基于遗传算法的一种新的约束处理方法
遗传算法约束矩阵-概述说明以及解释
遗传算法约束矩阵-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分将对遗传算法约束矩阵这一主题进行简要介绍和概述,为读者提供整体的了解和背景信息。
在现代科学和工程的领域中,我们常常会面临优化问题。
优化问题是指在给定的一系列约束条件下,寻找最优解的问题。
其中,约束条件的存在使得问题的解空间受到限制,因此寻找最优解变得更加困难。
在实际应用中,约束问题往往需要解决的是多目标、多约束的情况,即需要在满足多个目标和多个约束条件的情况下找到最优解。
为了解决这样的优化问题,传统的优化算法往往会遇到困难,因为它们可能无法在解空间中同时满足所有的约束条件。
而遗传算法则是一种基于生物进化思想的优化算法,在解决约束优化问题方面展现出了独特的优势。
遗传算法模拟了自然界的进化过程,通过对个体的遗传操作(如交叉、变异等)以及选择操作来搜索和优化解空间中的解。
通过这些操作,遗传算法不仅能够找到单一目标的最优解,还能够在多目标优化问题中找到一系列近似最优解,这为约束问题的解决提供了可能性。
约束矩阵在遗传算法中起到了重要的作用。
约束矩阵用于描述和记录解空间中的约束条件,在每一次遗传操作中,都会根据约束矩阵的信息对个体进行评估和选择。
通过这种方式,遗传算法能够有效地搜索和优化满足约束条件的解,避免了非可行解的生成和选择。
本文将重点介绍遗传算法约束矩阵在优化问题中的应用。
首先,我们将介绍遗传算法的基础知识,包括遗传算法的原理、操作和适应度评估方法。
然后,我们将详细讨论约束矩阵的定义和作用,解释约束矩阵在遗传算法中起到的关键作用。
最后,我们将介绍遗传算法约束矩阵在约束优化问题中的具体应用案例,并总结其效果和优势。
通过本文的阅读,读者将能够深入了解遗传算法约束矩阵的原理和应用。
希望本文能为读者提供有关遗传算法在解决约束优化问题中的有效方法和启发,为进一步研究和应用提供参考和借鉴。
1.2 文章结构本文的目的是介绍遗传算法在约束矩阵优化中的应用。
遗传算法引入约束条件的处理方法与技巧
遗传算法引入约束条件的处理方法与技巧遗传算法是一种模拟生物进化过程的优化算法,通过模拟自然选择、交叉和变异等操作,以找到问题的最优解。
然而,在处理实际问题时,往往会面临一些约束条件的限制,如资源约束、空间约束等。
本文将探讨遗传算法在引入约束条件时的处理方法与技巧。
一、罚函数法罚函数法是一种常用的处理约束条件的方法。
它通过在目标函数中引入罚项来惩罚违反约束条件的解,使得算法能够在搜索过程中避免生成违反约束条件的解。
以一个简单的实例来说明罚函数法的应用。
假设我们要优化一个函数f(x),但是x的取值范围受到约束条件g(x)<=0的限制。
我们可以将约束条件转化为一个罚函数h(x),当g(x)>0时,罚函数h(x)的值为g(x)的绝对值,当g(x)<=0时,罚函数h(x)的值为0。
然后,我们将目标函数f(x)和罚函数h(x)相加得到一个新的目标函数f(x)+λh(x),其中λ是一个控制罚项权重的参数。
通过遗传算法优化新的目标函数,就可以得到满足约束条件的最优解。
二、约束处理算子除了罚函数法,还有一些专门用于处理约束条件的遗传算法算子。
这些算子能够在遗传算法的操作中有效地保持解的可行性,并避免生成违反约束条件的解。
1. 约束处理选择算子:约束处理选择算子用于选择可行解中的个体作为父代,保证子代也是可行解。
常见的约束处理选择算子有锦标赛选择、随机选择等。
2. 约束处理交叉算子:约束处理交叉算子用于生成满足约束条件的子代。
它通过选择合适的交叉点和交叉方式,确保生成的子代不会违反约束条件。
3. 约束处理变异算子:约束处理变异算子用于对个体进行变异操作,以增加解的多样性和搜索空间。
在变异操作中,约束处理变异算子会针对违反约束条件的个体进行修复或替换操作,以确保生成的子代满足约束条件。
三、多目标优化与约束条件在处理多目标优化问题时,约束条件的引入更加复杂。
因为不同目标函数之间可能存在冲突,优化一个目标函数可能会导致其他目标函数的恶化。
遗传算法如何处理多约束多目标优化问题
遗传算法如何处理多约束多目标优化问题引言:随着科技的不断进步,优化问题在各个领域中变得越来越重要。
在许多实际应用中,我们面临的是多约束多目标优化问题,即需要同时满足多个约束条件并在多个目标之间找到一个最优解。
这种问题的处理对于提高生产效率、资源利用率和系统性能至关重要。
遗传算法是一种常用的优化方法,它模拟了自然界的进化过程,并通过适应度函数对解进行评估和选择。
在本文中,我们将探讨遗传算法在处理多约束多目标优化问题时的方法和技巧。
一、多约束多目标优化问题的定义多约束多目标优化问题是指在优化过程中需要同时满足多个约束条件,并在多个目标之间找到一个最优解的问题。
例如,在生产调度中,我们需要考虑生产时间、成本和质量等多个目标,同时还要满足资源和时间的约束条件。
这种问题的复杂性在于需要在多个目标之间进行权衡和平衡,找到一个最优的解决方案。
二、遗传算法的基本原理遗传算法是一种基于自然进化的优化方法,其基本原理是模拟自然界的进化过程。
遗传算法通过对解空间中的个体进行选择、交叉和变异操作,逐步优化解的质量。
其中,个体通过适应度函数进行评估,适应度越高的个体在选择过程中被选中的概率越大。
通过不断迭代和进化,遗传算法能够逐渐逼近最优解。
三、多约束多目标优化问题的处理方法在处理多约束多目标优化问题时,遗传算法需要进行适应度函数的定义和选择操作的改进。
1. 适应度函数的定义在传统的遗传算法中,适应度函数通常只考虑单个目标。
但在多约束多目标优化问题中,我们需要将多个目标同时考虑进去。
一种常用的方法是使用加权求和的方式,将多个目标的权重相加得到一个综合的适应度值。
另一种方法是使用多目标优化算法,例如NSGA-II或MOEA/D等,这些算法能够同时优化多个目标,并生成一组最优解。
