基于外部存档更新及截断的NSGA-Ⅱ改进算法

作者：崔恒薇; 丁炜超; 魏鹏^*; 顾春华; 姚保华

来源：华东理工大学学报, 2023, 1-11.

DOI：10.14135/j.cnki.1006-3080.20230216001

• 多目标优化
• 精英选择
• NSGA-Ⅱ
• 权重向量
• 外部存档

传统的NSGA-Ⅱ算法使用拥挤度作为精英选择的第二指标，该方法在处理高维多目标优化问题时，常常由于选择压力不足、不同目标间优化冲突加剧等原因，很难维持种群收敛性和多样性的平衡。针对上述问题，提出一种基于外部存档更新及截断机制的NSGA-Ⅱ改进算法：NSGA-Ⅱ-UTEA。该算法首先在精英选择中引入基于权重向量分解的外部存档机制，然后根据个体与所在权重向量及超平面距离之和更新外部存档，并基于个体间角度计算实现外部存档截断，进一步提升了算法在高维多目标优化问题中种群的收敛性和多样性。与NSGA-Ⅱ、NSGA-Ⅲ、MOEA/D、NSGA-Ⅱ-ARSBX和RPD-NSGA-Ⅱ五种先进的进化算法得对比实验结果表明，NSGA-Ⅱ-UTEA算法在10目标以上的高维DTLZ和WFG系列测试函数上，各项性能指标整体优于其他算法，在解集的分布性和多样性方面具有显著优势。特别是在大部分高维WFG4-7凹问题上都能取得最佳的性能指标值。与传统的NSGA-Ⅱ算法相比，NSGA-Ⅱ-UTEA算法在10目标以上的高维DTLZ系列测试函数上，IGD性能平均提升了50.6%；在15目标以上的高维WFG系列测试函数上，HV性能平均提升了60.7%。实验结果验证了NSGA-Ⅱ-UTEA算法改进的有效性。

• 单位
  华东理工大学; 上海市民防科学研究所