数据驱动的高维复杂进化优化方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61876123
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0608.智能系统与人工智能安全
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The computationally cheap surrogate models, which are trained using the historical data that have been evaluated using the computationally expensive exact objective function, are paid more and more attentions in recent years for assisting evolutionary optimization algorithms to solve computationally expensive complex problems, and have been applied in different fields, such as aerodynamic optimization design, structural optimization design, et al.. However, when the dimension of the optimization problems increases, more training data or labeled data that evaluated using the real time-consuming objective function are required, which put great difficulties to train a correct surrogate model because of the lack of labeled data as it requires more time to obtain a labeled data when the optimization problem becomes more complex. In this project, based on the previous research achievements, we first propose to study on the strategy of adaptive feature selection by analyzing the expected contributions of the surrogate model in the algorithm, and correspondingly implement the dynamic decomposition on the high dimensional problems so as to improve the efficiency of training a model. Then, new strategies for adaptive selecting unlabeled data to assist training the surrogate models after dimension reduction will be studied. Third, multi-tasking optimization methods will be adopted for simultaneously optimizing lower-dimensional simple problems or lower-dimensional models and the original high-dimensional complex problem, and corresponding implement the transfer optimization based on simple problems or surrogate models. Finally, all achievements will be applied in the optimization of storage density of dielectric glass-ceramic composite. The achievements of the proposed project is expected to significantly enlarge the applicability range of evolutionary optimization algorithms, which is of very high practical values.
近几年,基于历史数据建立计算廉价的代理模型以辅助进化优化算法求解计算费时的复杂优化问题受到了越来越多的关注,在气动优化、结构优化等方面获得了较多的应用。然而,当优化问题的维度进一步提高,训练模型需要的训练样本增多且对样本的一次标注耗时增加,导致获得标注样本困难,从而建立的模型准确度降低。为此,本项目针对计算费时的高维复杂优化优化问题,在以往研究的基础上,首先基于模型所需发挥作用研究自适应的特征选择策略,实现对高维问题的动态分解,以提高模型的训练效率。其次,基于降维后模型的用途引入无标注样本的自适应选择策略,以提高模型的范化能力。第三,利用多任务优化学习方法,将低维简单问题或低维模型和原高维复杂问题同时优化,实现基于简单问题或代理模型的迁移优化。最后,将研究成果应用于玻璃陶瓷介电材料储能密度的优化设计中。本课题的研究成果将进一步扩大进化优化算法的求解范围,具有重要的实际应用价值。

结项摘要

近年来,数据驱动的进化优化算法在求解评价昂贵的黑盒问题方面获得了越来越多的关注。然而,随着优化问题决策变量的增多,一方面,搜索空间增大,增加了找到最优解的难度,另一方面,训练模型所需的样本数增多,而对于昂贵问题来说很难获得较多的评价数据;另外,随着优化问题目标空间维度的增大,估值的不确定度随之累加,迫切需要合适的模型管理策略。本项目针对大规模优化问题、高维昂贵优化问题、多目标/高维多目标优化问题等问题展开研究。针对大规模单目标计算廉价问题和大规模多目标计算廉价问题,分别提出了新的种群更新策略和方向采样策略。针对大规模单目标计算昂贵问题,基于随机特征选择策略和随机分组策略实现对大规模问题的降维,通过对代理模型辅助的低维子问题优化实现对大规模问题的求解。针对高维昂贵优化算法,提出了不同的模型集成策略、基于不确定度以及多目标选择策略的填充采样方法、无标记个体的选用策略以及多任务优化策略。基于多理想点引导和问题转化策略,提出了不同的高维多目标优化算法。针对昂贵多目标优化问题,分别采用对目标函数建模和对性能指标建模来引导优化搜索。此外,通过实验分析对比了贝叶斯优化方法和代理模型辅助的进化多目标优化方法的性能。该项目的研究不仅为高维复杂工程问题的优化设计提供了新的有效方法,而且可进一步为实际复杂工程问题的优化设计提供技术和理论依据。该项目所取得的成果已发表在《IEEE Transactions on Evolutionary Computation》、《Information Sciences》、《Knowledge-based Systems》等该领域知名期刊以及PPSN、CEC、SSCI等知名国际会议上,发表与录用30篇、在审4篇,在写专著一部。

