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A membrane-inspired algorithm with a memory mechanism for knapsack problems
1
作者 Juan-juan HE Jian-hua XIAO +1 位作者 Xiao-long SHI Tao SONG 《Journal of Zhejiang University-Science C(Computers and Electronics)》 SCIE EI 2013年第8期612-622,共11页
Membrane algorithms are a class of distributed and parallel algorithms inspired by the structure and behavior of living cells. Many attractive features of living cells have already been abstracted as operators to impr... Membrane algorithms are a class of distributed and parallel algorithms inspired by the structure and behavior of living cells. Many attractive features of living cells have already been abstracted as operators to improve the performance of algorithms. In this work, inspired by the function of biological neuron cells storing information, we consider a memory mechanism by introducing memory modules into a membrane algorithm. The framework of the algorithm consists of two kinds of modules (computation modules and memory modules), both of which are arranged in a ring neighborhood topology. They can store and process information, and exchange information with each other. We test our method on a knapsack problem to demonstrate its feasibility and effectiveness. During the process of approaching the optimum solution, feasible solutions are evolved by rewriting rules in each module, and the information transfers according to directions defined by communication rules. Simulation results showed that the performance of membrane algorithms with memory cells is superior to that of algorithms without memory cells for solving a knapsack problem. Furthermore, the memory mechanism can prevent premature convergence and increase the possibility of finding a global solution. 展开更多
关键词 membrane algorithm memory mechanism knapsack problem
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Improved Parallel Three-List Algorithm for the Knapsack Problem without Memory Conflicts
2
作者 潘军 李肯立 李庆华 《Journal of Southwest Jiaotong University(English Edition)》 2006年第1期7-14,共8页