2. 选择操作的改进在多约束多目标优化问题中,选择操作需要考虑个体在多个目标上的表现。
一种常用的方法是使用非支配排序,将个体按照其在多个目标上的表现进行排序。
一种新的求解约束优化问题的遗传算法
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遗传算法如何处理多约束优化问题
遗传算法如何处理多约束优化问题引言:在现实世界中,我们常常面临着多个相互制约的目标,如在设计产品时需要考虑成本、质量和性能等多个因素。
这种情况下,传统的优化算法往往难以找到全局最优解。
而遗传算法作为一种模拟生物进化过程的优化算法,能够有效地应对多约束优化问题。
本文将介绍遗传算法的基本原理以及如何利用遗传算法处理多约束优化问题。
第一部分:遗传算法基本原理遗传算法是一种模拟生物进化过程的优化算法,其基本原理包括选择、交叉和变异。
首先,通过选择操作,从当前种群中选择适应度较高的个体作为父代,用于产生下一代个体。
然后,通过交叉操作,将父代个体的基因信息进行组合,生成新的个体。
最后,通过变异操作,对新个体的基因进行随机改变,以增加种群的多样性。
通过不断迭代这三个操作,遗传算法能够逐渐优化种群,找到最优解。
第二部分:多约束优化问题的定义多约束优化问题是指在优化过程中,除了优化目标外,还需要满足一定的约束条件。
这些约束条件可以是硬性约束,即必须满足的条件;也可以是软性约束,即优化目标的限制。
例如,在产品设计中,除了要考虑成本、质量和性能等目标外,还需要满足一些制约条件,如尺寸、材料等。
多约束优化问题的难点在于如何同时满足多个目标和约束条件。
第三部分:多约束优化问题的解决方法遗传算法在解决多约束优化问题时,需要对适应度函数进行定义和评估。
适应度函数是用来度量个体的优劣程度,通常是将优化目标和约束条件进行综合考虑。
一种常用的方法是采用加权法,将优化目标和约束条件的重要性进行加权,得到一个综合的适应度值。
然后,通过选择、交叉和变异操作,不断优化个体的基因,以寻找更优的解。
第四部分:多约束优化问题的实例为了更好地理解遗传算法在处理多约束优化问题中的应用,我们以一个实际案例进行说明。
假设我们需要设计一辆电动汽车,优化目标包括最大续航里程和最小充电时间,约束条件包括电池容量、车辆重量和充电设备的功率等。
通过定义适应度函数,我们可以将这些目标和约束条件进行综合考虑,并利用遗传算法搜索最优解。
遗传算法约束条件处理
遗传算法约束条件处理
遗传算法是一种通过模拟自然进化过程来解决问题的优化算法。
约束条件处理是指在优化过程中,对满足某些限制条件的解进行合理处理的方法。
常见的约束条件处理方法包括罚函数法和修补法。
1. 罚函数法:通过引入一个罚函数,用于惩罚不符合约束条件的解。
罚函数的目标是在优化过程中降低不符合约束条件的解的适应度,从而使遗传算法更有可能选择满足约束条件的解。
具体步骤如下:
a. 在适应度计算过程中,对不满足约束条件的解进行罚函数计算,将罚函数的值加到适应度上。
b. 罚函数的设计应该符合约束条件的重要性,对于重要的约束条件,罚函数的值应该较大。
c. 罚函数的设计也需要注意罚函数值的大小对当前解的选择的影响,需要平衡对不满足约束条件的解的惩罚和解的选择。
2. 修补法:修补法是指将违反约束条件的解进行修复,使其满足约束条件的方法。
具体步骤如下:
a. 在遗传算法的交叉和变异操作过程中,对产生的新解进行检测,如果新解不满足约束条件,则进行修复。
b. 修复方法可以根据不同的问题和约束条件的特点进行设计,可以是一些特定的操作,比如将超出范围的数值调整为边界值。
c. 修补后的解可以继续参与到后续的选择、交叉和变异操作中,
直到满足约束条件或达到终止条件。
通过使用罚函数法或修补法,可以在遗传算法优化过程中有效处理约束条件,使得优化得到的解更加符合实际需求。
matlab遗传算法整数约束
matlab遗传算法整数约束遗传算法是一种通过模拟进化过程来解决优化问题的算法。
在许多实际问题中,我们需要找到满足一定约束条件的整数解。
本文将介绍如何使用MATLAB编程语言实现遗传算法,并给出一个整数约束的示例问题。
我们需要定义问题的目标函数和约束条件。
假设我们要求解的问题是在一定范围内找到使得目标函数取得最大值的整数解。
目标函数可以是任意的数学函数,如线性函数、非线性函数等。
约束条件可以包括等式约束和不等式约束,限制了解的取值范围。
接下来,我们需要定义遗传算法的基本元素,包括染色体表示、初始化种群、适应度评价、选择、交叉和变异等操作。
对于整数约束问题,染色体可以用一个整数数组表示,每个元素对应一个变量的取值。
种群可以由多个染色体组成,初始种群可以通过随机生成整数数组来实现。
适应度评价可以通过计算目标函数值来衡量染色体的优劣。
选择操作可以根据适应度值来确定优秀染色体的概率选择。
交叉操作可以通过交换染色体的某些片段来产生新的染色体。
变异操作可以通过改变染色体中的某个元素值来引入新的解。
在MATLAB中,我们可以使用遗传算法工具箱来实现遗传算法。
首先,我们需要定义一个函数来描述问题的目标函数和约束条件。
然后,我们可以使用`ga`函数来求解整数约束问题。
该函数的输入参数包括目标函数、变量的取值范围、约束条件等。
通过设置适当的参数,我们可以控制遗传算法的执行过程。
下面,我们以一个简单的整数约束问题为例进行演示。
假设我们要求解的问题是在区间[0, 10]内找到使得函数f(x) = x^2取得最大值的整数解。
