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通过理论保证的多目标进化算法实现结果多样化。 (英语) Zbl 1496.68306号

小结:给定一组基本项目,结果多样化问题旨在选择一个具有高“质量”和“多样性”的子集,同时满足一些约束条件。它出现在各种现实世界的人工智能应用中,例如基于web的搜索、文档摘要和特征选择,也在其他领域中应用,例如计算几何、数据库、金融和运筹学。以往的算法主要基于贪婪或局部搜索。在本文中,我们建议将结果多样化问题重新定义为一个双目标最大化问题,并使用多目标进化算法(EA),即GSEMO来解决它。我们从理论上证明了GSEMO在静态和动态环境下都能实现(渐近)最优理论保证。对于基数约束,GSEMO可以实现最优多项式时间近似比1/2。对于更一般的拟阵约束,GSEMO可以获得渐近最优的多项式时间近似比,\(1/2-\ε/(4n)\),其中\(\ε>0)和\(n)是基本项集的大小。此外,当目标函数(即质量和多样性的线性组合)动态变化时,GSEMO可以在多项式运行时间内保持此近似比,从而解决A.硼蛋白等[ACM Trans.Algorithms 13,No.3,Article No.41,25 p.(2017;Zbl 1452.68273号)]. 这也首次从理论上证明了进化算法在解决动态优化问题上优于局部搜索,并揭示了进化算法变异算子对动态变化的鲁棒性。在基于web的搜索、多标签特征选择和文档摘要应用中的实验表明,在静态和动态环境下,GSEMO的性能优于最新的算法(即贪婪算法和局部搜索)。

MSC公司:

68T20型 人工智能背景下的问题解决(启发式、搜索策略等)
68瓦50 进化算法、遗传算法(计算方面)
90 C59 数学规划中的近似方法和启发式

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