優化。多目標優化問題是由多個目標函式...

多目標優化之帕累託最優

維基百科 帕累託最優是指資源分配的一種理想狀態。給定固有的一群人和可分配的資源,如果從一種分配狀態到另一種狀態的變化中,在沒有使任何人境況變壞的前提下,使得至少乙個人變得更好,這就是帕累託改善。帕累託最優的狀態就是不可能再有更多的帕雷託改善的狀態 換句話說,不可能在不使任何其他人受損的情況下再改善某...

多目標優化問題 投資組合的多目標優化

一 多目標問題 二 多目標規劃有效解 1 有效點 參考定理 2 凸多目標規劃 詳細見參考文獻1 3 絕對最優解 有效解 弱有效解 絕對最優解 有效解與弱有效解 4 真有效解 由於有效解的範圍過大,有時候要在要在有效解的範圍內加以限制定義了真有解。根據不同的限制定義了許多不同的真有效解。5 極錐解與非...