我们可以定义目标函数和约束条件如下:```matlabfunction y = myfun(x)y = -x.^2; % 目标函数,取负号使得求解最大值问题endfunction [c, ceq] = mycon(x)c = []; % 不等式约束条件ceq = []; % 等式约束条件end```然后,我们可以使用遗传算法工具箱中的`ga`函数来求解整数约束问题:```matlablb = 0; % 变量下界ub = 10; % 变量上界intcon = 1; % 整数约束[x, fval] = ga(@myfun, 1, [], [], [], [], lb, ub, @mycon, intcon); ```以上代码中,`@myfun`表示目标函数,`1`表示变量的个数,`[]`表示不等式约束条件,`lb`和`ub`表示变量的下界和上界,`@mycon`表示约束条件,`intcon`表示整数约束。
约束优化问题的遗传算法求解研究
约束优化问题的遗传算法求解研究遗传算法是优化算法的一种,是受自然进化启发而建立的一种搜索算法。
在现实生活中,我们经常需要解决各种优化问题,例如在物流中心,如何安排最优的配送路线;在智能交通系统中,如何控制车辆的流量,减少交通拥堵;在人工智能领域,如何让计算机更好地学习和处理数据等等。
这些优化问题,往往需要找到一个最优解来达到最佳的效果。
而遗传算法是一种能够在复杂问题中找到接近最优解的解法。
约束优化问题是指在优化问题中,除了寻找最优解之外,还要满足一定的约束条件。
这些约束条件可以是技术、经济、环境等方面的限制,而这些约束条件的存在,往往会增加问题的难度。
因此,在解决约束优化问题时,我们需要有一种方法能够同时考虑到约束条件和优化目标,同时又要高效、准确地求解。
而遗传算法正是一种能够解决约束优化问题的有效方法。
在实际应用中,约束优化问题的求解往往需要处理一定量级的数据,而遗传算法是一种能够高效处理大规模数据的算法,它能够通过模拟自然进化过程,将问题解空间中的种群逐步演化成一组适应度高的最优解。
同时,遗传算法具有随机性和多样性的特点,能够缓解局部最优解问题,从而更容易找到全局最优解。
此外,遗传算法还能够处理多目标问题,将多个目标函数的优化结果整合成一组综合的最优解。
在约束优化问题的求解中,遗传算法的关键是如何设计适度的解码方法和适应度函数。
解码方法将问题的解编码为遗传算法中的染色体,而适应度函数则是对染色体进行评估的函数,用于刻画染色体对问题的适应程度。
因此解码方法和适应度函数的设计直接影响算法的求解效率和精度。
如果设计得当,遗传算法能够在较短时间内找到一组接近最优解的解决方案。
总之,遗传算法作为一种强大的优化算法,已经在各个领域得到了广泛的应用。
在求解约束优化问题上,遗传算法具有很大的优势,能够很好地处理复杂的优化问题,同时考虑到各种约束条件的限制。
当然,遗传算法还存在一些局限性,例如解码方法和适应度函数的设计不当,可能会导致算法陷入局部最优解,而无法找到全局最优解。
遗传算法如何处理约束条件问题
遗传算法如何处理约束条件问题引言遗传算法是一种模拟生物进化过程的优化算法,通过模拟遗传、变异和选择等过程来搜索最优解。
然而,在实际问题中,往往存在着一些约束条件,如资源限制、物理限制等。
本文将探讨遗传算法如何处理约束条件问题,以及常用的约束处理方法。
一、约束条件的定义与分类约束条件是指在问题求解过程中需要满足的一些限制条件。
根据约束条件的性质,可以将其分为硬约束和软约束两种类型。
1. 硬约束:必须满足的条件,否则解是无效的。
例如,生产过程中的物理限制、资源限制等。
2. 软约束:希望满足但不是必须的条件,可以通过引入惩罚函数来对其进行处理。
例如,最大化收益的同时最小化成本。
二、基本遗传算法在了解如何处理约束条件之前,我们先回顾一下基本的遗传算法流程。
1. 初始化种群:随机生成一组个体作为初始种群。
2. 评估适应度:根据问题的目标函数,计算每个个体的适应度。
3. 选择操作:根据适应度大小,选择一些个体作为父代。
4. 交叉操作:对选出的父代进行交叉操作,生成新的个体。
5. 变异操作:对新生成的个体进行变异操作,引入新的基因。
6. 评估适应度:计算新个体的适应度。
7. 环境选择:根据适应度大小,选择一些个体作为下一代种群。
8. 终止条件:达到预定的迭代次数或找到满足条件的解。
三、约束处理方法在遗传算法中,处理约束条件的方法主要有两种:罚函数法和修复法。
1. 罚函数法罚函数法是通过引入惩罚函数来处理约束条件。
具体而言,将违反约束条件的个体的适应度进行惩罚,使其在选择操作中的概率降低。
这样可以保证生成的解满足约束条件。
例如,对于一个最小化问题,假设约束条件为g(x)<=0,其中x为个体的染色体,g(x)为约束函数。
则可以定义一个罚函数P(x)来对违反约束条件的个体进行惩罚,如P(x)=max(0,g(x))。
通过将罚函数与目标函数相结合,计算个体的适应度。
2. 修复法修复法是通过对违反约束条件的个体进行修复,使其满足约束条件。
matlab遗传算法求解约束问题
在MATLAB中使用遗传算法求解约束问题,你可以使用MATLAB的Global Optimization Toolbox,它包含一个名为ga的函数,可以用来求解无约束问题,而对于有约束问题,你可以使用conga函数。
conga函数是遗传算法的一种,专为求解约束优化问题而设计。
以下是一个简单的示例,用conga函数求解一个简单的约束问题:```Matlabfunction main% Objective functionfun = @(x) x(1)^2 + x(2)^2;% ConstraintsA = [1 1];b = [2];Aeq = [];beq = [];% Initial guessx0 = [0,0];% Call conga[x,fval] = conga(fun,2,A,b,Aeq,beq,x0);% Display resultsdisp('Solution')disp(x)disp('Objective function value at solution')disp(fval)end```这个示例中定义了目标函数为x(1)^2 + x(2)^2,想要找到使目标函数最小的x。
