×

多目标进化算法的新停止准则:在水文模型校准中的应用。 (英语) Zbl 1425.86005号

摘要:多目标遗传算法已成功应用于各种问题。尽管被广泛使用,但很少有理论指导方针来确定何时停止搜索。许多用户通常使用诸如在上一代中没有显著改进或达到一定数量代时停止的规则。在本文中,我们提出了一种新的停止准则方法,并使用三种广泛使用的进化算法评估了其在水文模型校准中的性能。停止标准基于在Pareto Front中实现确定数量的非支配解所需的最小代数。使用遗传算法NSGA-II、NSGA-III和SPEA-II以及两个目标函数,在集总水文模型IPH-II校准中测试了新的停止准则。世代距离、间距和最大扩展度量用于评估所提出的停止标准在与标准标准进行比较。结果表明,在校准和验证期间,与建议的停止标准相关的拟合优度没有显著损失。在比较标准和建议的停止标准时,性能指标显示出类似的值。然而,当使用所提出的停止准则时,完成优化过程的平均计算时间减少了38.2%。因此,可以得出结论,新的停止准则在不影响解集准确性的情况下减少了迭代工作量。

MSC公司:

86A05型 水文学、水文学、海洋学
90C29型 多目标规划
90 C59 数学规划中的近似方法和启发式
90 C90 数学规划的应用

软件:

SPEA2公司
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Aytug,H。;Koehler,GJ,有限长遗传算法的停止准则,ORSA J.Compute。,8, 183-191 (1996) ·Zbl 0864.68091号 ·doi:10.1287/ijoc.8.2.183
[2] Aytug,H。;Koehler,GJ,遗传算法的新停止准则,Eur.J.Oper。决议,126662-674(2000)·Zbl 0982.90067号 ·doi:10.1016/S0377-2217(99)00321-5
[3] 贝克勒,EG;Nicklow,JW,使用NSGA-II对SWAT进行多目标自动校准,J.Hydrol。,341, 165-176 (2007) ·doi:10.1016/j.jhydrol.2007.05.014
[4] Bravo,J.M.,Allasia,D.,Collischon,W.,Tassi,R.,Meller,A.,Tucci,C.E.M.:Avaliaçao visual E numérica da calibraçáo do modelo hidrológico IPH II comfins educacionais。收录于:XVII Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos,2007年,圣保罗。Anais do XVII Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos公司。阿雷格里港:Associação Brasileira de Recursos Hídricos,诉1(2007)
[5] 丘格,T。;信德省。;哈卡宁,J。;Miettinen,K.,《关于使用进化算法处理计算成本高昂的多目标优化问题的调查》,《软件》。计算。,23, 3137-3166 (2019) ·doi:10.1007/s00500-017-2965-0
[6] Coello,C.A.C.,Lamont,G.B.,Van Veldhuizen,D.A.:解决多目标问题的进化算法。施普林格,纽约(2007)·Zbl 1142.90029号
[7] Deb,K。;普拉塔普,A。;阿加瓦尔,S。;Meyarivan,TAMT,一种快速且精英的多目标遗传算法:NSGA-II,IEEE Trans。进化。计算。,6, 182-197 (2002) ·数字对象标识代码:10.1109/4235.996017
[8] Deb,K。;Jain,H.,使用基于参考点的非支配排序方法的进化多目标优化算法,第一部分:用方框约束解决问题,IEEE Trans。进化。计算。,18, 602-622 (2014) ·doi:10.1109/TEVC.2013.281534
[9] Ercan,MB;Goodall,JL,使用NSGA-II和SWAT进行多目标模型校准的通用软件库的设计和实现,Environ。模型。软质。,84, 112-120 (2016) ·doi:10.1016/j.envsoft.2016.06.017
[10] Fernández,F.V.,Esteban-Muller,J.,Roca,E.,Castro-López,R.:集成电感多目标性能优化进化算法中的停止准则。摘自:IEEE进化计算大会。第1-8页。(2010)
[11] 加西亚,F。;Folton,N。;Oudin,L.,为低流量指数模拟校准降雨径流模型的目标函数是什么?,水文学。科学。J.,62,1149-1166(2017)·doi:10.1080/02626667.2017.1308511
[12] Germano,A。;Tucci,CEM;西尔维拉,ALL d.,Estimativa dos par–metros do Modelo IPH II para algumas bacias urbanas brasileiras,Rev.Bras。重复。隐藏。,3, 103-120 (1998)
[13] 郭杰。;周,J。;邹强。;刘,Y。;Song,L.,一种新的多目标混合复杂差分进化算法,应用于水文模型参数优化,Water Resour。管理。,27, 2923-2946 (2013) ·doi:10.1007/s11269-013-0324-1
[14] 郭杰。;周,J。;卢,J。;邹强。;张,H。;Bi,S.,流量预测经验水文模型的多目标优化,J.Hydrol。,511, 242-253 (2014) ·doi:10.1016/j.jhydrol.2014.01.047
[15] Ishibuchi,H。;Masuda,H。;谷垣祯一,Y。;Nojima,Y.,为许多目标优化问题指定参考点以计算反向世代距离的困难,170-177(2014)
[16] 克劳斯,P。;波义耳,DP;Bäse,F.,《水文模型评估不同效率标准的比较》,《高级地质科学》。,5, 89-97 (2005) ·doi:10.5194/每日5-89-2005
[17] Legates,DR;GJ McCabe,《在水文和水文气候模型验证中评估“质量”措施的使用》,《水资源》。决议,35,233-241(1999)·doi:10.1029/1998WR900018
[18] 李,Z。;Harman,M。;层次结构,RM,回归测试用例优先级的搜索算法,IEEE Trans。柔和。工程,33,225-237(2007)·doi:10.1109/TSE.2007.38
[19] 林,F。;陈,X。;Yao,H.,《评估纳什-苏特克利夫效率系数在使用SWAT进行日径流模拟的良好性措施中的使用》,J.Hydrol。工程师,22,05017023(2017)·doi:10.1061/(ASCE)HE.1943-5584.001580
[20] Madsen,H.,使用多目标自动校准概念降雨径流模型,J.Hydrol。,235, 276-288 (2000) ·doi:10.1016/S0022-1694(00)00279-1
[21] 马蒂,L。;加西亚,J。;Berlanga,A.公司。;Molina,JM,多目标优化进化算法的停止准则,信息科学。,367, 700-718 (2016) ·Zbl 1428.90184号 ·doi:10.1016/j.ins.2016.07.025
[22] Martinek,P.,Marík,J.:使用DE算法优化模拟电路设计。2005年IMAPS CS国际会议记录。第385-389页(2005)
[23] 莫里亚西,DN;阿诺德,JG;Liew,兆瓦;宾格,RL;Harmel,RD;Veith,TL,流域模拟准确度系统量化模型评估指南,Trans。ASABE,50885-900(2007)·doi:10.13031/2013.23153
[24] Mostafaie,A.、Forootan,E.、Safari,A.、Schumacher,M.:比较多目标优化技术,以使用现场径流和每日GRACE数据校准概念水文模型。计算。地质科学。1-26 (2017) ·兹比尔1405.86012
[25] 穆萨(R.Moussa)。;Chahinian,N.,使用洪水事件的概念性降雨径流模型比较不同的多目标校准标准,Hydrol。地球系统。科学。,13, 519-535 (2008) ·doi:10.5194/hess-13-519-2009年
[26] Nazemi,Alireza,Yao,Xin,Chan,Andrew H.:使用NSGA-II和SCEM为水文模型提取一组鲁棒的Pareto最优参数。2006年IEEE进化计算国际会议。1901-1908 (2006)
[27] 彭,T。;周,J。;张,C。;Sun,N.,正交Cashaotic NSGA-II建模和组合应用,以及改进的TOPSIS,以优化概念水文模型Water Resour。管理。,32, 3781-3799 (2018) ·doi:10.1007/s11269-018-2019-0
[28] 拉梅什,S。;坎南,S。;Baskar,S.,修正NSGA-II算法在多目标无功规划中的应用,应用。软计算。,12, 741-753 (2012) ·doi:10.1016/j.asoc.2011.09.015
[29] Rangaiah,GP;夏尔马,S。;Lin,HW,复杂化工过程多目标优化进化算法中两个终止准则的评估,化学。工程研究设计。,124, 58-65 (2017) ·doi:10.1016/j.cherd.2017.05.030
[30] 普什巴拉哈,R。;佩林,C。;莫恩,N。;Andréassian,V.,适用于评估低流量模拟的效率标准综述,J.Hydrol。,420, 171-182 (2012) ·doi:10.1016/j.jhydrol.2011.11.055
[31] 雷诺数,JE;Halldin,S。;徐,CY;塞伯特,J。;Kauffeldt,A.,《使用基于日时间分辨率数据校准的参数进行次日径流预测》,J.Hydrol。,550, 399-411 (2017) ·doi:10.1016/j.jhydrol.2017.05.012
[32] Rudenko,O.,Schoenauer,M.:基于Pareto的进化算法的稳定性能停止准则。在第六届国际多目标规划和目标规划会议上。(2004)
[33] Savic,D.:综合决策支持的单目标与多目标优化。国际环境建模和软件大会。(2002)
[34] 沙菲,M。;Smedt,F.,使用遗传算法对分布式水文模型(WetSpa)进行多目标校准,Hydrol。地球系统。科学。,13, 2137-2149 (2009) ·doi:10.5194/小时-13-2137-2009
[35] Srinivas,N。;Deb,K.,《在遗传算法中使用非支配排序的多目标优化》,J.Evol。计算。,2, 221-248 (1995) ·doi:10.1162/evco.1994.2.3.221
[36] Tucci,C.E.M.,Clarke,R.T.:采用概念降雨径流模型进行适应性预测。摘自:牛津大学IAHS研讨会水文预测会议记录。129, 425-454 (1980)
[37] 杨,J。;卡斯泰利,F。;Chen,Y.,分布式水文模型的多目标敏感性分析和优化,MOBIDIC,Hydrol。地球系统。科学。,14101-4112(2014年)·doi:10.5194/hess-18-4101-2014年
[38] 雅浦,PO;古普塔,高压;Sorooshian,S.,水文模型的多目标全局优化,J.Hydrol。,204, 83-97 (1998) ·doi:10.1016/S0022-1694(97)00107-8
[39] 齐林斯基,K。;劳尔·R。;Chakraborty,UK(ed.),约束单目标优化中微分进化的停止准则,111-138(2008),柏林,海德堡·doi:10.1007/978-3-540-68830-34
[40] Zitzler,E。;Thiele,L.,《多目标进化算法:比较案例研究和强度帕累托方法》,IEEE Trans。进化。计算。,3, 257-270 (1999) ·doi:10.1109/4235.797969
[41] Zitzler,E.,Laumanns,M.,Thiele,L.:SPEA2:改进强度帕累托进化算法。TIK报告。103 (2001)
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。