基于鲁棒能力的体系多目标组合优化
基于多目标优化问题的数学模型探讨
基于多目标优化问题的数学模型探讨【摘要】本文讨论了基于多目标优化问题的数学模型,首先介绍了多目标优化问题的基本概念和特点,然后探讨了常见的多目标优化算法,包括遗传算法、粒子群优化等。
接着分析了多目标优化在实际应用中的挑战,以及如何利用数学建模方法解决这些挑战。
最后讨论了评价多目标优化算法的指标,包括收敛性、多样性等方面。
通过对这些内容的探讨,希望读者能更深入理解多目标优化问题,并为实际问题的解决提供参考。
的研究对于优化算法在实际应用中的性能提升具有积极的指导意义。
【关键词】多目标优化问题,数学模型,探讨,算法,实际应用,挑战,建模方法,评价指标。
1. 引言1.1 基于多目标优化问题的数学模型探讨在现实生活中,我们经常会面临各种多目标优化问题,即需要同时考虑多个目标和多个约束条件的优化问题。
多目标优化问题在工程、经济、管理等领域中都有着广泛的应用。
在工程设计中,我们可能需要同时考虑成本、质量和时间等多个目标;在金融投资中,我们可能需要同时考虑风险、回报和流动性等多个目标。
为了有效解决多目标优化问题,研究人员提出了各种不同的算法和方法。
常见的多目标优化算法包括遗传算法、粒子群算法、模拟退火算法等。
这些算法在不同场景下表现出不同的效果,可以根据具体的问题特点选择合适的算法。
多目标优化问题在实际应用中也面临着种种挑战。
多目标优化问题通常涉及到大量的计算和参数的选择,需要花费大量的时间和精力来调整算法和参数以获得最优解。
为了更好地解决多目标优化问题,在数学建模方法方面也有了不断的探讨和进展。
通过将多目标优化问题转化为数学模型,可以更好地理解问题的本质,从而更有效地解决问题。
评价多目标优化算法的指标也是至关重要的。
常用的指标包括收敛性、多样性、均衡性等。
通过综合考虑这些指标,可以更好地评价和选择合适的算法。
基于多目标优化问题的数学模型探讨是一个具有挑战性和重要性的课题,希望通过本文的探讨可以为相关研究和实践提供一定的参考和启发。
优化计算机视觉系统鲁棒性的分类模型优化技巧
优化计算机视觉系统鲁棒性的分类模型优化技巧在计算机视觉系统中,分类模型是广泛应用的一种技术。
然而,由于图像的复杂性和多样性,分类模型在面对各种干扰和噪音时可能会失去准确性和鲁棒性。
因此,优化计算机视觉系统的分类模型以提高其鲁棒性变得尤为重要。
本文将介绍一些常用的分类模型优化技巧,以帮助改善计算机视觉系统的鲁棒性。
首先,合理选择模型网络的结构是提高分类模型鲁棒性的关键。
传统的卷积神经网络(CNN)经常被用于计算机视觉任务,但其结构可能无法捕捉到所有不同种类图像的关键特征。
因此,研究者们发展了一系列改进的模型网络,如进化的ResNet、DenseNet和EfficientNet等。
这些模型提供了更深的网络结构和更强的特征提取能力,能够更好地适应各种不同的图像类型并提高分类模型的鲁棒性。
其次,数据增强技术是提高分类模型鲁棒性的另一个重要手段。
在训练分类模型时,样本的多样性和数量对于提高模型的泛化能力至关重要。
通过对图像数据进行随机旋转、剪切、缩放和平移等操作,可以增加数据集的多样性。
此外,还可以通过应用噪声、模糊和图像翻转等技术来模拟现实世界中的干扰和噪音,使得模型在面对这些干扰时也能保持较好的分类鲁棒性。
另外,集成学习技术可以显著提高分类模型的鲁棒性。
集成学习通过训练多个独立的分类模型并将它们的预测结果进行集成,能够有效减少模型的过拟合和提高泛化能力。
常用的集成学习技术包括投票集成、平均集成和基于模型权重的集成等。
通过使用集成学习技术,可以减少分类误差和提高系统的鲁棒性。
此外,领域自适应技术也可以应用于优化计算机视觉系统的分类模型。
领域自适应技术旨在解决训练集和测试集之间的领域偏移问题。
在实际应用中,由于训练数据与测试数据存在一定的差异,模型在面对新的数据时可能会失去准确性和鲁棒性。
通过利用源领域数据和目标领域数据之间的关系,可以实现对模型的领域自适应,从而提高分类模型的性能。
最后,模型的正则化技巧也是提高分类模型鲁棒性的重要手段。
多目标优化问题的处理技巧
多目标优化问题的处理技巧摘要:多目标优化问题在实际应用中非常常见,它们涉及到多个目标函数的优化,同时需要考虑各个目标之间的权衡和平衡。
本篇文章将介绍处理多目标优化问题的一些技巧和方法,包括目标权重法、多目标遗传算法、多目标粒子群算法和多目标模拟退火算法等。
这些方法在实践中已被广泛应用,并取得了很好的效果。
1. 引言多目标优化问题是指同时优化多个目标函数的问题。
在实际中,许多决策问题涉及到多个目标,例如工程设计中要兼顾成本和质量、投资决策中要平衡收益和风险等。
处理多目标优化问题需要考虑各个目标之间的权衡和平衡,因此,传统的单目标优化方法无法直接应用于多目标优化问题。
2. 目标权重法目标权重法是处理多目标优化问题的一种常用方法。
它基于目标函数之间的权重关系,通过为每个目标设定权重,将多目标优化问题转化为单目标优化问题。
具体做法是,将多个目标函数线性组合为一个综合目标函数,并通过调整各个目标的权重来寻找一个最优解。
目标权重法的优点是简单易懂,计算效率较高,但在无法明确确定各个目标的权重的情况下,它可能得到的结果并不是最优的。
3. 多目标遗传算法多目标遗传算法是一种基于进化计算的优化方法,它模拟了生物进化的过程。
多目标遗传算法通过使用种群的多个个体来表示可能的解空间,通过遗传算子(交叉、变异等)来产生新的个体,并利用适应度函数来评估个体的优劣。
与传统的遗传算法不同的是,多目标遗传算法的适应度函数不再是单个指标,而是多个目标函数。
多目标遗传算法通过选择操作来筛选出一组最优的解,这组解代表了在多个目标下的最优解集。
它具有较好的搜索性能,能够在较短的时间内找到一系列的近似最优解,并提供给决策者作为选择的依据。
4. 多目标粒子群算法多目标粒子群算法是一种基于群体智能的优化方法,通过模拟鸟群的行为来搜索最优解。
多目标粒子群算法设计了不同粒子之间的协作和交流机制,使得粒子能够在解空间中快速地找到一组近似最优解。
多目标粒子群算法的核心思想是通过引入多个局部最优解来促进全局最优解的搜索。
基于多目标优化的路径规划算法研究与实践
基于多目标优化的路径规划算法研究与实践随着无人系统技术的飞速发展,路径规划作为其重要组成部分之一,具有了越来越重要的意义。
在无人机领域中,路径规划意味着决策制定之前选择出一条适宜的路径,而此种路径尽可能地减少时间、能量、或是财政成本等多种不同指标的影响。
由此促进出了许多多目标优化方法,本文在此基础上展开对基于多目标优化的路径规划算法研究的论述。
一、多目标优化多目标优化指的是含有多个目标函数值的优化问题。
在某些场合,单个目标函数无法完整、准确地反映出决策者的意图,需要引入多个目标函数以全面刻画问题的特征。
多目标优化的目标是得到所有目标函数都达到最优的平衡解,而不是强制性地将这些目标转化成一个单一的目标函数。
二、路径规划问题路径规划问题可以被定义为从一个初始点到一个目标点的最短或最优路径的搜索问题。
一个路径定义为一系列行动,在每个行动中决策者会根据传感器数据或者模型数据作出选择,在下一时刻移动到另一地点。
路径规划问题可以表示为一张图和一个起点、终点,其中图中每个点表示一个可能的行动,每个边表示相邻点之间可行的行动。
三、基于多目标优化的路径规划算法研究1. 多目标遗传算法多目标遗传算法是多目标优化问题求解中的一种方法。
其基本思想是将优化问题转化成一个最大化目标函数的问题,进而采用遗传算法优化方法进行求解。
多目标遗传算法是一个快速的通用方法,但其结果可能会产生有效且局部的偏差。
通过适当的控制参数,可以避免算法过早收敛于某个不完全最优的解。
2. 多目标独立路径启发搜索算法多目标独立路径启发搜索算法首先将路径拆分,再根据每一段路径进行分析与优化。
搜索方法通过一个或多个启发式函数进行引导,它们通常衡量距离或路径拓扑结构。
多个目标函数可用于引导搜索,例如考虑能耗,时间等等。
这种算法能够处理复杂的网络,对复杂问题的处理效果优异。
3. 多目标粒子群算法多目标粒子群算法通过一组粒子(即决策)的演化来求解路径规划问题。
鲁棒优化模型和最优解解法毕业论文
鲁棒优化模型和最优解解法毕业论文1.简介装配线就是包括一系列在车间中进行连续操作的生产系统。
零部件依次向下移动直到完工。
它们通常被使用在高效地生产大量地标准件的工业行业之中。
在这方面,建模和解决生产线平衡问题也鉴于工业对于效率的追求变得日益重要。