约束条件为x(1) + x(2) = 2。
这是一个等式约束问题。
在调用conga函数时,我们传入目标函数和约束条件等信息,并得到最优解和对应的函数值。
注意,你的问题和这个示例可能不完全一样,因此你需要根据实际情况调整目标函数、约束条件和初始猜测值等内容。
特别是约束条件,可能是等式约束也可能是不等式约束,甚至可能都有,你需要按实际情况提供。
遗传算法解决多约束优化问题的启发式搜索方法
遗传算法解决多约束优化问题的启发式搜索方法随着科学技术的不断发展,人们对于优化问题的需求也越来越迫切。
在实际生活和工作中,我们常常会遇到多约束优化问题,即在满足一系列约束条件的前提下,寻找最优解。
传统的优化算法往往无法高效地解决这类问题,而遗传算法作为一种启发式搜索方法,具有很好的适应性和鲁棒性,被广泛应用于多约束优化问题的求解。
遗传算法的核心思想是模拟自然界中的进化过程,通过模拟遗传、变异和选择等操作,不断优化解的适应度,最终找到最优解。
在解决多约束优化问题时,遗传算法可以通过设计适应度函数、交叉和变异操作等方式,有效地搜索解空间,并找到满足约束条件的最优解。
在设计适应度函数时,我们需要考虑多个目标函数和约束条件。
一种常用的方法是将目标函数和约束条件进行加权求和,得到一个综合的适应度值。
通过调整不同目标函数和约束条件的权重,可以在搜索过程中平衡不同的优化目标和约束条件。
此外,还可以使用罚函数法,将不满足约束条件的解进行惩罚,以防止这些解被选择和进化。
交叉和变异操作是遗传算法的核心操作,通过模拟自然界中的基因交换和突变,产生新的解,并逐步改进解的适应度。
在解决多约束优化问题时,我们需要设计合适的交叉和变异操作,以保证生成的新解满足约束条件。
一种常用的方法是通过交叉和变异操作生成的解与父代解进行比较,保留满足约束条件且适应度更好的解,丢弃不满足约束条件或适应度较差的解。
除了适应度函数、交叉和变异操作,遗传算法还有其他一些关键的参数需要调整,例如种群大小、迭代次数等。
种群大小的选择会影响搜索过程中的多样性和收敛速度,迭代次数的选择会影响搜索过程的终止条件。
在解决多约束优化问题时,我们需要根据具体问题的特点和要求,合理地选择这些参数,以获得更好的求解效果。
然而,遗传算法也存在一些局限性。
首先,遗传算法是一种启发式搜索方法,其搜索过程是基于概率和随机性的,因此无法保证找到全局最优解。
其次,遗传算法的求解效率受到问题规模和复杂度的限制,对于大规模和高维度的问题,可能需要更多的时间和计算资源。
一种新的遗传算法求解有等式约束的优化问题
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《基于遗传算法的度约束最小生成树问题的研究》范文
《基于遗传算法的度约束最小生成树问题的研究》篇一一、引言度约束最小生成树问题(Degree-Constrained Minimum Spanning Tree Problem, DC-MST)是图论领域中的经典问题之一,它在计算机网络设计、交通网络优化、电信网络规划等领域有着广泛的应用。
近年来,随着大数据和人工智能的快速发展,遗传算法作为一种重要的优化算法,在解决复杂组合优化问题中发挥了重要作用。
本文旨在研究基于遗传算法的度约束最小生成树问题,并分析其求解性能和应用效果。
二、研究背景在无向加权图中,最小生成树问题是寻找连接所有节点的无环连通子图,并且使子图的所有边权之和最小。
而度约束最小生成树问题则是在此基础上增加了节点的度约束条件,即每个节点的连接边数不能超过给定的限制。
这一问题的求解对于网络结构的优化和设计具有重要意义。
传统的求解方法如Kruskal算法和Prim算法等在处理大规模问题时往往效率较低,因此需要寻找更高效的算法来求解度约束最小生成树问题。
三、遗传算法概述遗传算法是一种模拟自然进化过程的优化算法,它通过模拟生物进化过程中的选择、交叉和变异等操作来寻找最优解。
在求解度约束最小生成树问题时,遗传算法能够快速找到满足度约束的解,并且具有较高的求解效率。
本文将采用遗传算法来求解度约束最小生成树问题。
四、基于遗传算法的度约束最小生成树问题求解本文提出的基于遗传算法的度约束最小生成树问题求解方法主要包括以下步骤:1. 编码:将解空间中的解编码为遗传算法中的染色体,每个染色体代表一个可能的解。
在度约束最小生成树问题中,染色体通常采用实数编码或整数编码的方式表示节点的连接关系和度约束条件。
2. 初始化种群:随机生成一定数量的初始染色体作为种群的初始解。
这些初始解构成了遗传算法的初始种群。
3. 选择:根据适应度函数选择优秀的染色体进入下一代。
在度约束最小生成树问题中,适应度函数通常采用生成树的边权之和作为评价指标。
一种新的求解约束多目标优化问题的遗传算法
种 易 于 实现 的 超 量 惩 罚 策 略 来替 代 小生 境 技 术 , 以 改进 种 群 的 多样 性 。 外 , 采 用 了 P rt 集 过 滤 器 、 城 变 异 用 此 还 ae o解 邻
和 群 体 重 组 等 策 略 时 算 法 的 寻 优 能 力 进 行 改进 并 最 终 形 成 了一 种 求 解 有 约 束 多 目标 优 化 问 题 的 P rt 传 算 法 ae o遗
摘 要 由于 采 用 罚 函数 法将 有 约束 多 目标 优 化 问题 转化 为 无 约 束 多 目标 优 化 问题 会 使 求 解 不舍 理 , 因此 , 章 首 先在 文
无 约 束 P rt 序 遗 传 算 法 的基 础 上 。 出 了一 个 简单 、 用 的 能 分 别 考 虑 目标 函数 和 约 束 函数 , 又 可 以避 免 采 用 罚 ae o排 提 实 而 函数 的全 新 排 序 方 法 。接 着 , 对 小 生境 技 术在 遗 传 后 期 依 旧会 出现 遗 传 漂移 现 象 和共 享半 径 不 易确 定 等 缺 陷 , 出 了 针 提
