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      國(guó)外新穎優(yōu)化算法

      2019-09-24 02:01:35韓毅徐梓斌張亮鄧麗麗
      現(xiàn)代營(yíng)銷·信息版 2019年10期
      關(guān)鍵詞:攻擊優(yōu)化算法鬣狗

      韓毅 徐梓斌 張亮 鄧麗麗

      摘 要:本文描述了2017年提出的一種新穎的智能優(yōu)化算法——花斑鬣狗算法(Spotted Hyena Optimizer, SHO),算法主要受到自然界中體型最大的鬣狗家族的啟發(fā),通過數(shù)學(xué)模型模擬了花斑鬣狗通過合作和自身能力進(jìn)行捕獵的社會(huì)行為。算法借鑒了花斑鬣狗的包圍獵物、狩獵、攻擊獵物和搜尋獵物的行為,設(shè)計(jì)了4種運(yùn)算算子來對(duì)應(yīng)鬣狗的四種行為。

      關(guān)鍵詞:鬣狗;優(yōu)化算法;包圍;攻擊

      基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金,71301147

      文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A ? ?中圖分類號(hào): TP391.9

      生物特性

      鬣狗是像狗一樣的大型食肉動(dòng)物,它們生活在非洲和亞洲的熱帶草原、半荒漠草原和森林中。目前,世界上已知的鬣狗種類有4種,它們是花斑鬣狗、條紋鬣狗、棕色鬣狗和土狼?;ò喵喙肥遣东C技術(shù)最高超的獵手,它們也稱為笑鬣狗。花斑鬣狗的皮毛上有紅棕色的斑點(diǎn),經(jīng)常無休止地爭(zhēng)奪領(lǐng)土和食物。在花斑鬣狗家族中,母鬣狗占主導(dǎo)地位,公鬣狗成年后要離開并加入一個(gè)新的部落?;ò喵喙钒l(fā)現(xiàn)新的食物源時(shí),會(huì)發(fā)出聲音警報(bào),這與人類的笑聲非常相似?;ò喵喙吠ǔ3扇荷詈筒东C,它們倚賴由100多名死黨構(gòu)成的交際網(wǎng)絡(luò)。圖1顯示了花斑鬣狗的狩獵、搜尋、包圍和攻擊行為。

      數(shù)學(xué)模型和SHO算法

      ①包圍獵物

      花斑鬣狗熟悉目標(biāo)獵物的位置,通常采用包圍策略逼近獵物。算法將當(dāng)前最佳方案作為獵物,其他鬣狗根據(jù)獵物更新自己的位置。這種行為的數(shù)學(xué)模型由以下方程表示:

      其中Dh表示獵物和鬣狗之間的距離,x表示當(dāng)前迭代,B是系數(shù)向量,Pp表示獵物的位置,P是鬣狗的位置,||和·分別是絕對(duì)值和向量乘積,Iteration= 1,2,3,...,MAXIteration,h的值從5線性減少到0,隨機(jī)向量rd1和rd2取值范圍在[0,1]之間。圖2給出了方程(1)和(2)在二維環(huán)境中的效果,鬣狗(A,B)可以根據(jù)獵物(A*,B*)的位置更新自身的位置。通過調(diào)整向量的值,鬣狗可以到達(dá)不同的位置,鬣狗在3D環(huán)境中的位置如圖3所示。根據(jù)圖2和圖3,可以推斷出鬣狗在n維空間中的位置更新方式。

      ②狩獵

      鬣狗通常成群生活,依靠識(shí)別獵物位置的能力和信任的朋友進(jìn)行捕獵。假設(shè)位置最好的鬣狗知道獵物的位置,其他鬣狗組成一個(gè)朝向位置最好的鬣狗進(jìn)行移動(dòng)的群體。

      其中Ph是第一只位置最好的鬣狗,Pk表示其他鬣狗的位置。

      N表示鬣狗數(shù)量,M是[0.5,1]之間的隨機(jī)數(shù)向量,Ch是一群最優(yōu)解構(gòu)成的集合,countnos是加上M之后所有與搜索空間中的最優(yōu)解位置非常接近的鬣狗的數(shù)量。

      ③攻擊獵物(局部搜索)

      為了模擬攻擊獵物的過程,h值隨著迭代過程從5降為0。E的值也隨h變化,|E| < 1表示鬣狗攻擊獵物,|E| > 1表示鬣狗搜索獵物。圖4和圖5顯示了鬣狗攻擊和搜索獵物行為。