Based on the two-list algorithm and the parallel three-list algorithm, an improved parallel three-list algorithm for knapsack problem is proposed, in which the method of divide and conquer, and parallel merging withou... Based on the two-list algorithm and the parallel three-list algorithm, an improved parallel three-list algorithm for knapsack problem is proposed, in which the method of divide and conquer, and parallel merging without memory conflicts are adopted. To find a solution for the n-element knapsack problem, the proposed algorithm needs O(2^3n/8) time when O(2^3n/8) shared memory units and O(2^n/4) processors are available. The comparisons between the proposed algorithm and 10 existing algorithms show that the improved parallel three-fist algorithm is the first exclusive-read exclusive-write (EREW) parallel algorithm that can solve the knapsack instances in less than O(2^n/2) time when the available hardware resource is smaller than O(2^n/2) , and hence is an improved result over the past researches. 展开更多
关键词 knapsack problem NP-HARD Parallel algorithm memory conflicts Hardware-time tradeoff
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Optimal Parallel Algorithm for the Knapsack Problem Without Memory Conflicts 被引量:11
3
作者 Ken-LiLi Ren-FaLi Qing-HuaLi 《Journal of Computer Science & Technology》 SCIE EI CSCD 2004年第6期760-768,共9页
The knapsack problem is well known to be NP-complete. Due to its importance in cryptosystem and in number theory, in the past two decades, much effort has been made in order to find techniques that could lead to pract... The knapsack problem is well known to be NP-complete. Due to its importance in cryptosystem and in number theory, in the past two decades, much effort has been made in order to find techniques that could lead to practical algorithms with reasonable running time. This paper proposes a new parallel algorithm for the knapsack problem where the optimal merging algorithm is adopted. The proposed algorithm is based on anEREW-SIMD machine with shared memory. It is proved that the proposed algorithm is both optimal and the first without memory conflicts algorithm for the knapsack problem. The comparisons of algorithm performance show that it is an improvement over the past researches. Keywords knapsack problem - NP-complete - parallel algorithm - optimal algorithm - memory conflict Supported by the National Natural Science Foundation of China under Grant No.60273075, the National High Technology Development 863 Program of China under Grant No.863-306-ZD-11-01-06.Ken-Li Li received his B.S. and M.S. degrees in mathematics from National University of Defense Technology and Central South University in 1995 and 2000 respectively and he is now