( MO G . 给 出了 具体 的 算 法流 程 图 。 最 后 采 用 两 个数 值 算 例 对 算 法 的 求 解 性 能 进 行 了测 试 。数 值 试 验 表 明 , 用 C P A)还 采
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Abtat s uu 1pn t u c o tos a sd t t n f src :A sa.e a y fnt n me d r ue o  ̄ s 瑚 a cnt ie no a n o sand m t bet e l i h e a o o san d it n u cnt ie u i jc v r r l o i
matlab遗传算法整数约束
matlab遗传算法整数约束遗传算法是一种模拟自然界进化过程的优化算法,它通过模拟遗传操作和自然选择,逐步优化解空间中的解。
而在实际问题中,很多情况下需要对整数进行约束,即优化的解必须满足一定的整数条件。
本文将介绍如何在Matlab中使用遗传算法来解决整数约束问题。
我们需要明确整数约束的具体要求。
整数约束通常可以分为两种情况:一种是解的取值必须为整数,即优化的解必须是整数;另一种是解的取值范围限制在整数区间内,即优化的解只能在整数区间内取值。
接下来将分别介绍这两种情况下的处理方法。
对于解的取值必须为整数的情况,我们可以使用遗传算法的编码方式进行处理。
一种常用的编码方式是二进制编码,即将每个整数解转化为一个二进制串。
例如,假设我们要优化的解是一个3位整数,那么我们可以将解空间划分为8个区间,每个区间对应一个二进制串,如000表示0,001表示1,以此类推。
这样,在遗传算法的进化过程中,我们可以通过交叉、变异等遗传操作来生成新的二进制串,然后再将它们转化为整数解。
最后,通过适应度函数来评估每个解的优劣,并进行选择和进化,直至找到最优解。
对于解的取值范围限制在整数区间内的情况,我们可以通过调整遗传算法的参数来实现。
一种常用的方法是使用整数编码的实数遗传算法。
在实数遗传算法中,解空间中的每个解都用一个实数表示,然后通过适应度函数进行评估和选择。
在交叉和变异操作中,我们可以使用一些特定的方法来保证解的取值仍然在整数区间内。
例如,在交叉操作中,可以通过对两个解进行加权平均来生成新的解,然后再对新解进行四舍五入取整。
在变异操作中,可以对解进行微小的扰动,然后再进行四舍五入取整。
除了上述两种方法,还有一些其他的处理整数约束的方法。
例如,可以使用罚函数法来处理整数约束。
罚函数法通过给不符合整数约束的解增加一个罚函数值,从而惩罚这些解,使它们的适应度降低。
这样,在进化过程中,遗传算法会趋向于生成满足整数约束的解。
通过使用合适的编码方式、调整遗传算法参数或使用罚函数法,我们可以在Matlab中有效地处理整数约束问题。
遗传算法约束条件
遗传算法约束条件
遗传算法(Genetic Algorithm,GA)是一种受生物遗传与进化理论启发的优化算法,用于求解复杂问题的约束条件。
在遗传算法中,约束条件通常有两种类型:硬约束条件和软约束条件。
1. 硬约束条件:这些条件必须被满足,否则解是无效的。
例如,对于某个问题,可能存在一些限制条件,如不等式约束、等式约束等。
遗传算法在产生新的解时,必须保证新解满足这些约束条件。
解决硬约束条件的方法包括:
- 使用罚函数方法,在目标函数中引入罚项,对不满足约束条
件的解进行惩罚;
- 使用修复算子,对于不满足约束条件的解进行修复,使其满
足约束条件。
2. 软约束条件:这些条件不是必须满足的,但是满足这些条件可以提高解的质量。
例如,某个问题可能存在一些偏好条件,如最小化某个指标、最大化某个指标等。
尽量满足这些条件可以得到更好的解。
解决软约束条件的方法包括:
- 将约束条件作为目标函数的一部分,构建多目标优化问题,
通过权衡不同目标之间的关系来求解;
- 调整遗传算法的参数,如选择算子、交叉算子、变异算子等,
以提高解的质量。
在应用遗传算法时,需要根据具体问题的约束条件进行相应的处理,选择合适的约束处理方法,以获得满足约束条件的最优解。
基于遗传算法的几何约束快速求解方法
Quc ou in t o ti C n tan a e n G n t g rt m ik S lt oGe merc o sr i t sd o e ei Alo i o B c h
DI NG You—he
( @ n oma Unvri ,J n s nig 2 0 4 ,C ia Na g N r l iest i guNaj , 1 0 2 hn ) y a n
Ab t a t Ai e t t e s l t n o h e m e rc c n t an ,t e p p r p t f r a d a a v n e e e i a g r h h tg v e sr c : m d a h o u i ft e g o ti o sr i t h a e u o w r d a c g n tc lo i m t a a e a n w o d t
me h d f rs lc i g t e iii l e n d e h o U ft e ie a i g p o e s t o o ee t h n ta g ne a d a d t e l p O to h r t r c s ,By t se f in t o n d o t n hi fi e t me h d,i c ud b p t h c t o l eu o t e o u i r cso ft e Ne o s l t n p e iin o h wt n— Ra h n o e 。a d a s o v v r c n t an ,u d r c n t an ,a d o h rc n ta n r b o p s n s n lo s le o e o s r i e o d n e — o s rie d n t e o s r i tp o — lms i e n CAD y t m . s se