项目成果

期刊论文数量(27)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(3)
专利数量(0)
Multiobjective Infill Criterion Driven Gaussian Process-Assisted Particle Swarm Optimization of High-Dimensional Expensive Problems
高维昂贵问题的多目标填充准则驱动的高斯过程辅助粒子群优化
  • DOI:
    10.1109/tevc.2018.2869247
  • 发表时间:
    2019-06-01
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON EVOLUTIONARY COMPUTATION
  • 影响因子:
    14.3
  • 作者:
    Tian, Jie;Tan, Ying;Jin, Yaochu
  • 通讯作者:
    Jin, Yaochu
Non-dominated sorting on performance indicators for evolutionary many-objective optimization
用于进化多目标优化的性能指标的非支配排序
  • DOI:
    10.1016/j.ins.2020.11.008
  • 发表时间:
    2021-04
  • 期刊:
    Information Sciences
  • 影响因子:
    8.1
  • 作者:
    Hao Wang;Chaoli Sun;Guochen Zhang;Jonathan E. Fieldsend;Yaochu Jin
  • 通讯作者:
    Yaochu Jin
全局/局部模型交替优化辅助的差分进化算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    计算机工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    于成龙;付国霞;孙超利;张国晨
  • 通讯作者:
    张国晨
Multiple-strategy learning particle swarm optimization for large-scale optimization problems
大规模优化问题的多策略学习粒子群优化
  • DOI:
    10.1007/s40747-020-00148-1
  • 发表时间:
    2020-05
  • 期刊:
    COMPLEX & INTELLIGENT SYSTEMS
  • 影响因子:
    5.8
  • 作者:
    Wang Hao;Liang Mengnan;Sun Chaoli;Zhang Guochen;Xie Liping
  • 通讯作者:
    Xie Liping
A modified particle swarm optimization based on decomposition with different ideal points for many-objective optimization problems
多目标优化问题的基于不同理想点分解的改进粒子群优化
  • DOI:
    10.1007/s40747-020-00134-7
  • 发表时间:
    2020-07-01
  • 期刊:
    COMPLEX & INTELLIGENT SYSTEMS
  • 影响因子:
    5.8
  • 作者:
    Qin, Shufen;Sun, Chaoli;Tan, Ying
  • 通讯作者:
    Tan, Ying

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其他文献

基于分布式框架的并行PSO算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中北大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    桑渊博;曾建潮;谭瑛;孙超利
  • 通讯作者:
    孙超利
Optimized phase-space reconstruction for accurate musical-instrument signal classification
优化相空间重建以实现准确的乐器信号分类
  • DOI:
    10.1007/s11042-016-4021-y
  • 发表时间:
    2016-10
  • 期刊:
    Multimed Tools Applications
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郭一娜;刘其嘉;王安红;孙超利;田文艳
  • 通讯作者:
    田文艳
一种混合拟态物理学优化算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    太原科技大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    夏季;谢丽萍;孙超利
  • 通讯作者:
    孙超利
微粒群进化估值策略在多目标优化中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    太原科技大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘彤;孙超利;曾建潮
  • 通讯作者:
    曾建潮
基于多点加点准则的代理模型辅助社会学习微粒群算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    控制与决策
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    田杰;孙超利;谭瑛;曾建潮
  • 通讯作者:
    曾建潮

其他文献

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AI项目思路

AI技术路线图

孙超利的其他基金

数据驱动的进化算法在昂贵大规模多目标优化问题中的应用研究
  • 批准号:
    62372319
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    51 万元
  • 项目类别:
    面上项目
结合先进机器学习方法的代理模型进化算法研究
  • 批准号:
    61403272
  • 批准年份:
    2014
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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相似海外基金

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AI项目解读示例

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

        graph TD
          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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