生产线平衡处理的是分配作业到工作站来优化一些预定义的目标函数。
那些定义操作顺序的优先关系都是要被考虑的,同时也要对能力或基于成本的目标函数进行优化。
就生产(绍尔4999)产品型号的数量来说,装配线可分为三类:单一模型(SALBP),混合模型(MALBP)和多模式(MMALBP)。
在混合模型线和类似的生产流程中的同一产品的几个版本都需要他们。
凡生产流程有明显不同的生产线都需要计划并被称为多模型生产线。
从整体上对单一模型的装配线来说,对于一种均匀的产品的制造,就会有两个基本能力取向的问题:在给定一个所需的周期时间最小化工作站的数量,所有这是由工作站时间的最大值(SALBP1)中所定义;或在给定的工作站数目下最小化周期时间(SALBP2)。
AVORD版木.结合两种构想和优化工作站的数量和周期时间的效率问题(SALBP 2),也经常被研究。
在现实生活中,装配过程中受到各种不确定性来源的影响,如操作时间的可变性、资源使用或可用性。
这些变化威胁到装配目标和避免它们造成的损失是至关重要的。
在这些资源中,操作时间的变化是重要的,特别是对于包含手动操作的生产线。
在大量变化的情况下,生产管理是昂贵的(生产线停工,工人的再分配,加班、短缺,等等)。
在这方面,本研究着重于预防这些成本的产生。
为此,我们制定了鲁棒SALBP-2。
在这个问题中,工作站被认为是预先确定的数量,因此变化影响生产周期和生产率。
开发一个算法来分配操作工作站,使其有可能在定义的最小周期完成。
因此,即使面对突发事件也能表现良好的更可靠的装配系统将会被设计出来。
我们强调,这项研究既有助于装配线设计的理论也有助于其实践。
数学建模中实际问题的鲁棒性分析与模型优化
数学建模中实际问题的鲁棒性分析与模型优化数学建模是一种将实际问题抽象化为数学模型,并通过数学方法求解的过程。
然而,在实际应用中,数学模型的鲁棒性往往是一个重要的考量因素。
本文将围绕数学建模中实际问题的鲁棒性分析与模型优化展开讨论。
一、实际问题的鲁棒性分析在数学建模中,我们常常需要将实际问题转化为数学模型。
然而,实际问题往往伴随着一些不确定性因素,如参数的不确定性、数据的噪声等。
这些不确定性因素会对模型的输出结果产生一定的影响,因此需要对模型的鲁棒性进行分析。
鲁棒性分析是指在面对不确定性因素时,模型能够保持良好的性能。
一种常用的鲁棒性分析方法是敏感性分析。
敏感性分析可以通过改变模型中的参数或输入数据,观察模型输出结果的变化情况,从而评估模型对不确定性的响应程度。
另外,对于一些具有随机性质的问题,如金融市场的波动性预测、气候变化的模拟等,我们可以采用蒙特卡洛模拟方法进行鲁棒性分析。
蒙特卡洛模拟通过随机生成大量的参数组合或输入数据,运行模型多次,从而得到模型输出结果的分布情况,进而评估模型的鲁棒性。
二、模型优化在实际应用中,我们常常会面临模型的不准确性和不完善性。
这时,我们需要对模型进行优化,以提高其预测或决策的准确性和可靠性。
模型优化可以从多个方面进行,如参数优化、结构优化、数据优化等。
参数优化是指通过调整模型中的参数,使模型与实际问题更好地拟合。
常用的参数优化方法包括遗传算法、粒子群算法等。
结构优化是指通过改变模型的结构,使其更好地适应实际问题。
结构优化可以涉及模型的变量选择、函数形式的选择等。
例如,在回归分析中,我们可以通过选择适当的自变量和函数形式,来提高模型的拟合效果。
数据优化是指通过改进数据的质量和数量,提高模型的性能。
数据优化可以包括数据清洗、数据平滑、数据插值等。
同时,我们还可以通过采集更多的数据、改进数据采集方法等,来提高模型的预测能力。
三、实例分析为了更好地理解鲁棒性分析与模型优化的意义和方法,下面我们以一个实例进行分析。
模型鲁棒性评估与优化
模型鲁棒性评估与优化第一章:引言1.1 研究背景在机器学习和人工智能的发展过程中,模型的鲁棒性评估和优化一直是重要的研究方向。
鲁棒性是指模型对于输入数据中的噪声和干扰具有较好的适应能力,能够在复杂环境中保持较好的性能。
对于现实应用场景中的机器学习模型来说,鲁棒性是非常重要且必要的特征。
1.2 研究目的本文旨在探讨模型鲁棒性评估与优化方法,为提高机器学习模型在实际场景中应用时的稳定性和可靠性提供有益参考。
第二章:模型鲁棒性评估方法2.1 数据集选择选择合适且具有代表性的数据集对于评估模型鲁棒性至关重要。
数据集应包含常见噪声和干扰,并且覆盖多样化场景。
2.2 异常样本检测异常样本检测是一种常用方法来评估模型对于异常输入数据(例如离群点)是否具有较好的鲁棒性。
常用的异常样本检测方法包括基于统计学方法、基于聚类方法和基于深度学习方法等。
2.3 对抗样本攻击对抗样本攻击是一种评估模型鲁棒性的常用方法。
通过对模型输入进行微小的扰动,使得模型输出发生错误。
对抗样本攻击可以帮助我们发现并修复模型中存在的漏洞和薄弱点。
2.4 鲁棒性评估指标鲁棒性评估指标是衡量模型在面对噪声和干扰时表现的好坏。
常用的指标包括准确率、召回率、F1值等。
第三章:模型鲁棒性优化方法3.1 数据增强数据增强是一种通过对原始数据进行变换和扩充,来增加训练数据量和多样性,从而提高模型鲁棒性的方法。
常见的数据增强技术包括旋转、翻转、缩放等。
3.2 集成学习集成学习是一种将多个不同训练结果进行组合来得到更好结果的技术。
通过集成多个具有较高准确率但不同错误类型的模型,可以提高模型的鲁棒性。
3.3 模型正则化模型正则化是一种通过添加正则化项来约束模型参数,从而提高模型泛化能力和鲁棒性的方法。
常用的正则化方法包括L1正则化和L2正则化。
3.4 对抗训练对抗训练是一种通过引入对抗样本来训练模型,从而提高模型对于对抗样本的鲁棒性。
通过与对抗者进行博弈,可以使得模型在面对未知干扰时具有更好的适应能力。
提高机器学习模型鲁棒性的常见方法总结
提高机器学习模型鲁棒性的常见方法总结在机器学习领域,模型的鲁棒性是指模型对于噪声、异常数据以及其他不确定性的抵抗能力。
提高机器学习模型的鲁棒性是一个重要的研究方向,可以帮助模型在真实世界中更好地应对各种挑战。
本文将总结一些常见的方法来提高机器学习模型的鲁棒性。
1. 数据清洗与处理数据的质量对机器学习模型的性能至关重要。
因此,在训练模型之前,必须对数据进行清洗和处理。
首先,需要去除异常值和噪声。
异常值是指与大多数数据明显不同的数据点,噪声是指包含错误或不准确信息的数据。
这可以通过使用统计方法、可视化工具和领域专业知识来识别和处理。
另外,还可以对数据进行标准化、归一化或正则化等预处理操作,以提高模型的鲁棒性。
2. 特征选择与降维在构建机器学习模型时,选择合适的特征对于提高模型的鲁棒性非常重要。
可以使用特征选择技术来筛选最相关的特征,以减少可能的噪声和冗余信息。
常用的特征选择方法包括方差阈值法、互信息法和递归特征消除法等。
此外,降维技术如主成分分析(PCA)和线性判别分析(LDA)也可以用于减少特征空间的维度,从而提高模型的鲁棒性。
3. 模型集成模型集成是通过组合多个分类器或回归器来提高预测性能和鲁棒性的一种方法。
常见的模型集成方法包括投票法、堆叠法和boosting法等。
投票法将多个模型的预测结果进行投票或平均,得到最终的预测结果。
堆叠法通过训练多层模型来获得更准确的预测结果。
boosting法则是通过逐个训练弱模型并根据其性能进行加权,最终得到组合模型。
4. 异常检测与修复异常检测是一种处理异常值的方法,可以提高模型的鲁棒性。
常见的异常检测方法包括统计学方法、基于规则的方法和基于聚类的方法等。
当检测到异常值时,可以选择删除、替换或修复这些异常值。
替换异常值的常用方法包括使用均值、中位数或最近邻值等。
修复异常值可以通过插值、回归或生成模型等方法。
5. 交叉验证与模型选择交叉验证是一种评估和选择机器学习模型的方法,可以提供对模型性能的鲁棒估计。
多目标优化问题的数学建模与求解方法研究
多目标优化问题的数学建模与求解方法研究1. 引言多目标优化问题是现实生活中常见的一个重要问题,其目标是在给定的约束条件下,同时优化多个矛盾的目标函数。
本文旨在研究多目标优化问题的数学建模方法和求解方法,以帮助解决该类问题。
2. 数学建模方法多目标优化问题的数学建模主要包括目标函数的定义和约束条件的建立。
在定义目标函数时,需要明确多个目标的优先级和权重。
常用的目标函数形式包括线性函数、非线性函数和混合整数线性规划等。
约束条件的建立与具体的问题相关,可以是线性约束、非线性约束或整数约束等。
3. 求解方法多目标优化问题的求解方法主要分为传统方法和进化算法两大类。