nsga2算法加约束条件
nsga2算法加约束条件摘要:1.NSGA2 算法简介2.约束条件的作用3.NSGA2 算法添加约束条件的方法4.添加约束条件后的NSGA2 算法优势5.应用实例与结论正文:【1.NSGA2 算法简介】SGA2(Never Say Die Genetic Algorithm 2)算法是一种基于遗传算法的优化算法,具有优秀的全局搜索能力。
它在解决复杂优化问题时,具有较高的效率和稳定性。
NSGA2 算法主要通过种群、适应度函数、选择、交叉和变异等操作来实现搜索过程。
【2.约束条件的作用】在实际优化问题中,往往存在一些约束条件,这些约束条件限制了优化问题的解空间。
加入约束条件,可以帮助算法更快地找到满足实际需求的解,同时可以提高算法的实用性。
【3.NSGA2 算法添加约束条件的方法】在NSGA2 算法中,可以通过以下方法添加约束条件:(1)在适应度函数中引入约束条件:通过将约束条件融入适应度函数中,使得适应度函数在满足约束条件的解上取到最大值。
(2)在交叉操作中引入约束条件:在交叉操作中,对满足约束条件的解进行交叉,生成新的解。
(3)在变异操作中引入约束条件:在变异操作中,对满足约束条件的解进行变异,生成新的解。
【4.添加约束条件后的NSGA2 算法优势】添加约束条件后的NSGA2 算法,在寻找满足实际需求的解时,具有更高的效率和准确性。
同时,约束条件的引入有助于提高算法的实用性和稳定性。
【5.应用实例与结论】通过对某一实际优化问题进行求解,可以发现添加约束条件后的NSGA2 算法在搜索过程中具有较高的效率和稳定性。
在满足实际需求的前提下,算法能够较快地找到最优解。
因此,在解决实际问题时,可以考虑将约束条件引入NSGA2 算法,以提高算法的性能。
nsga2算法加约束条件
NSGA2算法加约束条件引言在多目标优化问题中,常常需要考虑到一些约束条件。
NSGA2算法是一种经典的多目标优化算法,能够有效地解决多目标优化问题。
本文将介绍NSGA2算法以及如何在该算法中加入约束条件,以实现对约束条件的处理。
NSGA2算法概述NSGA2(Nondominated Sorting Genetic Algorithm II)是一种基于遗传算法的多目标优化算法。
它通过模拟自然选择和进化的过程,以一种逐代演化的方式搜索多目标问题的最优解。
NSGA2算法的基本思想是通过非支配排序和拥挤度距离来维护种群的多样性。
它将个体根据其被其他个体支配的次数进行排序,将非支配个体划分为不同的等级。
在选择操作中,NSGA2算法根据等级和拥挤度距离来选择优良的个体。
通过这种方式,NSGA2算法能够在保持种群多样性的同时,逐渐逼近真实的帕累托前沿。
NSGA2算法的基本步骤NSGA2算法的基本步骤包括初始化种群、计算适应度、非支配排序、计算拥挤度距离、选择操作、交叉操作和变异操作。
初始化种群在NSGA2算法中,初始种群是随机生成的一组个体。
每个个体都是一个解向量,表示问题的一个可能解。
计算适应度对于每个个体,需要计算其适应度值。
适应度值可以根据问题的具体情况来定义,例如目标函数值的加权和。
非支配排序通过比较个体之间的支配关系,将种群中的个体划分为不同的等级。
非支配排序的目的是找到非支配解集,即不被其他解支配的解。
计算拥挤度距离对于每个等级的个体,需要计算其拥挤度距离。
拥挤度距离用于衡量个体在解空间中的分布密度,较大的拥挤度距离表示个体分布较稀疏。
选择操作选择操作用于选择下一代种群中的个体。
在NSGA2算法中,选择操作是基于非支配排序和拥挤度距离的。
具体来说,选择操作首先按照非支配排序对个体进行排序,然后按照拥挤度距离选择优良的个体。
交叉操作交叉操作用于生成下一代种群中的个体。
在NSGA2算法中,交叉操作通过交换两个个体的染色体片段来生成新的个体。
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基于遗传算法的一种新的约束处理方法苏勇彦1,王攀1,范衠2(1武汉理工大学 自动化学院, 湖北 武汉 430070)(2丹麦理工大学 机械系 哥本哈根)摘 要:本文针对目前的约束处理方法中存在的问题,提出一种新的约束处理方法。
该方法通过可行解和不可行解混合交叉的方法对问题的解空间进行搜索,对可行种群和不可行种群分别进行选择操作。
避免了惩罚策略中选取惩罚因子的困难,使得约束处理问题简单化。
实例测试结果表明,该约束处理方法的有效性。
关键词:遗传算法、约束处理、可行解、不可行解、两种群混合交叉1引言科学研究和工程应用中许多问题都可以转化为求解一个带约束条件的函数优化问题[1]。
遗传算法(Genetic Algorithm )与许多基于梯度的算法比较,具有不需要目标函数和约束条件可微,且能收敛到全局最优解的优点 [2],因此,它成为一种约束优化问题求解的有力工具。
目前,基于GA 的约束处理方法有拒绝策略,修复策略,改进遗传算子策略以及惩罚函数策略等。
但是这些方法都存在一些问题[3]:修复策略对问题本身的依赖性,对于每个问题必须设计专门的修复程序。
改进遗传算子策略则需要设计针对问题的表达方式以及专门的遗传算子来维持解的可行性。
惩罚策略解的质量严重依赖于惩罚因子的选取,当惩罚因子不适当时,算法可能收敛于不可行解。
本文针对目前的约束处理方法中存在的问题,提出一种新的约束处理方法。
该方法通过可行解和不可行解混合交叉的方法对问题的解空间进行搜索,对可行种群和不可行种群分别进行选择操作。
避免了惩罚策略中选取惩罚因子的困难,使得约束处理问题简单化。
实例测试结果表明,该约束处理方法的有效性。