a Ph.D. candidate in computer software and theory at Huazhong University of Science and Technology. His main research interests include parallel computing and combinatorial optimization.Ren-Fa Li received his Ph.D. degree in computer software and theory at Huazhong University of Science and Technology, and he is concurrently a professor and Ph.D. supervisor in School of Computer and Communication, Human University. His main research interests include network computing.Qing-Hua Li received his M.S. degree in computer science from Huazhong University of Science and Technology in 1981, and he is concurrently a professor and Ph.D. supervisor in School of Computer Science and Technology, Huazhong University of Science and Technology. His current research interests include parallel processing, combinatorial optimization, and grid computing. 展开更多
关键词 knapsack problem NP-COMPLETE parallel algorithm optimal algorithm memory conflict
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求解0-1背包问题的牵制平衡算法
4
作者 罗亚波 滕红玺 《工业工程》 北大核心 2023年第3期116-123,共8页
为扩充对于经典NP-hard问题中的0-1背包问题的求解方法,模拟生态系统中各物种间相互依存、牵制,最终达到动态平衡的自然机制,提出一种新型仿生算法:牵制平衡算法。算法以种群规模描述设计变量,以牵制关系为优化驱动力,以系统达到稳态为... 为扩充对于经典NP-hard问题中的0-1背包问题的求解方法,模拟生态系统中各物种间相互依存、牵制,最终达到动态平衡的自然机制,提出一种新型仿生算法:牵制平衡算法。算法以种群规模描述设计变量,以牵制关系为优化驱动力,以系统达到稳态为优化目标,设计了自成长函数、牵制函数、成长函数用以描述设计变量的变化规律,促进解的寻优进程。将牵制平衡算法对于10个不同规模0-1背包问题的求解结果与近年来文献数据进行对比,结果显示算法在8个不同规模的问题中能获得当前已知最优解,验证了牵制平衡算法的收敛性与求解性能,表明算法对于0-1背包问题的求解具有有效性和竞争力。 展开更多
关键词 0-1背包问题 NP-HARD问题 仿生算法 元启发式算法 生态平衡机制
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二进制改进粒子群算法在背包问题中的应用 被引量:34
5
作者 马慧民 叶春明 张爽 《上海理工大学学报》 EI CAS 北大核心 2006年第1期31-34,共4页
提出了用于求解0 1背包问题的二进制编码的粒子群算法,阐明了该算法求解背包问题的具体实现过程.为了提高粒子群算法的收敛速度,在传统的二进制编码的粒子群算法中嵌入了记忆功能.通过对其他文献中仿真实例的计算和结果比较,表明该算法... 提出了用于求解0 1背包问题的二进制编码的粒子群算法,阐明了该算法求解背包问题的具体实现过程.为了提高粒子群算法的收敛速度,在传统的二进制编码的粒子群算法中嵌入了记忆功能.通过对其他文献中仿真实例的计算和结果比较,表明该算法在寻优能力、计算速度和稳定性方面都超过了文献中提到的遗传算法和模拟退火算法.提出的求解背包问题的二进制改进粒子群算法,同样可以应用于其他离散优化问题. 展开更多
关键词 背包问题 粒子群算法 二进制 记忆机制
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在量子计算机上求解0/1背包问题 被引量:10
6
作者 胡劲松 陈国良 郭光灿 《计算机学报》 EI CSCD 北大核心 1999年第12期1314-1316,共3页
在Grover算法和量子指数搜索算法的基础上,提出了一个量子算法去求解0/1 背包问题.这个算法在没有使用任何可以提高搜索效率的经典策略的情况下,能够在O(c2n2 )步以至少1- 12c 的概率求解问题规模为n 的0/1
关键词 量子算法 量子计算机 NP问题 0/1背包问题
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背包问题无存储冲突的并行三表算法 被引量:4
7
作者 李肯立 李仁发 李庆华 《计算机学报》 EI CSCD 北大核心 2006年第2期345-352,共8页
背包问题属于经典的NP难问题,在信息密码学和数论等研究中具有极重要的应用.将求解背包问题著名的二表算法的设计思想应用于三表搜索中,利用分治策略和无存储冲突的最优归并算法,提出一种基于EREW-SI MD共享存储模型的并行三表算法.算... 背包问题属于经典的NP难问题,在信息密码学和数论等研究中具有极重要的应用.将求解背包问题著名的二表算法的设计思想应用于三表搜索中,利用分治策略和无存储冲突的最优归并算法,提出一种基于EREW-SI MD共享存储模型的并行三表算法.算法使用O(2n/4)个处理机单元和O(23n/8)的共享存储空间,在O(23n/8)时间内求解n维背包问题.将提出的算法与已有文献结论进行的对比分析表明:文中算法明显改进了现有文献的研究结果,是一种可在小于O(2n/2)的硬件资源上,以小于O(2n/2)的计算时间求解背包问题的无存储冲突并行算法. 展开更多
关键词 背包问题 NP难问题 并行算法 存储冲突 硬件-时间折衷
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基于并行粒子群算法的带时间窗车辆路径问题 被引量:11
8
作者 吴勇 叶春明 +1 位作者 马慧民 夏梦雨 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2007年第14期223-226,共4页
提出求解带时间窗车辆路径问题的多群并行的粒子群算法。为了提高算法的收敛速度,在每个粒子群中嵌入了记忆功能。针对基本粒子群算法在求解有时间窗车辆路径问题时初始解的单一性导致局部收敛的问题,对两个种群采用了两种不同的初始化... 提出求解带时间窗车辆路径问题的多群并行的粒子群算法。为了提高算法的收敛速度,在每个粒子群中嵌入了记忆功能。针对基本粒子群算法在求解有时间窗车辆路径问题时初始解的单一性导致局部收敛的问题,对两个种群采用了两种不同的初始化方法,并在进化过程中,两个种群相互用记忆粒子替换对方种群中的较差粒子。最后将该算法的运行结果与其他算法进行比较,表明该算法的有效性。 展开更多
关键词 粒子群算法 并行 时间窗 车辆路径问题 记忆机制
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格雷码混合遗传算法求解0-1背包问题 被引量:5
9
作者 王则林 吴志健 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2012年第8期2906-2908,共3页
给出0-1背包问题的数学模型,修改传统二进制编码为格雷码混合遗传算法,使用贪心算法来解决约束问题,对每个个体使用价值密度来衡量,提高了算法搜索效率,同时使用精英保留机制来加速算法收敛的速度。最后通过数值实验证明了算法的有效性。
关键词 遗传算法 背包问题 格雷码 贪心算法 精英保留机制
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一种求解背包问题的自适应算法 被引量:2
10
作者 江华 谭新星 李祥 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2008年第4期7-9,共3页
针对二表算法和动态二表算法求解背包问题,提出一个并行自适应算法,能用2δ个处理机、O(ε2(n-δ)/2)的时间、O(2(n+δ)/2-ε)的空间求解背包问题(0≤δ≤n/5,1≤ε≤(n-δ)/4),根据处理机的数目以及存储器的容量来选择参数,充分利用已... 针对二表算法和动态二表算法求解背包问题,提出一个并行自适应算法,能用2δ个处理机、O(ε2(n-δ)/2)的时间、O(2(n+δ)/2-ε)的空间求解背包问题(0≤δ≤n/5,1≤ε≤(n-δ)/4),根据处理机的数目以及存储器的容量来选择参数,充分利用已有的硬件资源,以求得最快的求解速度。实验结果证明了该算法的有效性。 展开更多
关键词 背包问题 NP问题 并行算法 时间-存储器-处理机折中
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基于变异概率分析的改进QGA及其应用 被引量:2
11
作者 戴勇谦 张明武 +1 位作者 祝胜林 戴勇新 《计算机工程》 CAS CSCD 2013年第7期247-251,256,共6页
标准量子遗传算法(QGA)在应用于组合优化问题时,会由于早熟收敛而陷入局部最优。为解决该问题,引入k位变异子空间概念分析Q-bit的变异概率分布,指出传统随机变异机制和QGA自有变异机制之间的冲突,提出一种基于观测状态的阶段式大尺度变... 标准量子遗传算法(QGA)在应用于组合优化问题时,会由于早熟收敛而陷入局部最优。为解决该问题,引入k位变异子空间概念分析Q-bit的变异概率分布,指出传统随机变异机制和QGA自有变异机制之间的冲突,提出一种基于观测状态的阶段式大尺度变异机制。将该机制的变异算子嵌入量子旋转策略表,对不同规模的0/1背包问题进行测试,结果表明,该机制能有效避免早熟收敛,跳出局部最优,全局寻优能力优于标准QGA。 展开更多
关键词 量子计算 量子遗传算法 变异机制 变异概率分布 组合优化 0 1背包问题
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改进膜蜂群算法求解0-1背包问题 被引量:4
12
作者 宋潇潇 王军 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2015年第7期2088-2092,共5页