      P(x+1)記錄了最好解并且根據(jù)位置最好的鬣狗更新了其他鬣狗的位置。

      ④搜尋獵物(全局搜索)

      鬣狗群主要根據(jù)與Ch相關(guān)的位置搜索獵物,鬣狗之間彼此遠(yuǎn)離并尋找和攻擊獵物。通過設(shè)置E>1或E<-1的E隨機(jī)值來模擬鬣狗遠(yuǎn)離獵物,SHO算法可以進(jìn)行全局搜索。B向量也是SHO算法的關(guān)鍵向量,B>1有助于算法進(jìn)行全局搜索,B<1更利于算法的局部搜索。

      算法執(zhí)行步驟:

      1)初始化鬣狗群

      2)初始化SHO參數(shù),h, B, E, N并給出最大迭代次數(shù)作為終止條件

      3)計(jì)算鬣狗適應(yīng)值

      4)根據(jù)公式(8-9)計(jì)算位置最好的鬣狗Ph和Ch

      5) ?While (x< MaxIteration)

      6){對(duì)于每只鬣狗利用公式(10)更新位置

      7)更新h, B, E, N

      8)檢查鬣狗越界情況并進(jìn)行位置調(diào)整

      9)更新Ph值

      10)更新Ch值

      11)x+1

      12)輸出Ph值,結(jié)束程序

      結(jié)語:

      文獻(xiàn)在2017年提出了一種新穎智能優(yōu)化算法——花斑鬣狗算法,根據(jù)作者的描述,鬣狗算法通過包圍機(jī)制定義了圓形鄰域,該鄰域可以擴(kuò)展到更高維度的超空間。隨機(jī)向量B和E幫助鬣狗在超空間內(nèi)移動(dòng),狩獵方法幫助鬣狗定位獵物位置。通過調(diào)整E和h的值,算法可以在全局搜索和局部搜索之間輕松轉(zhuǎn)換。

      雖然SHO算法為學(xué)者提供了新的優(yōu)化工具,但是根據(jù)算法描述來看,SHO的描述并不清晰,學(xué)者難以明確把握算法計(jì)算規(guī)則,阻礙了算法的編程實(shí)現(xiàn)。算法存在的問題如下:

      1)從算法第②個(gè)狩獵算子來看,Ph是第一只位置最好的鬣狗。Ph是當(dāng)前種群中位置最好的鬣狗,還是整個(gè)迭代過程中遇到的第一個(gè)全局最好解,文章描述并不明確。

      2)此外,文章在第①個(gè)包圍算子中定義全局最好解是獵物Pb,而在②中又以Ph為最好解,因此文章描述前后矛盾,沒有邏輯性。

      3)公式(8)如果是用來在公式(10)中定位鬣狗群的中間位置,則N值和公式(9)就十分難以理解。

      4)公式(9)并未在文章中具體說明,只能結(jié)合算法步驟推斷Ph+1是迭代過程中的第二個(gè)全局最好解,N為整個(gè)迭代過程中出現(xiàn)的所有全局最好解的個(gè)數(shù)。至于為什么將Ph+M作為迭代過程中的最后一個(gè)全局最好解,作者并未說明。

      5)根據(jù)作者描述,公式(10)可以更新其他鬣狗的位置,但是根據(jù)公式來看,并不能確定公式(10)如何更新其他鬣狗的位置,如果將所有鬣狗位置都更新為公式(10)的位置,則所有鬣狗都位置相同了。根據(jù)公式(10)只能確定所有鬣狗的中間位置。

      6)根據(jù)算法的執(zhí)行步驟來看,SHO算法并未采用第①個(gè)包圍算子,這就顯得很不合常理。并且根據(jù)算法流程看,全局最好解(獵物)Pb并未采用,最終的最好解輸出是Ph。算法流程中,N是由作者設(shè)置的,但是根據(jù)公式(9),N是計(jì)算出來的,這就非常矛盾和不合情理。

      綜合來看,SHO算法存在諸多不合理之處,描述也不夠清晰。雖然SHO算法為學(xué)者提供了新的思路和創(chuàng)新觀點(diǎn),但算法的真實(shí)性和合理性還值得商榷。

      參考文獻(xiàn):

      [1] Dhiman G, Kumar V. Spotted hyena optimizer: A novel bio-inspired based metaheuristic technique for engineering applications [J]. Advances in Engineering Software, 2017, 114(12): 48-70.

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