3.1 传统方法传统的多目标优化问题求解方法包括加权法、ε-约束法和多目标规划法等。
加权法将多个目标函数线性组合成一个综合指标,然后通过调整各个目标函数的权重来找到最优解。
这种方法简单直观,但是对权重的选择要求较高。
ε-约束法将多目标优化问题转化为单目标优化问题的一系列子问题,每个子问题将其中一个目标函数作为主要目标进行优化,同时将其他目标函数作为约束条件。
通过遍历不同的ε值来得到Pareto前沿。
多目标规划法将多个目标函数转化为多个单目标优化问题,然后通过使用序列二次可行规划、权重法或相关约束法等方法来求解。
这种方法充分考虑了不同目标之间的关联性,但求解过程较为复杂。
3.2 进化算法进化算法是一类启发式优化算法,主要包括遗传算法、粒子群优化算法和模拟退火算法等。
遗传算法模拟自然进化过程,通过交叉、变异和选择等操作来生成新的解,并利用适应度函数来评估解的质量。
通过多代进化,逐步逼近Pareto前沿。
粒子群优化算法模拟鸟群觅食行为,通过每个粒子的经验和社会信息来更新自身的位置和速度。
通过多次迭代,逐步逼近Pareto前沿。
模拟退火算法模拟固体退火过程,通过随机选择邻域解并接受差解的概率来搜索更优解。
通过温度的降低逐步逼近Pareto前沿。
进化算法具有较强的全局搜索能力和鲁棒性,但是在求解大规模多目标优化问题时,计算复杂度较高。
机器人智能控制算法的系统鲁棒性评估与参数优化方法比较研究
机器人智能控制算法的系统鲁棒性评估与参数优化方法比较研究随着现代科技的不断发展,机器人已经成为了各个领域中不可或缺的一部分。
机器人的智能控制算法的质量直接关系到机器人的性能和安全性。
在实际应用中,机器人往往需要面对各种复杂和不确定的环境,在这样的环境中保持稳定可靠的工作是一个重要的挑战。
因此,评估机器人智能控制算法的系统鲁棒性,并通过参数优化方法进行提升,成为了当前研究的焦点。
系统鲁棒性是指机器人智能控制算法在面对外界干扰和系统参数变化时,仍然能够保持稳定并正确地完成任务的能力。
在评估系统鲁棒性时,一种常用的方法是模拟各种复杂情况和不确定性,如噪声干扰、传感器故障、执行器误动等,并通过对机器人的表现进行评估来判断算法的鲁棒性。
这样的评估方法能够更加真实地反映机器人在实际应用中可能面临的问题,帮助开发人员了解算法的限制和改进的空间。
对于机器人智能控制算法的参数优化方法来说,主要有两种常见的方法,即经验调参和优化算法。
经验调参是指通过开发人员的经验和直觉来调整算法中的参数值,以达到优化的效果。
这种方法简单直观,但对于复杂的算法来说,往往需要耗费大量的时间和精力。
而优化算法则通过数学和统计的方法,寻找最优的参数组合。
常见的优化算法包括遗传算法、粒子群算法等。
这些算法能够自动地搜索参数空间,并找到使机器人性能最优化的参数组合。
在对系统鲁棒性进行评估和参数优化时,需要注意以下几点。
首先,评估和优化的指标需要具体而明确,例如,可以通过机器人完成任务的成功率、响应时间、能耗等指标来评估和优化机器人的性能。
其次,在评估和优化过程中,需要尽可能模拟多样化的环境和情况,以找出机器人算法的弱点和改进的方向。
最后,评估和优化过程不是一次性的,而是一个持续迭代的过程。
通过不断地评估和优化,可以逐步提高机器人智能控制算法的系统鲁棒性和性能。
在进行机器人智能控制算法的系统鲁棒性评估和参数优化时,不同的方法有各自的优缺点。
经验调参方法简单直观,但对算法的理解和经验要求较高,而且通过试验来一次次调整参数,耗时耗力。
鲁棒优化的方法及应用
鲁棒优化的方法及应用杨威在实际的优化中决策过程中,我们经常遇到这样的情形,数据是不确定的或者是非精确的;最优解不易计算,即使计算的非常精确,但是很难准确的实施;对于数据的一个小的扰动可能导致解是不可行。
鲁棒优化是一个建模技术,可以处理数据不确定但属于一个不确定集合的优化问题。
早在19世纪70年代,Soyster 就是最早开始研究鲁棒优化问题的学者之一,他的文章给出了当约束矩阵的列向量属于一个椭球形不确定的集合时的鲁棒线性优化问题。
几年以后Falk 沿着这条思路做了非精确的线性规划。
在以后的很长的一段时间里,鲁棒优化方面都没有新的成果出现。
直到19世纪末,Ben-Tal,Nemirovski 的工作以及这时计算技术的发展,尤其是对于半定优化和凸优化内点算法的发展,使得鲁棒优化又成为一个研究的热点。
一个一般的数学规划的形式为0000,min {:(,)0,(,)0,1,...,}ni x R x R x f x x f x i m ξξ∈∈-≤≤=其中x 为设计向量,0f 为目标函数,12,,...,m f f f 是问题的结构元素。
ξ表示属于特定问题的数据。
U 是数据空间中的某个不确定的集合。
对于一个不确定问题的相应的鲁棒问题为0000,min {:(,)0,(,)0,1,...,,}ni x R x R x f x x f x i m U ξξξ∈∈-≤≤=∀∈这个问题的可行解和最优解分别称为不确定问题的鲁棒可行和鲁棒最优解。
这篇文章主要回顾了鲁棒优化的基本算法,目前的最新的研究结果及在经济上的应用。
1 鲁棒优化的基本方法1.1鲁棒线性规划一个不确定线性规划{min{:}(,,)}Tnm nm xc x Ax b c A b U R RR ⨯≥∈⊂⨯⨯所对应的鲁棒优化问题为min{:,,(,,)}Txt t c x Ax b c A b U ≥≥∈,如果不确定的集合是一个计算上易处理的问题,则这个线性规划也是一个计算上易处理的问题。
机械系统的系统鲁棒性研究
机械系统的系统鲁棒性研究引言:机械系统的系统鲁棒性是指系统对外界扰动的抵抗能力,即在面对干扰或不确定性因素时,系统能够保持自身的稳定性和良好的性能。
对于机械工程领域来说,研究系统鲁棒性具有重要的理论和实际意义。
本文将探讨机械系统的鲁棒性研究,包括其背景、概念、影响因素以及研究方法与应用。
一、背景:随着科技的不断发展,机械系统的自动化、智能化和复杂化程度不断提高,机械系统的稳定性和可靠性成为了重要的研究方向。
然而,在现实应用中,机械系统通常会面临各种干扰或不确定性因素,如环境变化、零部件磨损、工作负载变化等,这些因素会对机械系统的性能和稳定性造成不利影响。
因此,研究机械系统的鲁棒性,提高系统对各种干扰的抵抗能力势在必行。
二、概念:机械系统的鲁棒性是指系统在面对各种环境变化或参数变化时,仍能够保持预期的性能表现。
换言之,鲁棒性是系统在不确定性环境中的适应性和稳定性,是系统的核心竞争力之一。
鲁棒性研究关注的焦点是如何设计和优化机械系统,使其具备较好的干扰抑制能力和自适应能力。
三、影响因素:机械系统的鲁棒性受到多方面的因素影响,包括系统的结构设计、控制器的设计与参数调节、环境的变化以及干扰源的性质等。
其中,系统结构的设计是影响鲁棒性的重要因素之一。
合理的结构设计能够提高系统的刚度和自振频率,增强系统的抗干扰能力。
此外,控制器的设计与参数调节也对鲁棒性具有重要影响。
合适的控制策略和参数配置能够使系统具备自适应能力,并在面对干扰时实现自我修复。
四、研究方法:系统鲁棒性的研究方法多种多样,常用的方法包括数学建模与仿真、实验研究以及多目标优化等。
通过数学建模与仿真,可以对机械系统进行分析和预测,评估系统鲁棒性,并根据分析结果进行优化设计。
实验研究则通过设计实验方案,模拟实际工作环境,检测和分析系统的性能表现。
多目标优化则是基于系统的多个性能指标,通过优化算法寻找最优的设计参数组合,实现系统鲁棒性与性能的平衡。
五、应用:机械系统的鲁棒性研究在实际应用中具有广泛的应用前景。
多目标权衡的优化方法
多目标权衡的优化方法全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:多目标优化问题在实际生活和工程应用中非常常见,在工程设计中需要考虑成本、效率和质量等多个目标。
在面临多个目标的优化问题时,需要找到一个平衡点来满足不同目标之间的权衡关系。
多目标权衡的优化方法就是一种能够有效解决这类问题的技术。
在多目标优化问题中,传统的单目标优化技术已经不再适用,因为单一目标的优化不能充分考虑到所有的目标。
多目标权衡的优化方法通过考虑多个目标之间的平衡关系,使得不同目标的优化结果能够在一定程度上取得最优解。
多目标权衡的优化方法主要包括以下几种技术:多目标遗传算法、多目标粒子群优化算法、多目标模糊优化算法等。
这些方法通过不同的优化策略和算法模型,实现了多目标的权衡,让用户在不同的目标之间找到一个合适的平衡点。
