pareto最優解(多目標智能算法要用到)


自己的方向是電力系統多目標優化,其中就要用到pareto最優解,多目標求解就會篩選出一個相對較優的解的集合,在這個集合里就要用到pareto找出相對優的解或者最優解。

多目標優化問題的數學模型一般可以寫成如下形式

 

 [公式]表示n個目標函數,目標是都使之達到最小, [公式] 是其變量的約束集合,可以理解為變量的取值范圍,下面介紹具體的解之間的支配,占優關系。

1:解A優於解B(解A強帕累托支配解B)

假設現在有兩個目標函數,解A對應的目標函數值都比解B對應的目標函數值好,則稱解A比解B優越,也可以叫做解A強帕累托支配解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,橫縱坐標表示兩個目標函數值,E點表示的解所對應的兩個目標函數值都小於C,D兩個點表示的解所對應的兩個目標函數值,所以解E優於解C,D.

2:解A無差別於解B(解A能帕累托支配解B)

同樣假設兩個目標函數,解A對應的一個目標函數值優於解B對應的一個目標函數值,但是解A對應的另一個目標函數值要差於解B對應的一個目標函數值,則稱解A無差別於解B,也叫作解A能帕累托支配解B,舉個例子,還是上面的圖,點C和點D就是這種情況,C點在第一個目標函數的值比D小,在第二個函數的值比D大。

3:最優解

假設在設計空間中,解A對應的目標函數值優越其他任何解,則稱解A為最優解,舉個例子,下圖的 [公式] 就是兩個目標函數的最優解,使兩個目標函數同時達到最小,但是前面也說過,實際生活中這種解是不可能存在的。真要存在就好了,由此提出了帕累托最優解

4:帕累托最優解

同樣假設兩個目標函數,對於解A而言,在 變量空間 中找不到其他的解能夠優於解A(注意這里的優於一定要兩個目標函數值都優於A對應的函數值),那么解A就是帕累托最優解,舉個例子,下圖中應該找不到比 [公式] 對應的目標函數都小的解了吧,即找不到一個解優於 [公式] 了,同理也找不到比 [公式] 更優的解了,所以這兩個解都是帕累托最優解,實際上, [公式] 這個范圍的解都是帕累托最優解,不信自己慢慢想。因此對於多目標優化問題而言,帕累托最優解只是問題的一個可接受解,一般都存在多個帕累托最優解,這個時候就需要人們自己決策了。

5:帕累托最優前沿

還是看 剛才 那張圖 ,如下圖所示,更好的理解一下帕累托最優解,實心點表示的解都是帕累托最優解,所有的帕累托最優解構成帕累托最優解集,這些解經目標函數映射構成了該問題的Pareto最優前沿或Pareto前沿面,說人話,即帕累托最優解對應的目標函數值就是帕累托最優前沿。

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最優前沿通常是一個超曲面。

 


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