多目標優化之帕累託最優

2021-10-22 21:30:07 字數 1869 閱讀 9832

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些人的境況。

多目標優化:此類問題很常見比如在購買汽車時降低成本,同時使舒適性最大化;在使車輛的燃料消耗和汙染物排放最小化的同時將效能最大化,同時他還有一些條件約束。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

多目標優化問題數學模型一般可以寫成如下形式

v-min f(x)=[f_(x),f_(x),...,f_(x)]^ & \\ s.t. x\in x & \\ x \subset r^ \end \right.

⎩⎪⎨⎪⎧​

v−mi

nf(x

)=[f

1​(x

),f2

​(x)

,...

,fn​

(x)]

ts.t

.x∈x

x⊂rm

​​f 1(

x),f

2(x)

,...

,fn(

x)f_(x),f_(x),...,f_(x)

f1​(x)

,f2​

(x),

...,

fn​(

x)表示n個目標函式,目標是都使之達到最小,x⊂r

mx \subset r^

x⊂rm

是其變數的約束集合,可以理解為變數的取值範圍.

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

2.解a無差別於解b

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。(a,b兩點嚴格意義上是非支配關係)

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。如有乙個x使兩個目標函式同時達到最小,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,由此提出了帕累託最優解。

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。因此對於多目標優化問題而言,帕累託最優解只是問題的乙個可接受解,一般都存在多個帕累託最優解,這個時候就需要人們自己決策了。

5.帕累託最優前沿

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,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。

直接上圖,淺顯易懂,對於乙個變數,兩個目標函式:

1.帕累託最優-----維基百科

2.多目標優化之帕累託最優------黃含馳文章

3.多目標規劃問題的絕對最優解、有效解(帕累託最優解)和弱有效解(弱帕累託最優解)

4.多目標優化簡述-------c_meng github文章

多目標優化演算法 多目標優化之帕累託最優

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...

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...

基於帕累託最優的多目標SNP選擇

引用 latex article normal ergun gumus,zeliha gormez,olcay kursun,multi objective snp selection using pareto optimality,computational biology and chemist...