多目标遗传算法(MOGA)是一种经典的多目标优化技术,通过模拟自然界的进化过程,利用进化算子如交叉、变异等操作来不断搜索最优解空间,找到最优的权衡解。
MOGA能够同时优化多个目标函数,并给出一组最优解中的非劣解集合,让用户在这个集合中选择最适合自己需求的解。
多目标粒子群优化算法(MOPSO)则是基于群体智能的优化方法,通过模拟鸟群的觅食行为来搜索问题的最优解。
MOPSO算法不仅仅考虑到单一的最优解,而是从多个角度去考虑问题的最优解,从而找到一个全面的解决方案。
多目标模糊优化算法(MOMO)则是一种基于模糊逻辑的优化方法,通过模糊集和模糊规则来表达问题的多个目标和约束条件,通过模糊推理来求解最优解。
MOMO算法能够在不确定性条件下处理多目标问题,使得结果更加鲁棒性和鲁棒性。
多目标权衡的优化方法为解决实际生活和工程中的多目标优化问题提供了有效的技术支持。
通过选择不同的优化方法和算法,用户可以根据自己的需求和目标来找到最合适的解决方案。
多目标优化技术的不断发展和完善,将为实现更加全面、高效的优化解提供更多的可能性。
第二篇示例:在现代社会中,我们常常面对各种各样的决策问题,需要在不同的目标之间进行权衡和取舍。
基于鲁棒二阶随机占优的投资组合优化模型研究
基于鲁棒二阶随机占优的投资组合优化模型研究基于鲁棒二阶随机占优的投资组合优化模型研究摘要:随着金融市场的不稳定性和不确定性的加大,投资组合优化模型成为投资者追求稳定收益的重要工具。
本文基于鲁棒二阶随机占优方法,研究投资组合优化模型,旨在通过构建高效的风险管理模型,提高投资组合的稳定性和收益。
关键词:投资组合优化、鲁棒二阶随机占优、风险管理、收益稳定性一、引言随着金融市场的不断发展,投资者对于投资组合优化模型的需求日益增长。
传统的Markowitz模型虽然被广泛应用,但其对市场波动的敏感性较高,使得投资组合在遇到市场异常波动时容易出现较大亏损。
因此,为了增加投资组合的稳定性和收益,鲁棒二阶随机占优方法成为了研究的关键领域之一。
二、投资组合优化模型1.1 Markowitz模型Markowitz模型基于资产的预期收益率和协方差矩阵,通过构建一个有效前沿来实现投资组合的最优化。
其数学形式如下:minimize 1/2 * w^T * Σ * wsubject to r^T * w >= μ, w^T * 1 = 1其中,w为资产权重向量,Σ为协方差矩阵,r为预期收益率向量,μ为投资者对于最低预期收益率的要求。
1.2 缺点然而,Markowitz模型并没有考虑金融市场的实际情况,主要存在以下问题:(1) 对协方差矩阵的估计较为敏感。
在金融市场中,协方差矩阵往往由历史数据估计得到,在数据不充分或者市场结构发生变化时,协方差矩阵的准确性难以保证。
(2) 对于极端事件的敏感性较高。
Markowitz模型没有考虑极端事件对投资组合的影响,一旦市场出现大幅波动,投资组合很容易出现较大亏损。
(3) 权重向量过于集中。
Markowitz模型往往给出少数几个股票的高权重解,这样的解在实际操作中面临较高的交易成本和流动性风险。
三、鲁棒二阶随机占优模型为了解决上述问题,研究者们提出了鲁棒二阶随机占优模型。
该模型以鲁棒性和二阶信息为基础,通过引入惩罚项和约束条件,对投资组合进行有效约束。
基于AI的模型鲁棒性提升方法
基于AI的模型鲁棒性提升方法主要有以下几种:
1. 模型架构选择:选择具有较强鲁棒性的神经网络架构,如卷积神经网络(CNN)或递归神经网络(RNN),以应对不同类型的数据和模型挑战。
2. 数据增强:通过在训练数据上添加噪声、旋转、缩放、平移等操作,提高模型的鲁棒性。
这种方法有助于模型更好地适应各种数据分布,减少过拟合的风险。
3. 集成学习:通过将多个模型的预测结果进行组合,提高模型的鲁棒性和泛化能力。
集成学习可以应用于分类和回归任务,如bagging和boosting等。
4. 迁移学习:利用预训练模型进行微调,提高模型的鲁棒性和泛化能力。
迁移学习有助于减少对大量新数据的依赖,提高模型的性能和泛化能力。
5. 模型剪枝:通过减少神经网络中的神经元数量,降低模型的复杂性和计算成本,同时提高模型的鲁棒性和泛化能力。
6. 优化算法选择:选择具有较强正则化能力的优化算法,如Adam、RMSProp等,有助于提高模型的鲁棒性和泛化能力。
7. 异常值处理:在训练数据中识别和处理异常值,避免其对模型造成过大的影响。
8. 反馈控制:通过收集训练过程中的反馈信息,实时调整模型的参数和结构,提高模型的鲁棒性和泛化能力。
9. 强化学习:使用强化学习算法,通过与环境的交互和反馈来训练模型,提高其鲁棒性和泛化能力。
以上方法可以根据具体情况结合使用,以提高AI模型的鲁棒性和泛化能力。
基于鲁棒能力的体系多目标组合优化
基于鲁棒能力的体系多目标组合优化李瑞阳; 王智学; 禹明刚; 何红悦【期刊名称】《《系统工程与电子技术》》【年(卷),期】2019(041)005【总页数】9页(P1034-1042)【关键词】体系; 多目标优化; 鲁棒能力; 基于参考点的非支配排序遗传算法【作者】李瑞阳; 王智学; 禹明刚; 何红悦【作者单位】陆军工程大学指挥控制工程学院江苏南京210000【正文语种】中文【中图分类】TP2020 引言在过去几年里,随着通信技术的快速发展,系统间信息的交互和共享愈加频繁。
在这一背景下,体系的概念应运而生[1]。
体系被描述为为完成某个特定的使命任务,将一系列独立操作运行的系统组合到一起,以提供完成该任务需要具备的多种能力[2]。
体系组合优化作为一种整体分析和解决问题的有效方法[3],在工业生产、交通运输、军事安全等多个领域受到学者们的广泛关注。
体系中包含两个重要要素:由于特定的使命任务而产生的多种能力需求以及为实现能力提供支持且相互独立的系统[4-5]。
能力是指完成一项目标或者任务所体现出来的综合素质。
火力打击、情报侦察、通信、指挥控制等都是军事领域中常见能力。
系统是指具有一种或多种功能的独立实体,能够为体系能力的实现做出贡献,例如火控系统、雷达系统、野战通信网络、任务规划系统等都属于军事应用系统。
不同的系统提供能力的种类、水平不同,所需要的研发成本、时间也都不同。
因此,体系组合优化问题[6]就是考虑如何选择提供所需能力的成员系统构成体系,从而获得较高的建设效费比,即在确保成员系统高效协同工作、满足使命任务效能目标的同时,减少体系建设的成本、代价和风险。
体系组合优化问题本质上是一个多目标0-1整数规划问题,优化目标是最大化体系整体能力以及最小化组成成员系统、系统间相互调用接口的总成本[7]。
近年来,许多学者都对类似问题开展了研究,采用多目标决策的方法对体系建设方案进行优化选择[8-12]。
然而,一个重要的问题不应该被忽视,那就是体系能力的不确定性[13]。
10种优化AI算法鲁棒性的实用技巧
10种优化AI算法鲁棒性的实用技巧一、引言在人工智能(Artificial Intelligence,AI)领域,算法的鲁棒性(Robustness)是指算法对于输入数据的变化或干扰具有较高的稳定性和泛化能力。
提高AI算法的鲁棒性可以使其在实际应用中更加可靠和有效。
本文将介绍十种优化AI算法鲁棒性的实用技巧,帮助从事AI算法开发与应用的研究人员和工程师深入了解如何提高算法的鲁棒性。
二、合理选择训练数据集训练数据集是训练机器学习模型时至关重要的因素,合理选择训练数据集可以帮助提高算法的鲁棒性。
首先要确保数据集具有多样性和代表性,覆盖不同场景和情况下可能出现的各种输入情况。
同时还需要考虑引入一些异常或干扰数据,以模拟真实环境中可能遇到的噪声和扰动。
三、使用正则化方法正则化方法是常用于减少过拟合问题,并增强模型泛化能力的一种技术。
通过为模型添加正则化项来限制模型参数大小,防止过度依赖输入数据的细节特征。
正则化方法可以提高算法对于噪声和干扰数据的鲁棒性,使其对输入数据的变化更加稳定。
四、数据增强通过数据增强技术可以扩充训练集样本数量,并生成具有不同变化和干扰的新样本。
例如,在图像识别任务中可以应用旋转、平移、缩放等操作,来生成更多多样性的图像。
这样的训练数据在训练过程中能够使模型学习到更多不同情况下的特征,从而提高算法的鲁棒性。
五、模型集成模型集成是通过组合多个独立训练得到的模型,以达到提高预测准确度和鲁棒性的目标。
常见的模型集成方法包括投票(Voting)、堆叠(Stacking)、Bagging 和Boosting等。
利用模型集成技术,能够降低单个模型预测结果的不确定性,并对异常或干扰数据产生较好的抗击能力。
