协同演化算法在大规模优化中的相关问题研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61663009
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    41.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0305.生物、医学信息系统与技术
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

It is urgent for us to endow an algorithm with superior learning capabilities and more accurate reasoning skills since some pending problems such as scientific computing and engineering applications become unceasingly complicated as well as larger-scale. Relying on the learning and reasoning capabilities, the algorithm can find out some hidden characteristics of a target problem and then directs the optimization process based on the characteristics. . In this project, several key issues of cooperative coevolutionary algorithm (CCEA) faced for large-scale problem's optimization are investigated by integrating CCEA with machine learning (ML) theory. (1) Firstly, we will research on the unsupervised learning theory and model of CCEA by deepening the integration of ML theory and the algorithm because the evolutionary process of population in CCEA can be taken analogous to a sampling-analysis and learning-reasoning process in ML theory. (2) Secondly, based on the unsupervised learning model of CCEA, some intelligent information of the population, which is emerged from individuals' interacting during the evolutionary process, will be used to analysis some characteristics of a large-scale problem. Furthermore, some principal components in the problem are extracted based on its characteristics. As a result, we can reduce variable dimensionality of the large-scale problem. (3) Thirdly, after reducing the variable dimensionality, we will study on various characteristics of different correlations between variables based on grouping strategy and Bayesian theory, and then propose an effective adaptive grouping strategy. (4) Fourthly, we will investigate some characteristics of fitness landscape and determine trusted domains of different variables according to their statistical properties of sub-populations' evolutionary process. In addition, further researches will be conducted to design an adaptive allocation strategy of computing resources for CCEA. Finally, we will achieve a more reliable and robust CCEA for large-scale problems optimization.. In the project, intelligence algorithms are deeply integrated with machine learning theory, which is not only conforming to the development trend of intelligence algorithms' theories and applications, but also meeting the requirements of analyzing and solving large-scale and complex problems.
科学计算及工程应用的日趋大规模与复杂化要求算法具备更好的学习推理能力,能分析并归纳出问题的隐含特征,并依此指导其求解过程。项目将协同演化算法与机器学习理论相结合,研究其在大规模优化中的相关问题。1)将协同演化算法的种群进化比拟为采样分析与学习推理过程,结合机器学习相关理论来研究算法的无监督学习理论与模型;2)以协同演化算法的机器学习模型为基础,利用个体间信息交互与种群的智能涌现,对目标问题进行特征分析,研究问题主元提取策略,实现变量降维;3)结合随机分组策略和贝叶斯理论,研究变量间不同类型相关性的外化特征,探索实用的自适应分组策略;4)通过子种群进化过程体现的统计特性,研究不同搜索区域的适应值景观特征,确定变量可信域,进而设计计算资源的自适应分配策略,以实现算法整体性能优化。.项目将智能算法与机器学习理论深度融合,顺应了演化算法理论与应用的新发展,满足了大规模复杂问题分析和求解的新需求。

结项摘要

协同演化算法的成功应用推动了现代科技的发展,而日趋大规模化、复杂化的科学问题也对演化算法提出了更高的要求。统计与推理能力是提升演化算法在大规模优化问题中综合性能的主要策略之一。项目按照项目计划书实施,利用统计分析方法对演化算法的搜索行为进行分析,进而研究问题适应值景观特征。通过统计结果赋予演化算法一定的推理能力,实现其在大规模函数优化问题中的自适应控制及计算资源的自适应分配。具体研究成果包括:1) 基于搜索空间离散化的种群行为统计方法。该成果以搜索空间离散化为基础,对种群的历史搜索行为进行统计。根据统计结果对搜索空间进行收缩处理,提升搜索精度。同时,帮助种群有目的地跳出局部最优和探测。2) 基于多角色行为的适应值景观分析方法。利用动态多种群机制实现个体的多角色自适应调节,进而分析不同进化阶段角色所处适应值景观的特征。根据不同适应值景观的特征,赋予不同角色个体差异化搜索策略行为,实现全局搜索能力与局部搜索能力间的互补与协同。3) 演化算法自适应控制策略。将人类多层次学习过程、生物体遗忘机制与演化算法相结合,将演化算法的进化过程从单一层次扩展至两层次,即个体层与变量层,同时根据大规模问题搜索空间适应值景观特征的不同,实现个体遗忘能力的自适应控制,进而实现个体的差异化搜索行为,进而提升算法的综合性能。4) 计算资源自适应分配。项目组将多种群机制、多角色策略应用于演化算法,以适应值景观作为参考,指导种群间个体的迁移操作,实现子种群间的协作与计算资源的合理分配。5) 多评价机制。传统演化算法中一般是将个体对应的问题函数值作为评价指标,即适应值,因而种群的整个进化过程是在这种基于适应值的评价机制下驱动进行的。项目组将基于新颖性的评价机制引入到演化算法中。在不同进化阶段,根据搜索任务的不同,自适应调节两类驱动力的权重,通过新颖性和适应值两类评价机制实现两类驱动力的融合,达到增强算法普适性的目的。

项目成果

期刊论文数量(20)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
A Fast Semi-Supervised Clustering Framework for Large-Scale Time Series Data
大规模时间序列数据的快速半监督聚类框架
  • DOI:
    10.1109/tsmc.2019.2931731
  • 发表时间:
    2021-07-01
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON SYSTEMS MAN CYBERNETICS-SYSTEMS
  • 影响因子:
    8.7
  • 作者:
    He, Guoliang;Pan, Yanzhou;Xiong, Neal N.
  • 通讯作者:
    Xiong, Neal N.
一种基于自适应模糊支配的高维多目标粒子群算法
  • DOI:
    10.16383/j.aas.2018.c170573
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    自动化学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    余伟伟;谢承旺;闭应洲;夏学文;李雄;任柯燕;赵怀瑞;王少锋
  • 通讯作者:
    王少锋
具有双重稀疏机制的在线学习算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    电子学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    魏波;吴瑞峰;张文生;吕敬钦;王莹莹;夏学文
  • 通讯作者:
    夏学文
A sophisticated PSO based on multi-level adaptation and purposeful detection
基于多级自适应和有目的检测的复杂 PSO
  • DOI:
    10.1007/s00500-017-2514-x
  • 发表时间:
    2017-02
  • 期刊:
    Soft Computing
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Xia Xuewen;Wang Bojian;Xie Chengwang;Hu Zhongbo;Wei Bo;Jin Chang
  • 通讯作者:
    Jin Chang
一种增强型多目标烟花爆炸优化算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    电子学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    谢承旺;许雷;汪慎文;肖驰;夏学文
  • 通讯作者:
    夏学文

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其他文献

一种选择特征的稀疏在线学习算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    山东大学学报(工学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    魏波;张文生;李元香;夏学文;吕敬钦
  • 通讯作者:
    吕敬钦
面向标签传播算法的社团检测研究现状及展望
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    小型微型计算机系统
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张应龙;夏学文;徐星;喻飞;吴泓润;余鹰
  • 通讯作者:
    余鹰
基于多尺度选择性学习和探测-收缩机制的PSO算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    电子学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    夏学文;桂凌;戴志锋;谢承旺;魏波
  • 通讯作者:
    魏波
基于演化硬件的在线自适应系统
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    计算机科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李元香;曾辉;朱继祥;夏学文
  • 通讯作者:
    夏学文
应用档案精英学习和反向学习的多目标进化算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    计算机学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    谢承旺;王志杰;夏学文
  • 通讯作者:
    夏学文

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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