针对现有算法在求解大规模0-1背包问题时存在的不足,提出一种改进膜蜂群算法(IABCPS)。IABCPS将膜计算(MC)的思想引入人工蜂群(ABC)算法,基于极坐标编码的方式,采用细胞型单层膜结构(OLMS),利用各基本膜中改进人工蜂群算子进行迭代,并... 针对现有算法在求解大规模0-1背包问题时存在的不足,提出一种改进膜蜂群算法(IABCPS)。IABCPS将膜计算(MC)的思想引入人工蜂群(ABC)算法,基于极坐标编码的方式,采用细胞型单层膜结构(OLMS),利用各基本膜中改进人工蜂群算子进行迭代,并结合表层膜实现数据交流;算法通过调整内部参数,实现寻优过程中开发和探索的有效配合。实验结果表明IABCPS在求解小规模背包问题时能准确找到最优解。在求解200个物品的背包问题时,IABCPS相对克隆选择免疫遗传算法(CSIGA)平均结果提高了0.15%,方差降低了97.53%;相对于ABC算法平均结果提高了4.15%,方差降低了99.69%,表现出了良好的寻优能力和稳定性。在与ABCPS求解物品数量为300,500,700,1 000的大规模背包问题的比较实验中,IABCPS的平均结果比ABCPS分别高1.25%、3.93%、6.75%和11.21%,且方差与实验次数的商始终维持在个位数,表现出了良好的鲁棒性。 展开更多
关键词 人工蜂群算法 膜计算 0-1背包问题 极坐标编码 细胞型P系统
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改进二进制布谷鸟搜索算法求解多维背包问题 被引量:16
13
作者 张晶 吴虎胜 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2015年第1期183-188,共6页
针对多约束组合优化问题——多维背包问题(MKP),提出了一种改进二进制布谷鸟搜索(MBCS)算法。首先,采用经典的二进制代码变换公式构建了二进制布谷鸟搜索(BCS)算法。其次,引入病毒生物进化机制和病毒感染操作,一方面赋予布谷鸟鸟巢位置... 针对多约束组合优化问题——多维背包问题(MKP),提出了一种改进二进制布谷鸟搜索(MBCS)算法。首先,采用经典的二进制代码变换公式构建了二进制布谷鸟搜索(BCS)算法。其次,引入病毒生物进化机制和病毒感染操作,一方面赋予布谷鸟鸟巢位置自变异机制增加种群多样性;一方面将布谷鸟鸟巢位置所组成的主群体的纵向全局搜索和病毒群体的横向局部搜索进行动态结合,进一步提高了算法的收敛速度,降低了陷入局部极值的概率。再次,针对MKP特点设计了不可行解的混合修复策略。最后将MBCS算法同量子遗传算法(QGA)、二进制粒子群优化(BPSO)算法、BCS算法就来源于ELIB数据库和OR_LIB数据库的15个算例进行了仿真对比。实验结果表明,所提算法计算误差均小于1%,标准差小于170,相比这3种算法具有相对更好的寻优精度和求解稳定性,是一种求解多维背包等NP难问题有效的算法。 展开更多
关键词 进化计算 二进制布谷鸟搜索算法 病毒机制 多维背包问题 组合优化
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改进的克隆选择算法求解高维背包问题 被引量:2
14
作者 钱淑渠 武慧虹 《计算机科学与探索》 CSCD 北大核心 2016年第12期1711-1719,共9页
针对克隆选择算法(clonal selection algorithm,CSA)求解高维背包问题(knapsack problem,KP)时可行抗体比率低且易于陷入局部搜索的问题,充分挖掘免疫系统的抗体多样性机理,提出了受体编辑机制,并设计了二次修补策略增强约束处理能力,... 针对克隆选择算法(clonal selection algorithm,CSA)求解高维背包问题(knapsack problem,KP)时可行抗体比率低且易于陷入局部搜索的问题,充分挖掘免疫系统的抗体多样性机理,提出了受体编辑机制,并设计了二次修补策略增强约束处理能力,获得了改进的克隆选择算法CSA-ER(clonal selection algorithm with receptor editing and repair)。数值实验将CSA-ER与CSA的一系列变体(CSA-M、CSA-E、CSA-MR)及两类其他群智能算法应用于两类KP进行了仿真比较,结果表明CSA-ER具有较强的开采和收敛能力。同时对CSA-ER的3个参数(克隆选择率α、编辑率Tr及基因段基准长度σ)进行了敏感性分析,获得了合适的参数选择策略。 展开更多
关键词 高维背包问题 克隆选择算法(CSA) 受体编辑机制 修补策略
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一种改进的混合遗传算法求解0_1背包问题 被引量:2
15
作者 白东玲 郭绍永 《电子设计工程》 2013年第14期9-11,共3页
背包问题是组合优化中的NP(Non-Deterministic Polynomial)难题之一,论文将贪婪算法与遗传算法相结合提出一种改进的混合遗传算法来求解0_1背包问题。改进的混合遗传算法通过遗传算法的择优,重复执行选择、交叉和变异以及贪婪算法的修... 背包问题是组合优化中的NP(Non-Deterministic Polynomial)难题之一,论文将贪婪算法与遗传算法相结合提出一种改进的混合遗传算法来求解0_1背包问题。改进的混合遗传算法通过遗传算法的择优,重复执行选择、交叉和变异以及贪婪算法的修正这样一个过程,使得所求解在可以接受的时间内越来越接近最优解。同时采用精英保留机制来加快算法的收敛速度。最后通过实证明该改进的算法可以有效地克服遗传算法中早熟的现象,该方法同样也适用其他优化问题。 展开更多