六、引入噪声鲁棒训练噪声鲁棒训练是一种通过向输入数据中注入噪声并强制网络处理这些噪声来提高算法鲁棒性的方法。
通过让模型在嘈杂的环境下学习,能够使其适应多样性的输入数据,并降低对特定噪声和干扰的敏感度。
柔性作业车间鲁棒调度与预防性维护集成优化
第6期2018年6月组合机床与自动化加工技术ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechniqueNo.6Jun.2018文章编号:1001-2265(2018)06-0159-04㊀㊀㊀㊀DOI:10.13462/j.cnki.mmtamt.2018.06.040收稿日期:2017-07-03ꎻ修回日期:2017-08-01㊀∗基金项目:国家自然科学基金项目(71661004)ꎻ装备制造企业基于项目驱动供应链的协同生产计划与控制策略研究(贵大人基合字201号)作者简介:路光明(1991 )ꎬ男ꎬ河南商丘人ꎬ贵州大学硕士研究生ꎬ重庆京东方电科技有限公司工程师ꎬ研究方向为生产计划与调度ꎬ(E-mail)luguangming8@163.comꎮ柔性作业车间鲁棒调度与预防性维护集成优化∗路光明1ꎬ2ꎬ贺庆仁2ꎬ徐建萍2ꎬ陈文娟2(1.重庆京东方电科技有限公司ꎬ重庆㊀400700ꎻ2.贵州大学管理学院ꎬ贵阳㊀550025)摘要:对柔性作业车间生产过程中预防性维护难以有效避免机器故障的发生ꎬ并且还存在各种无法预测的随机事件的问题进行了研究ꎮ为了有效应对这种情况ꎬ提出了多目标柔性作业车间鲁棒性调度与预防性维护的集成优化模型和在空闲时间进行预防性维护的策略ꎬ同时优化加工周期㊁机器可用性和调度方案的鲁棒性ꎮ应用多目标遗传算法NRGA对模型求解ꎬ并针对柔性作业车间调度问题的特点ꎬ采用三层编码方法ꎮ采用有效的交叉和变异操作避免产生非法解ꎮ最后通过模拟随机事件的发生进行仿真实验ꎬ结果表明提出的模型㊁维护策略和求解算法能够有效地提高生产效率㊁维护机器可用性㊁避免实际调度性能的恶化ꎮ关键词:柔性作业车间调度ꎻ鲁棒调度ꎻ预防性维护ꎻ多目标遗传算法中图分类号:TH165ꎻTG659㊀㊀㊀文献标识码:AIntegratedOptimizationforRobustSchedulingandPreventiveMaintenanceinFlexibleJobShopLUGuang ̄ming1.2ꎬHEQing ̄ren2ꎬXUJian ̄ping2ꎬCHENWen ̄juan2(1.BOEꎬChongqing400700ꎬChinaꎻ2.SchoolofManagementꎬGuizhouUniversityꎬGuiyang550025ꎬChina)Abstract:Intheflexiblejobshopproductionprocessꎬpreventivemaintenanceisdifficulttoeffectivelyavoidtheoccurrenceofmachinebreakdownsꎬandtherearestillavarietyofunpredictablerandomevents.Tosolvetheproblemsefficientlyꎬtheintegratedoptimizationmodelofrobustmulti ̄objectiveflexiblejobshopschedulingandthepreventivemaintenanceandthestrategythatinthesparetimetocarryoutthepreventivemaintenanceareproposedꎬwhichcombinetheimprovementofthemakespanꎬthemachineavailabilityandtherobustnessofschedulingscheme.Themulti ̄objectivegeneticalgorithm ̄NRGAisusedtosolvethemod ̄el.Inviewofthecharacteristicsoftheflexiblejobshopschedulingproblemꎬthethreelevelcodingmethodisadopted.Effectivecrossoverandmutationoperationsareusedtoavoidanillegalsolution.Finallyꎬsimu ̄lationexperimentsareconductedtoshowthattheproposedmodelcaneffectivelybalancetheeffectivenessandavailabilityofresourcesandavoidthedeteriorationoftheactualschedulingperformance.Keywords:flexiblejobshopschedulingꎻrobustschedulingꎻpreventivemaintenanceꎻmulti ̄objectivegeneticalgorithm0㊀引言传统的调度理论总是假设问题的所有参数均固定不变ꎬ然而实际生产过程中存在各种不确定事件ꎬ如机器故障或资源短缺等ꎮ不确定事件发生后ꎬ通常进行再调度对原调度方案修正ꎬ然而再调度与原调度之间存在的偏差会对先期的人㊁物㊁财力投入造成废弃[1]ꎮ在所有的不确定因素中ꎬ机器故障是最常见的一种ꎮ与机器发生故障后的维修相比ꎬ预防性维护更加合理有效ꎬ能更大程度地减轻机器故障对整个系统的影响[2]ꎮ许多学者对设备维护和生产调度的集成优化问题进行了研究ꎮWang等研究了两阶段混合流水车间的生产调度与预防性维护(PM)的集成优化问题ꎬ同时优化加工周期和第一阶段的机器可用性[3]ꎮMoradi等采用在固定时间段内进行预防性维护的策略ꎬ以最大完工时间和系统不可用率为优化目标进行柔性作业车间的车间调度与预防性维护的集成优化研究[4]ꎮ宋文家等采用可靠度降低到阈值的时候安排预防性维护的策略ꎬ进行柔性作业车间调度与预防性维护的集成优化研究ꎬ优化目标为最大完工时间㊁生产总成本和平均维护成本[2]ꎮ然而ꎬ上述文献仅仅考虑了机器故障这一种随机事件ꎬ并且车间调度与预防性维护的集成虽然可以一定程度上缓解机器故障给生产调度带来的影响ꎬ但由于机器故障发生规律难以准确预测ꎬ因此预防性维护无法完全避免机器故障的发生ꎬ而且生产过程中还有很多其他不可预测的随机事件ꎮ为应对各种不确定因素ꎬ许多学者进行了柔性作业车间的鲁棒性调度研究[5]ꎮ因此本文旨在提出一种将柔性作业车间的鲁棒性调度与预防性维护联合决策的方法ꎬ并利用多目标优化方法[6 ̄9]构建鲁棒性调度与预防性维护的集成优化模型ꎬ同时优化加工周期㊁机器可用性和调度方案的鲁棒性ꎬ继而基于NRGA(NON ̄DOMINATEDRANKEDGENETICALGORITHM)进行求解ꎬ从而有效地提高生产效率㊁维护生产设备的可用性㊁避免实际调度性能的恶化ꎮ1㊀问题描述1.1㊀柔性作业车间问题描述nˑm的柔性作业车间调度问题可以描述为:n个待加工工件Jj((j=1ꎬ2ꎬ n)在m台机器Mk(k=1ꎬ2ꎬ m)上加工ꎬ每个工件Jj有nj道工序(nj>=1)ꎬOiꎬj表示工件Jj的第i道工序ꎬ每道工序Oiꎬj可由一台或多台机器加工ꎬ其加工机器集合为Miꎬj⊆{M1ꎬM2ꎬ Mm}ꎬ工序在不同的机器上加工具有不同的加工时间ꎬ每个工件的加工工序预先已经确定ꎮFJSP还存在以下约束条件:一个工件同一时刻只能由一台机器加工ꎻ一台机器同一时刻只能加工一个工件ꎻ机器之间没有优先级ꎻ不考虑机器准备时间ꎻ机器在零时刻均可用ꎻ工件在零时刻均可用ꎻ工件之间具有相同的优先级ꎻ同一工件的工序之间有着确定的工艺路线ꎻ不同工件工序的加工顺序没有先后约束ꎻ不考虑工件在机器之间的搬运时间ꎮ假设所有机器的预防性维护时间为固定值dꎮ预防性维护策略为:确定好调度方案之后寻找机器的空闲时间段(SPT)ꎬ若SPTȡdꎬ则在该时间段内进行维护ꎮ这种策略能充分利用机器的空闲时间ꎬ从而有效避免预防性维护造成的加工周期的延长ꎮ图1中方案a和方案b分别是文献[9]中3个工件和3台机器的3ˑ3问题的两种调度方案ꎮ1.2㊀优化目标在调度层面本文选择加工周期作为优化目标ꎮ所以第一个目标函数为:f1=min(makespan)=min(Cmax)(1)Cmax图1㊀两种预调度方案在预防性维护层面ꎬ假设所有机器故障服从同一指数分布ꎬ故障率为λMꎬ修复率为μMꎬ并且假设0时刻机器不会发生故障ꎬ预防性维护后机器恢复到初始状态ꎮ本文采用文献[3]提出的机器可用性指标来衡量预防性维护的效果ꎬ并以此作为优化目标之一ꎮ基于以上假设ꎬ从0时刻开始ꎬ机器M在时刻t的可用性如下式所示:AM(t)=μMμM+λM+λMμM+λMexp[-(μM+λM)t](2)若令T为前一次预防性维护的完成时刻ꎬ则:AM(t)=μMμM+λM+λMμM+λMexp[-(μM+λM)(t-T)](3)则机器M在时刻t的不可用性为:bM(t)=1-AM(t)(4)基于上文提出的预防性维护策略对调度方案安排预防性维护计划ꎮ令Tpoint(k)={0ꎬt1ꎬt2ꎬ trꎬCmax}ꎬt1ꎬt2ꎬ tr指机器Mk的预防性维护的开始时间ꎬr为预防性维护次数ꎬtr+1=Cmax指机器k最后一个工序的完工时间ꎬ因为机器的不可用性是一个增函数ꎬ并且预防性维护后机器恢复到初始状态ꎬ所以只在时刻t1ꎬt2ꎬ tr+1处计算机器的不可用性ꎬ则机器Mk的不可用性如式(5)所示ꎬBM为所有机器的不可用性ꎮBM(k)=ðr+1i=1bM(ti)(5)BM=min(ðmk=1BM(k))(6)则第二个优化目标函数为:f2=min(BM)(7)鲁棒性调度是一种以鲁棒性指标为优化目标的调度方式ꎬ鲁棒性越高ꎬ实际调度方案与预调度方案越接近ꎮ虽然在生产实际中ꎬ机器故障时间不容易准确预测ꎬ但能够肯定的是如果某台机器的总负荷非常大ꎬ那么一旦发生故障或其它随机事件ꎬ那么其完工时间受到的影响也是最大的ꎮ以图1中的方案a㊁b为例ꎬ加工周期分别为4和5ꎮ但是若假设机器M3在[3ꎬ4]时间段内发生故障并进行维修ꎬM1在[2ꎬ3]时间段发生故障并维修ꎬ发生机器故障后将直接或间接受到影响的工序右移ꎬ重新调度后的方案如图2中方案c和方案dꎮ方案a重新调度后的加工周期由4延长为5ꎬ并且由于故障的发生ꎬ工序O3ꎬ2㊁O2ꎬ3和O3ꎬ2均受到了影响ꎬ而对于方案bꎬ由于机器故障均发生在机器的空闲时间段内ꎬ所以方案b没有受到机器故障的影响ꎮ因此ꎬ本文借鉴张国辉[5]根据柔性作业车间调度问题的特点ꎬ基于每台机器的空闲时间和加工负荷的比值提出的一种鲁棒性指标ꎬ如式(8)ꎮ因为本文的优化目标是最小化加工周期ꎬ为了与此取得一致性ꎬ将式(8)变形为式(9)ꎮRm=ðmk=1IkWk(8)RM=1Rm(9)式中ꎬIk表示机器k加工周期内的空闲时间ꎬWk表示机器k在加工周期内的总负荷ꎮ因此本文的第三个优化目标为:f3=min(RM)(10)综上所述ꎬ本文提出的柔性作业车间多目标鲁棒性调度与预防性维修模型就是同时以式(1)㊁式(7)㊁式(10)为优化目标ꎬ在预防性维护与作业车间调度集成优化的基础上进行鲁棒性调度ꎬ很好的弥补了预防性维护无法完全避免机器故障的发生㊁生产过程中存在许多无法预测的随机事件的问题ꎮ从而更好地平衡资源的有效性和可用性ꎬ使生产过程更加顺利地进行ꎮ061 组合机床与自动化加工技术㊀第6期图2㊀机器发生故障后的重调度方案2㊀鲁棒性调度与预防性维护集成优化问题求解本文采用文献[11]的多目标优化遗传算法NRGA的流程框架ꎮNRGA基于快速非支配排序㊁计算拥挤距离并进行拥挤比较实现算法的收敛并维护pareto解集的多样性ꎮ2.1㊀染色体编码染色体编码是遗传算法中的一个重要环节ꎬ有效的编码能够节省计算时间ꎮ本文借鉴Kacem等[12]提出的三层编码方法ꎬ工件㊁工序和机器均采用自然编码方式ꎬ每个染色体有三列(jꎬiꎬk)ꎬj是工件编号ꎬi是工件j的工序编号ꎬk是加工工序Oiꎬj的机器编号ꎮ在这种编码方式下ꎬ染色体长度为所有工件的工序总数ꎮ例如上述3ˑ3问题的染色体长度为8ꎮ图3中染色体a是上述3ˑ3问题的一个染色体ꎬ第三行的基因(2ꎬ1ꎬ1)表示工件2的第1个工序在机器1上加工ꎮ2.2㊀种群初始化为了维护种群的多样性并保证收敛速度ꎬ本文采用两种种群初始化策略ꎮ策略1首先随机产生工件的加工顺序ꎬ比如上述3ˑ3问题随机产生的工件加工顺序为3 ̄2 ̄1ꎬ然后按照工件的加工顺序安排每个工件的工序顺序加工ꎬ每个工序的加工机器则从工序的可选加工机器集合里随机选取ꎮ图3中的染色体b是由策略1产生的一个染色体ꎮ考虑到维护种群的多样性ꎬ这种方法产生的初始种群比较有效ꎮ113312211122221321332233éëêêêêêêêùûúúúúúúú染色体a㊀㊀312321332211221233113122éëêêêêêêêùûúúúúúúú染色体b图3㊀染色体同时本文采用Al ̄Hinai和ElMekkawy[13]提出的启发式算法作为策略2进行种群初始化ꎮ首先随机产生工件的加工顺序ꎬ假设仍为3 ̄2 ̄1ꎬ然后将工件的工序分配到能在最早时刻完成该工序的机器上ꎮ当优化目标为加工周期时ꎬ采用这种启发式算法产生的初始种群非常有效ꎬ能够使种群快速收敛ꎮ2.3㊀遗传操作遗传算法的性能很大程度上依赖于所使用的遗传操作[3]ꎮ交叉操作对下一代种群个体的优劣和优良信息的保留起着重要的作用ꎮ变异操作是为了增大种群多样性ꎬ使种群向更好的方向进化ꎮ不同的染色体编码方式ꎬ需要不同的遗传操作ꎮ在进行遗传操作时ꎬ可能会产生不可行调度ꎬ这时需要采取修复机制将其修复为可行调度ꎮ如果遗传操作产生的均为可行调度则更加符合我们的需要ꎮ本文借鉴文献[3]采用的遗传操作:基于顺序的交叉操作(POX)和基于机器的变异操作(MBM)ꎮ这些遗传操作的优点是不会产生不可行调度ꎮ选择操作的目的是使优良个体以更大的概率保留下来ꎬ从而避免优良基因的损失ꎬ并保持种群大小的恒定ꎬ从而使种群向最优方向进化ꎮ详细的选择过程参考文献[11]ꎮ3㊀实例分析3.1㊀参数设置使用MATLAB编程ꎬ种群规模100ꎬ初始化时ꎬ由策略1产生个体50个ꎬ策略2产生个体50个ꎻ交叉率为0.8ꎬ变异率为0.3ꎻ选择操作时ꎬ轮盘赌选择个体100个ꎻ最大迭代代数为200ꎻ预防性维修时间8ˑ8问题中d=2ꎬ10ˑ10问题中d=5ꎻ机器故障率λM=0 01ꎬ机器修复率μM=0.25ꎮ3.2㊀实例验证由于没有关于多目标柔性作业鲁棒性调度与预防性维护集成优化的标准实例ꎬ本文使用文献[14]中8个工件ꎬ8个机器的8ˑ8的实例和10个工件ꎬ10个机器的10ˑ10的实例ꎬ通过将本文的预防性维护与鲁棒性调度的集成优化模型与只进行预防性维护与作业车间调度的集成优化模型比较ꎬ并采用文献[9]中的指标作为评价指标ꎬ来验证本文提出模型的的有效性和可行性ꎮ指标如下:非支配解集中解的数量(NPS)和稳定度指标(STB)ꎮSTBh=ðnumj=1ðqji=1CTijP-CTijRðnumj=1Qj(11)STB=ðnh=1STBhn(12)num为工件数量ꎬqj为工件j的工序数量ꎬCTijp为预调度方案工件j的工序的完工时间ꎬCTijR为实际调度方案工件j的工序i的完工时间ꎬOj为工件j的工序数量ꎮn为非支配解集解的数量ꎮ为了计算STB需要进行随机事件的仿真ꎮ本文采用文献[9]的仿真方法ꎬ假设所有的机器均可能受到随机事件的影响ꎮ仿真过程需要多次进行(仿真次数为Simit)ꎬ从而使指标达到一个稳定值ꎬ本文Simit=10ꎮ在随机事件仿真时假随机事件间隔时间和随机事件的处理时间均服从指数分布ꎬ均值参数分别为MT ̄BF和MTBRꎬ其计算方法为:Ag=MTTRMTBF+MTTR(13)根据文献[9]ꎬ将MTTR取值为工序的平均加工时间ꎬ本文取Ag=0.1ꎬ则在实例8ˑ8问题中ꎬMTTR=5.9796ꎬMTBF=53.8164ꎻ10ˑ10问题中MTTR=161 2018年6月㊀㊀路光明ꎬ等:柔性作业车间鲁棒调度与预防性维护集成优化5 67ꎬMTBF=51.03ꎮ为了使计算结果具有可比性ꎬ我们将BM㊁RM㊁STB和实际加工周期makespanR进行标准化处理ꎬ标准化后分别为MBM㊁MRM㊁MSTB和MmakespanRꎮMBM=ðNPSi=1(BMi-minBM)maxBM-minBM(14)其中ꎬmaxBM和minBM分别表示非支配解集中BM的最大值和最小值ꎮ对MRM㊁MSTB和MmakespanR的计算方法与MBM相同ꎮ计算结果如表1所示ꎮ为了叙述方便将本文提出的模型称为模型1ꎬ将预防性维护与作业车间调度的集成优化模型称为模型2ꎮ计算结果表明模型1虽然在指标MBM上略差于模型2:模型1中ꎬ8ˑ8问题ꎬMBM=0.4472ꎬ10ˑ10问题ꎬMBM=0.4255ꎻ模型2中8ˑ8问题ꎬMBM=0 