2约束处理方法描述2.1单目标有约束优化问题一般形式)(max x f..t s ;0)(≤x g i1,,2,1m i L L =;0)(=x h i )(,,1211m m m m i +=+=LX x ∈这里都是定义在m m m m h h h g g g f ,,,;,,;2121111L L ++n E 上的实值函数。
X 是n E 上的子集,x 是维实向量,其分量为。
上述问题要求在变量满足约束的同时极大化函数。
函数通常为目标函数。
约束n n x x x ,,,21L n x x x ,,,21L f f ;0)(≤x g i 称为不等式约束;约束称为等式约束。
集合;0)(=x h i X 通常为变量的上下界限定的区域。
向量且满足所有约束,则称之为问题的可行解。
所有可行解构成可行域。
否则,为问题的不可行解,所有不可行解构成不可行域。
问题的目标是找到一个可行解X x ∈x 使得)()(x f x f ≤对于所有可行解x 成立。
那么,x 为最优解[4]。
2.2算法描述目前,最常采用的约束处理方法为惩罚函数法。
但优化搜索的效率对惩罚因子的选择有明显的依赖性。
同时,惩罚因子没有统一的选择标准,使得惩罚因子选择非常困难。
基于惩罚函数的方法,选择是对可行解与不可行解的混合种群进行的。
若种群中只有可行解,则不会出现惩罚因子的问题。
但若采用拒绝策略,完全拒绝不可行解则大大减少搜索范围,很难收敛到最优解。
“既然我们的目标是找到可行的最优解,一定要用对不可行解进行惩罚的方法吗?”[5]正是根据这一思路,本文提出一种既要利用不可行解扩大搜索范围,又不引入惩罚因子的约束优化处理方法。
该方法引入两个种群:可行种群和不可行种群。
遗传算法采用实数编码法,对两个种 群进行的交叉操作为:分别从可行种群和不可行种群中随机选择一个个体,为父代个体进行混合的算术交叉,生成两个新个体。
采用可行种群与不可行种群个体进行交叉的目的是扩大搜索空间。
对交叉、变异后生成的新个体进行判断,将其分为可行种群和不可行种群,分别对可行种群和不可行种群进行选择操作。
popf inf pop 1p 2p 21,c c 由于与惩罚函数法具有相同的原理,即两种方法都利用不可行解增加搜索范围,同时利用可行解与不可行解之间的交叉操作产生新的解。
在现实中存在一大类约束优化问题,其最优解位于约束边界上或附近,及最优点处不等式约束全部或大部分取为等号。
因此,采用一种称为凸交叉的算术交叉,算术交叉操作及参数选择如下[4]:21111p p c λλ+=,12212p p c λλ+=, 121=+λλ,0,021>>λλ如右图所示:可行区域的点A 与不可行区域点C 交叉时,生成的个体在A 、C 之间的连线上。
该交叉方法可以搜索到约束边界附近的点。
如何从交叉和变异中产生的新种群以及交叉变异之前的新种群中找到最优解?这是选择操作要解决的问题。
本文的方法是将原始种群分为可行种群和不可行种群,对两种群分别进行选择操作。
选择操作实现对个体适应值的评估,通过优胜劣态的进化原理最终收敛到最优解。
这种方法就避免了确定惩罚因子带来的困难。
2.3算法流程step 0:初始化,设置变异概率 、可行种群大小和不可行种群大小,根据约束条件对m p 初始种群中的个体进行判断,将初始种群分为可行种群和不可行种群; popf inf pop step 1:对可行种群与不可行种群进行混合交叉、变异操作;popf inf pop step 2:根据约束条件对交叉、变异后生成的新种群中个体进行判断,将种群分为可行种群popf 和不可行种群;inf pop step 3:采用 )(λµ+ 选择策略分别对不可行种群、可行种群进行选择操作;step 4:判断算法终止条件是否满足?NO :转到step 1;YES :终止程序;3问题测试及实验结果数值测试例子问题1[6]2122212164222)(max x x x x x x x f ++−+−=..t s 221≤+x x 5521≤+x x01≥x ,02≥x 问题2[4,7]141.40792293239.378356891.03578547.5)(min 15123−++=x x x x x f ..t s 920022053.000026.00056868.0334407.850534152≤−++≤x x x x x x1100021813.00029955.00071317.051249.8090232152≤+++≤x x x x x 250019085.00012547.00047026.0300961.920433153≤+++≤x x x x x x 102781≤≤x 45332≤≤x45273≤≤x45274≤≤x 45275≤≤x根据上文提出的约束处理方法,编写matlab 程序进行实验,采用进化策略中的)(λµ+选择方法,对问题1,2求解结果为:问题1. 初始种群popsize 大小为400,可行种群与不可行种群分别为初始种群大小的一半,迭代次数为150,变异概率为0.05,程序运行10次得到最好解=7.1611,对应的变量值为(1.1287, 0.7742)。
唐加福等采用混合遗传算法(HGA )得到的最优解7.16085gen m p )(x f [6]。
问题2. 初始种群大小popsize 为400,可行种群与不可行种群分别为初始种群大小的一半,迭代次数为100,变异概率为0.05,程序运行10次得到最好解=-3.0918e+004, gen m p )(x f 对应的变量值为(78.3002,33.8606,27.8735,44.8036,42.6653)。
与Homaifar,Qi 和Lai 用基于惩罚策略的遗传算法得到解[8]以及广义简约梯度法(GRG )得到的结果有很大的提高,如下表所示。
同时,李敏强、寇纪淞等基于遗传算法的直接比较—比例方法[1]得到结果最好解为-30665.539[9]。
