模式识别与人工智能
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模式识别与人工智能  2023, Vol. 36 Issue (10): 918-930    DOI: 10.16451/j.cnki.issn1003-6059.202310005
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连续型进化算法首达时间分析的更新理论模型
周珍胜1,2, 王林2, 冯夫健1,2, 谭棉1,2, 何兴2, 张再军3
1.贵州民族大学 数据科学与信息工程学院 贵阳 550025;
2.贵州民族大学 贵州省模式识别与智能系统重点实验室 贵阳 550025;
3.黔南民族师范学院 数学与统计学院 都匀 558000
Renewal Theory Model of First Hitting Time Analysis for Continuous Evolutionary Algorithms
ZHOU Zhensheng1,2, WANG Lin2, FENG Fujian1,2, TAN Mian1,2, HE Xing2, ZHANG Zaijun3
1. School of Data Sciences and Information Engineering, Guizhou Minzu University, Guiyang 550025;
2. Key Laboratory of Pattern Recognition and Intelligent Systems of Guizhou Province, Guizhou Minzu University, Guiyang 550025;
3. School of Mathematics and Statistics, Qiannan Normal University for Nationalities, Duyun 558000

全文: PDF (845 KB)   HTML (1 KB) 
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摘要 连续型进化算法首达时间上界研究中需要较强的前提假设且较少关注其下界.文中引入鞅论和更新过程,结合瓦尔德不等式以及更新定理,提出基于增长率的更新理论模型,用于估计进化策略(Evolution Strategies, ES)平均首达时间的上界和下界.更新理论模型依赖算法的初始种群以及增长率概率密度函数,这为进化策略的首达时间分析提供估计优势.为了验证文中更新理论模型,首先计算带均匀变异(1,λ)ES在二维倾斜平面问题上的平均首达时间,得到(1,λ)ES种群规模与时间上下界之间的关系闭合表达式,并且验证平均首达时间与种群规模之间并非负相关.再计算带均匀变异(1,λ)ES在五维超平面问题上的平均首达时间,得到理论计算的上下界闭合表达式.数值实验表明,理论计算的上界和下界与实际运行平均首达时间一致,这为分析进化策略的首达时间提供一种理论工具.
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作者相关文章
周珍胜
王林
冯夫健
谭棉
何兴
张再军
关键词 连续型进化算法瓦尔德不等式更新理论模型首达时间种群规模    
Abstract:In the research on upper bound of the first hitting time for continuous evolutionary algorithms,strong assumptions are required and less attention is given to its lower bound . In this paper, martingale theory and renewal process are introduced and combined with Wald's inequality and renewal theorem. A renewal theory model based on progress rate is proposed to estimate the upper and lower bounds of the expected first hitting time of evolution strategies. The renewal theory model relies on the initial population and the probability density function of the progress rate, providing an estimation advantage for the analysis of the first hitting time of evolutionary strategies. To verify the validity of the proposed renewal theory model, experiments are conducted to estimate the expected first hitting time. Firstly, the expected first hitting time of (1,λ)evolution strategies with uniform mutation on a two-dimensional inclined plane problem is calculated. The closed-form expression for the relationship between(1,λ)evolution strategies population size and the time upper and lower bounds is obtained. It is proved that the expected first hitting time is not negatively correlated with the population size. Next, the expected first hitting time of evolution strategies with uniform mutation on a five-dimensional hyperplane problem is calculated, and the closed-form expression for theoretical upper and lower bounds is derived. Numerical experiments show that the theoretically calculated upper and lower bounds are consistent with the actual expected first hitting time, which provides a theoretical tool for analyzing the first hitting time of evolution strategies.
Key wordsContinuous Evolutionary Algorithm    Wald's Inequality    Renewal Theory Model    First Hitting Time    Population Size   
收稿日期: 2023-08-21     
ZTFLH: TP18  
基金资助:国家自然科学基金项目(No.62241206)、贵州省科技计划项目(No.黔科合基础-ZK[2022]一般195,黔科合基础-ZK[2023]一般143,黔科合基础-ZK[2022]一般550)、贵州省教育厅自然科学研究项目(No.黔教技[2023]061号,黔教技[2023]012号,黔教技[2022]015号)、贵州省模式识别与智能系统重点实验室开放课题(No.GZMUKL[2022]KF01,GZMUKL[2022]KF05)资助
通讯作者: 王 林,博士,教授,主要研究方向为计算机图像处理、模式识别、智能控制.E-mail:wanglin@gzmu.edu.cn.   
作者简介: 周珍胜,硕士研究生,主要研究方向为演化计算理论分析.E-mail:1345323920@qq.com.冯夫健,博士,教授,主要研究方向为智能计算、微计算.E-mail:fujian_feng@gzmu. edu.cn.谭 棉,硕士,副教授,主要研究方向为进化计算理论分析、智能计算.E-mail:tanmian@gzmu.edu.cn.何 兴,博士研究生,主要研究方向为智能计算、机器学习.E-mail:gs.hex20@gzu.edu.cn.张再军,博士,副教授,主要研究方向为算法设计与分析、深度学习.E-mail:zzj@sgmtu.edu.cn.
引用本文:   
周珍胜, 王林, 冯夫健, 谭棉, 何兴, 张再军. 连续型进化算法首达时间分析的更新理论模型[J]. 模式识别与人工智能, 2023, 36(10): 918-930. ZHOU Zhensheng, WANG Lin, FENG Fujian, TAN Mian, HE Xing, ZHANG Zaijun. Renewal Theory Model of First Hitting Time Analysis for Continuous Evolutionary Algorithms. Pattern Recognition and Artificial Intelligence, 2023, 36(10): 918-930.
链接本文:  
http://manu46.magtech.com.cn/Jweb_prai/CN/10.16451/j.cnki.issn1003-6059.202310005      或     http://manu46.magtech.com.cn/Jweb_prai/CN/Y2023/V36/I10/918
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