326ꎬ10ˑ10问题ꎬMBM=0.4372ꎮ但是本文合理地假设预防性维护并不能保证机器故障不再发生并且生产过程中还有其它各种随机事件影响生产过程的顺利进行ꎬ基于此本文进行了随机事件的仿真ꎬ就稳定度指标MSTB而言ꎬ模型1明显优于模型2:8ˑ8问题中ꎬ模型1计算的MSTB=0.2092远低于模型2计算的MSTB=0.3679ꎻ10ˑ10问题中ꎬ模型1计算的MSTB=0.2448远低于模型2计算的MSTB=0.5707ꎬ就实际调度的加工周期而言ꎬ8ˑ8和10ˑ10问题中模型1计算的实际加工周期指标均优于模型2ꎻ在NPS层面ꎬ模型1也均优于模型2ꎮ表1㊀计算结果非支配解的相关指标NPSMSTBMRMMBMMmakespanR8ˑ8问题预防性维护和鲁棒性调度的集成优化360.20920.25880.44720.2319预防性维护和作业车间调度的集成优化270.36790.3260.380110ˑ10问题预防性维护和鲁棒性调度的集成优化320.24480.17660.42550.3335预防性维护和作业车间调度的集成优化150.57070.43720.3811实验结果表明本文提出的预防性维护和鲁棒性调度的集成优化模型虽然在机器不可用性指标上略差于单纯地进行预防性维护和作业车间调度的集成优化模型ꎬ但是能更加有效地应对生产过程中的不确定事件ꎬ从而能更有效地提高生产效率㊁维护机器的可用性㊁避免实际调度性能的恶化ꎮ4㊀结论本文进行多目标柔性作业车间的鲁棒性调度与预防性维护的集成优化研究ꎬ同时优化加工周期㊁机器可用性和调度方案的鲁棒性ꎬ提出了在机器空闲时间进行预防性维护的策略ꎬ并设计有效的多目标优化遗传算法对集成调度问题求解ꎮ最后ꎬ通过实例计算证明了鲁棒性调度与预防性维护集成优化模型能够有效地提高生产效率㊁维护机器的可用性㊁避免实际调度性能的恶化ꎬ因此验证了本文所提出模型㊁预防性维护策略和设计的求解算法的可行性和有效性ꎮ本文只使用了NRGA这一种算法对模型进行计算ꎬ今后还可以使用不同的算法ꎬ并采用不同的预防性维护策略制定维护计划ꎬ从而对鲁棒性调度与预防性维护的集成优化做更进一步的研究ꎮ[参考文献][1]刘乐ꎬ周泓.一种常见干扰条件下的开放式车间重调度研究[J].管理科学学报ꎬ2014ꎬ17(6):28-47.[2]宋文家ꎬ张超勇ꎬ尹勇ꎬ等.基于多目标混合殖民竞争算法的设备维护与车间调度集成优化[J].中国机械工程ꎬ2015ꎬ26(11):1478-1487.[3]WangSꎬLiuM.Two ̄StageHybridFlowShopSchedulingwithPreventiveMaintenanceUsingMulti ̄ObjectiveTabuSearchMethod[J].InternationalJournalofProductionRe ̄searchꎬ2014ꎬ52(5):1495-1508.[4]MoradiEꎬFatemiGhomiSMTꎬZandiehMꎬetal.Bi ̄Objec ̄tiveOptimizationResearchonIntegratedFixedTimeIntervalPreventiveMaintenanceandProductionforSchedulingFlexi ̄bleJob ̄shopProblem[J].ExpertSystemswithApplicationsꎬ2011ꎬ38(6):7169-7178.[5]张国辉ꎬ吴立辉ꎬ聂黎ꎬ等.考虑机器故障的柔性作业车间鲁棒调度方法[J].系统仿真学报ꎬ2016ꎬ28(4):867-873.[6]RahmatiSHAꎬZandiehMꎬYazdaniM.DevelopingtwoMulti ̄ObjectiveEvolutionaryAlgorithmsfortheMulti ̄Objec ̄tiveFlexibleJobShopSchedulingProblem[J].InternationalJournalofAdvancedManufacturingTechnologyꎬ2013ꎬ64(5-8):915-932.[7]ChiangTCꎬLinHJ.ASimpleandEffectiveEvolutionaryAlgorithmforMulti ̄ObjectiveFlexibleJobShopScheduling[J].InternationalJournalProductionEconomicsꎬ2013ꎬ141(1):87-98.[8]武福ꎬ张治娟.一种求解柔性作业车间调度问题的混合智能算法[J].组合机床与自动化加工技术ꎬ2013(5):130-134.[9]AhmadiE.AMultiObjectiveOptimizationApproachforFlexibleJobShopSchedulingProblemUnderRandomMa ̄chineBreakdownbyEvolutionaryAlgorithms[J].Computers&OperationsResearchꎬ2016(73):56-66.[10]崔维伟ꎬ陆志强ꎬ潘尔顺.基于多目标优化的生产调度与设备维护集成研究[J].计算机集成制造系统ꎬ2014ꎬ20(6):1398-1404.[11]JadaanOAꎬRajamaniLꎬRaoCR.Non ̄DominatedRankedGeneticAlgorithmforSolvingMulti ̄ObjectiveOpti ̄mizationProblems:NRGA[J].JournalofTheoreticalandAppliedInformationTechnologyꎬ2008(1):60-67.[12]KacemIꎬHammadiSꎬBroneP.Pareto ̄OptimalityAp ̄proachforFlexibleJob ̄ShopSchedulingProblems:Hybrid ̄izationofEvolutionaryAlgorithmsandFuzzyLogic[J].MathematicsandComputersinSimulationꎬ2002ꎬ60(3-5):245-276.[13]Al ̄HinaiNꎬElMekkawyTY.AnEfficientHybridizedGe ̄neticAlgorithmArchi ̄TecturefortheFlexibleJobShopSchedulingProblem[J].FlexibleServicesandManufactur ̄ingꎬ2011ꎬ23(1):64-85.[14]KacemIꎬHammadiSꎬBorneP.ApproachbyLocalizationandMulti ̄ObjectiveEvolutionaryOptimizationforFlexibleJob ̄ShopSchedulingProblems[J].IEEETransactiononSystemsꎬManandCyberneticsPartC:ApplicationsandRe ̄viewsꎬ2002ꎬ32(1):1-13.(编辑㊀李秀敏)261 组合机床与自动化加工技术㊀第6期。
8种优化AI算法鲁棒性的实用技巧
8种优化AI算法鲁棒性的实用技巧优化AI算法鲁棒性的实用技巧引言:人工智能(AI)在如今的数字时代发挥着越来越重要的作用。
然而,AI算法在现实世界中的应用往往面临各种挑战,例如数据质量问题、模型泛化能力不足等。
为了提高AI算法的鲁棒性,我们需要探索一些实用技巧来优化它们。
本文将介绍8种有效的优化AI算法鲁棒性的实用技巧。
一、数据预处理:1. 数据清洗:通过检测和纠正异常值、缺失值以及噪声等问题,有效提高数据质量。
2. 数据平衡:对于类别不平衡的数据集,采取欠采样或过采样等方法,平衡各个类别的样本数量。
3. 特征选择和提取:通过剔除冗余特征和选择最相关特征,减少模型学习时的计算开销,并提高训练效果。
二、模型优化:4. 参数调整:调整模型超参数以及迭代次数等关键参数,通过交叉验证等方法找到最优组合。
5. 集成学习:利用多种互补模型进行集成学习,在降低偏差和方差的同时,提高算法的泛化能力。
6. 模型正则化:通过添加正则项(如L1、L2正则化),降低模型的复杂度,减少过拟合风险,并提高鲁棒性。
三、数据增强:7. 数据扩增:利用图像旋转、剪裁、缩放等操作,生成更多样本以增加数据量,改善模型的训练效果。
8. 噪声注入:向数据中添加适量噪声,帮助模型学习到更广泛的特征分布,从而增强算法对输入变化的鲁棒性。
一级段落标题:数据预处理数据预处理是提高AI算法鲁棒性的关键步骤之一。
在这个阶段我们需要进行数据清洗、数据平衡以及特征选择和提取。
二级段落标题:数据清洗对于AI算法而言,理想情况下训练数据应该是干净和完整的。
但在实际应用中,我们经常会遇到异常值、缺失值以及噪声等问题。