关键词 遗传算法 贪婪算法 背包问题 精英选择
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一种求解背包问题的混合差异演化算法 被引量:1
16
作者 马立肖 赵占芳 《计算机工程》 CAS CSCD 2012年第7期164-167,共4页
为增强差异演化算法在求解背包问题时的局部搜索能力,提出拉马克-鲍德温混合差异演化算法。该算法采用双种群协同进化,以差异演化算法为主体,在演化过程中分别引入拉马克进化和鲍德温效应2种局部搜索算子,引导种群进化方向。仿真实验结... 为增强差异演化算法在求解背包问题时的局部搜索能力,提出拉马克-鲍德温混合差异演化算法。该算法采用双种群协同进化,以差异演化算法为主体,在演化过程中分别引入拉马克进化和鲍德温效应2种局部搜索算子,引导种群进化方向。仿真实验结果表明,该算法求解精度高,收敛速度快,能够高效求解背包问题。 展开更多
关键词 背包问题 差异演化算法 拉马克进化 鲍德温效应 双重编码机制
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遗传算法优化资源配置提高综采面可靠性的研究
17
作者 谢广祥 胡敬朋 《矿冶》 CAS 2006年第4期13-16,共4页
遗传算法“优胜劣汰”的原则在解决非线性不连续多峰函数问题时,优于其它传统优化方法。本文在分析了背包问题和混合遗传算法特点的基础上,首次运用遗传算法建立了优化资源配置以提高综采面可靠性模型。成果应用表明,该模型简便、可靠... 遗传算法“优胜劣汰”的原则在解决非线性不连续多峰函数问题时,优于其它传统优化方法。本文在分析了背包问题和混合遗传算法特点的基础上,首次运用遗传算法建立了优化资源配置以提高综采面可靠性模型。成果应用表明,该模型简便、可靠、具有先进性,对促进综采高产高效具有积极的作用。 展开更多
关键词 遗传算法 背包问题 综采面 可靠性
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基于贪婪离散类电磁机制算法求解背包问题 被引量:2
18
作者 王建龙 孙合明 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2013年第9期2557-2561,共5页
针对基本类电磁机制算法不能够有效解决离散型的背包问题,提出了一种贪婪离散类电磁机制算法。首先,提出一种交叉操作;然后,利用提出的交叉操作对基本类电磁机制算法中的合力计算公式和粒子移动方法进行修改,使其能够适用于离散型问题;... 针对基本类电磁机制算法不能够有效解决离散型的背包问题,提出了一种贪婪离散类电磁机制算法。首先,提出一种交叉操作;然后,利用提出的交叉操作对基本类电磁机制算法中的合力计算公式和粒子移动方法进行修改,使其能够适用于离散型问题;最后,引入贪婪算法的机制来处理经过类电磁机制算法迭代得到的解,使这些解满足背包问题的约束条件。通过对3个经典的背包测试问题进行的测试结果表明:该算法可以解决离散型的背包问题,并且具有较优的求解性能。 展开更多
关键词 类电磁机制算法 背包问题 离散 约束条件 贪婪算法
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求解TSP的学习记忆果蝇算法 被引量:2
19
作者 王勇臻 陈燕 张金松 《小型微型计算机系统》 CSCD 北大核心 2016年第12期2722-2726,共5页
提出一种解决TSP的学习记忆果蝇算法.为克服传统果蝇算法易于陷入局部极值的缺点,该算法引入了果蝇的学习记忆机制,通过设置种群记忆区指导果蝇个体的搜索方向,以提高算法的全局寻优能力.同时,为增强算法求解TSP的局部搜索能力,结合λ-... 提出一种解决TSP的学习记忆果蝇算法.为克服传统果蝇算法易于陷入局部极值的缺点,该算法引入了果蝇的学习记忆机制,通过设置种群记忆区指导果蝇个体的搜索方向,以提高算法的全局寻优能力.同时,为增强算法求解TSP的局部搜索能力,结合λ-opt算法设计了一种离散型嗅觉搜索过程.实验结果分析表明,本文所提出的算法能够有效地求解TSP,具有可靠的全局收敛性,较快的收敛速度. 展开更多
关键词 果蝇算法 旅行商问题 学习记忆机制 λ-opt算法 离散型嗅觉搜索
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融合差异进化的混合算法求解多选择背包问题 被引量:1
20
作者 蒋妍 潘大志 《计算机与数字工程》 2022年第4期744-749,共6页
针对典型的组合优化问题——多选择背包问题(MCKP),提出了一种融合差异进化的混合算法(IDEHA)。算法按照适应度值将个体分为3个阶级,实施差异进化;通过设计一种有效的随机贪心修复策略,引入精英库进行协同寻优来加速算法收敛。通过对典... 针对典型的组合优化问题——多选择背包问题(MCKP),提出了一种融合差异进化的混合算法(IDEHA)。算法按照适应度值将个体分为3个阶级,实施差异进化;通过设计一种有效的随机贪心修复策略,引入精英库进行协同寻优来加速算法收敛。通过对典型的多选择背包算例的求解并与其他算法的对比分析,基于融合差异进化的混合算法具有收敛速度快、求解精度高、稳定性和鲁棒性强等优点。 展开更多
关键词 个体差异进化机制 随机贪心修复策略 精英库 鱼群算法 粒子群算法 多选择背包问题
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