Dual-Surrogate-Assisted Cooperative Particle Swarm Optimization for Expensive Multimodal Problems

粒子群优化 计算机科学 进化算法 数学优化 多群优化 人工智能 多目标优化 最优化问题 替代模型 聚类分析 机器学习 水准点(测量) 算法 数学 大地测量学 地理
作者
Xinfang Ji,Zhang Yon,Dunwei Gong,Xiaoyan Sun
出处
期刊:IEEE Transactions on Evolutionary Computation [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:25 (4): 794-808 被引量:123
标识
DOI:10.1109/tevc.2021.3064835
摘要

Various real-world applications can be classified as expensive multimodal optimization problems. When surrogate-assisted evolutionary algorithms (SAEAs) are employed to tackle these problems, they not only face a contradiction between the precision of surrogate models and the cost of individual evaluations but also have the difficulty that surrogate models and problem modalities are hard to match. To address this issue, this article studies a dual-surrogate-assisted cooperative particle swarm optimization algorithm to seek multiple optimal solutions. A dual-population cooperative particle swarm optimizer is first developed to simultaneously explore/exploit multiple modalities. Following that, a modal-guided dual-layer cooperative surrogate model, which contains one upper global surrogate model and a group of lower local surrogate models, is constructed with the purpose of reducing the individual evaluation cost. Moreover, a hybrid strategy based on clustering and peak-valley is proposed to detect new modalities. Compared with five existing SAEAs and seven multimodal evolutionary algorithms, the proposed algorithm can simultaneously obtain multiple highly competitive optimal solutions at a low computational cost according to the experimental results of testing both 11 benchmark instances and the building energy conservation problem.

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