因此,在进行训练之前,我们需要进行数据清洗。
一种常见的方法是使用统计学上的均值或中位数来替代缺失值,使用插值或删除异常值等技术来处理异常数据。
通过数据清洗,我们可以提高训练数据的质量。
二级段落标题:数据平衡当数据集中不同类别的样本数量差异较大时,模型容易受到数量较少的类别影响,并产生偏见。
优化人工智能开发模型鲁棒性的技巧分享
优化人工智能开发模型鲁棒性的技巧分享近年来,人工智能(AI)的快速发展和广泛应用,取得了令人瞩目的成就。
但是,AI模型的鲁棒性问题也越来越受到重视。
鲁棒性是指模型在面对未知、异常情况时的稳定性和可靠性。
优化AI模型的鲁棒性是提高其性能和可靠性的关键一步。
本文将分享一些优化人工智能开发模型鲁棒性的技巧,帮助开发者更好地应对挑战。
1. 数据预处理数据预处理是人工智能开发中的重要环节。
合理地处理数据能够有效提升模型的鲁棒性。
首先,需要进行数据清洗,排除异常值和噪声。
接着,对数据进行标准化或归一化处理,确保数据的统一性和可比性。
另外,还可以引入一些数据增强技术,如旋转、平移、亮度调整等,来增加模型对未知输入的适应性。
2. 多样化训练数据模型只在特定类型的数据上进行训练容易导致过拟合问题,从而影响鲁棒性。
因此,引入多样化的训练数据是提高模型鲁棒性的重要手段。
可以通过收集不同来源、不同风格的数据来扩充训练集,增加数据的多样性。
同时,还可以引入生成对抗网络(GAN)等技术,生成一些具有变异性和异常性的样本,使模型具备更好的适应性和泛化能力。
3. 模型集成单个模型往往难以在各种情况下都表现出色,模型集成是提高鲁棒性的有效方法之一。
集成多个不同类型的模型,可以相互弥补缺陷,提高整体的鲁棒性。
常见的集成方法包括投票法、堆叠法、加权融合等。
通过将各个模型的预测结果进行组合,最终得到更准确、鲁棒的结果。
4. 异常检测和容错机制在实际应用中,无法避免会遇到未知的异常情况,因此加入异常检测和容错机制是保障模型鲁棒性的重要步骤。
可以通过引入一些规则或规则集,对输入进行判断和过滤。
此外,可以使用监控和反馈机制,及时发现和修正模型的错误预测和输出。
5. 不断迭代和优化优化模型的鲁棒性是一个长期而循序渐进的过程。
开发者需要持续地观察模型在实际使用中的表现,并及时收集用户反馈。
通过持续迭代和改进,使模型不断适应新的环境和数据。
此外,及时关注学术界和业界的最新进展,借鉴和应用最新的研究成果和技术,也是提高鲁棒性的有效途径。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
系统工程与电子技术
Vol.41 No.5
2019 年 5 月
SystemsEngineeringandElectronics
May2019
文 章 编 号 :1001506X(2019)05103409
犓犲狔狑狅狉犱狊:systemofsystems(SoS);multiobjectiveoptimization;robustcapabilities;nondominatedsor tinggeneticalgorithm3 (NSGA3)
0 引 言
在过去几年里,随着通信技术的快速 发 展,系 统 间 信 息 的交互和共享愈 加 频 繁。 在 这 一 背 景 下,体 系 的 概 念 应 运 而生 。 [1] 体系被描 述 为 为 完 成 某 个 特 定 的 使 命 任 务,将 一 系列独立操作运行的 系 统 组 合 到 一 起,以 提 供 完 成 该 任 务 需要具备的多种能力 。 [2] 体系组合优化 作 为 一 种 整 体 分 析 和解 决 问 题 的 有 效 方 法[3],在 工 业 生 产、交 通 运 输、军 事 安 全等多个领域受到学者们的广泛关注。
事领域中常见能力。系统是指具有一种或多种功能的独立 实体,能够为体系能 力 的 实 现 做 出 贡 献,例 如 火 控 系 统、雷 达系统、野战通信网络、任务规划系统等都 属 于 军 事 应 用 系 统。不同的系统提供能力的种类、水平 不 同,所 需 要 的 研 发 成本、时间也都不同。因此,体系组 合 优 化 问 题 就 [6] 是 考 虑 如何选择提供所需能 力 的 成 员 系 统 构 成 体 系,从 而 获 得 较 高的建设效费比,即在确保成员系统高效 协 同 工 作、满 足 使 命任务 效 能 目 标 的 同 时,减 少 体 系 建 设 的 成 本、代 价 和 风险。
体系中包含两个 重 要 要 素:由 于 特 定 的 使 命 任 务 而 产 生的多种能力需求以及为实现能力提供支持且相互独立的 系统 。 [45] 能力是指完 成 一 项 目 标 或 者 任 务 所 体 现 出 来 的 综 合 素 质。 火 力 打 击、情 报 侦 察、通 信、指 挥 控 制 等 都 是 军
LIRuiyang,WANGZhixue,YU Minggang,HE Hongyue
(犆狅犾犾犲犵犲狅犳犆狅犿犿犪狀犱犪狀犱犆狅狀狋狉狅犾犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵,犃狉犿狔犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔,犖犪狀犼犻狀犵210000,犆犺犻狀犪)
犃犫狊狋狉犪犮狋:Tosolvetheproblem ofuncertainsystemcontributionunderdifferentscenariosfortheproblem ofportfoliooptimization,anoptimizationanddecisionmakingmethodbasedonrobustcapabilitiesisproposed. First,thequantitativedescriptionoftherobustcapabilitiesandfuzzycapabilitiesriskisgiven.Then,amulti objectiveportfoliooptimization modelisestablished,balancing maximum capabilities,minimum construction riskandcost,withintheconstraintsofmilitarycapabilityrequirements.Theimprovednondominatedsorting geneticalgorithm3 (NSGA3)isadoptedtosolvethemodelbygeneratingasetofnoninferiorsolutionsthat meetthedecisionmakingrequirements.Finally,simulationexperimentsverifytheeffectivenessofthe model andalgorithm,andcanprovidesupportfortheoverallconstructionplanofthesystem.
关 键 词 :体 系 ;多 目 标 优 化 ;鲁 棒 能 力 ;基 于 参 考 点 的 非 支 配 排 序 遗 传 算 法 中 图 分 类 号 :Tபைடு நூலகம்202 文 献 标 志 码 :A 犇犗犐:10.3969/j.issn.1001506X.2019.05.15
犕狌犾狋犻狅犫犼犲犮狋犻狏犲狆狅狉狋犳狅犾犻狅狅狆狋犻犿犻狕犪狋犻狅狀狅犳狊狔狊狋犲犿狅犳狊狔狊狋犲犿狊 犫犪狊犲犱狅狀狉狅犫狌狊狋犮犪狆犪犫犻犾犻狋犻犲狊
网 址 :www.sysele.com
基于鲁棒能力的体系多目标组合优化
李 瑞 阳 ,王 智 学 ,禹 明 刚 ,何 红 悦
(陆军工程大学指挥控制工程学院,江苏 南京 210000)
摘 要:针对体系组合优化问题中,不同场景下系统贡 献 的 不 确 定 问 题,提 出 了 基 于 鲁 棒 能 力 的 体 系 优 化 决 策方法。首先对体系的鲁棒能力和模糊能力风险进行定量描述;然后以鲁棒能 力 最 大,建 设 风 险 和 成 本 最 低 为 目 标,考虑军事能力需求等约束,建立多目标体系组合 优 化 模 型,采 用 改 进 的 基 于 参 考 点 的 非 支 配 排 序 遗 传 算 法 求 解模型,生成一组符合决策需求的非劣质解;最后通 过 仿 真 实 验 验 证 了 模 型 和 算 法 的 有 效 性,可 以 为 体 系 总 体 建 设规划提供决策支持。