通过实验比较可知,该方法是一种很有效的约束处理方法。
表1 算法结果项目 参考解 遗传算法基于遗传的全局参考解 遗传算法基于遗传的局部参考解 GRG 的解 本文的方法得到的解)(x f1x2x3x4x5x -30665.5 78.00 33.00 29.995 45.00 36.776 -30175.804 80.61 34.21 31.34 42.05 34.85 -30182.269 81.49 34.09 31.24 42.20 34.37 -30373.950 78.62 33.44 31.07 44.18 35.22 -30918.0078.3002 33.8606 27.8735 44.8036 42.6653 4结论利用遗传算法解决约束优化问题时,出现的问题是在进行交叉、变异操作时,会出现不可行解。
可以按照处理不可行解的方法对约束优化问题处理方法进行分类。
完全拒绝不可行解的方法就是拒绝策略,惩罚策略对不可行解的适应度值进行处理。
本文的方法是引入可行种群和不可行种群两个种群进行混合交叉、变异操作来扩大搜索范围,增加种群的多样性,产生新的解;然后两个种群分别进行选择操作以提高种群的平均适应度值。
通过几个常用的测试问题的求解以及与其它几种约束处理方法的比较表明:本文提出的约束处理方法具有很好的性能,且处理方法简单。
进一步的研究问题:各种约束处理方法的比较研究,特别是各种处理方法的效率的比较,遗传算法中种群大小、交叉概率、变异概率、迭代次数等参数的选取对算法的性能的影响的研究。
同时,任何算法都有其适用范围,因此进一步研究本文算法对哪些问题效果好。
参考文献:1.林丹、李敏强、寇纪淞基于遗传算法求解约束优化问题的一种算法软件学报V ol12.No4 2001 628-632 2. David E.Goldberg Genetic Algorithms in Search, Optimization & Machine Learning Addison-wesley publishing company 19893.Michalewicz, Z., Dasgupta, D., Le Riche, R.G., and Schoenauer, M., Evolutionary Algorithms for Constrained Engineering Problems, Computers & Industrial Engineering Journal, V ol.30, No.2, September 1996, pp.851-8704.玄光男,程润伟北京: 遗传算法与工程设计科学出版社 20005.Michalewicz, Z Evolutionary Algorithms for Constrained Optimization IWEC’2000 International Workshop on Evolutionary Computation Wuhan pp.1—116. Tang Jiafu, Wang Dingwei, A.Ip, R.Y.K.Fung A hybrid genetic algorithm for a type of non-linear programming problems, Computers and Mathematics with Applications, V ol.36, No.5. 1998 pp.11-21 7.Himmelblau, M., Applied Nonlinear Programming, McGraw-Hill, New York,19728.Homaifar, A.,C. Qi, and S. Lai, Constrained optimization via genetic algorithms, Simulation, V ol. 62, No.4, pp.242-254,19949.李敏强、寇纪淞、林丹、李全书北京: 遗传算法的基本理论与应用科学出版社 2002A new handling constraint method based on the GeneticAlgorithmsSu Yongyan1,Wang Pan1,Fan zhun21 School of Automation,Wuhan university of technology2 Danmark university of technologyAbstractA new method to handle constrained optimization is proposed in this paper, to solve the disadvantages of the methods .This method searches the solution space of the problem though the admixture crossover of feasible and infeasible solutions, and does the selection operation on feasible and infeasible populations, respectively. It avoids the difficulty of selecting the penalty factor in penalty strategy and makes the handling constrain simplify. Numerical results show that it is a general effective method.Keywords:Genetic Algorithm; Constraint handling; feasible solution; infeasible solution。