1、原理介绍
进化梯度搜索(Evolutionary Gradient Search, EGS)[1]是兼顾进化计算与梯度搜索的一种混合算法,具有较强的局部搜索能力。在每次迭代过程中,EGS方法首先用受进化启发的形式估计梯度方向,然后以最陡下降的方式执行实际的迭代步骤,其中还包括步长的自适应,这一过程的总体方案如下图所示:
文献[1]中指出了进化梯度搜索(EGS)与经典的进化算法的区别。在产生并评估了解的后代之后,进化算法通常只选择最适合的后代作为下一代的亲本。因此,进化算法通常会丢弃最差(未选择)后代中包含的所有信息。相反,EGS算法使用所有后代候选解来计算(全局)梯度的估计。此外,由于后续的测试步骤,EGS程序不是一个纯粹的进化算法,而是一个混合方法。
2、基于动量项加速的版本
从经典的优化技术中,我们知道,在某些情况下,最速下降方法表现出无用的梯度振荡:它不是沿着非常窄的山谷,同时优化路径可能在两边之间振荡,导致沿着山谷方向的有效进展非常小。可以设想,这个问题可以通过使用动量项(例如,[2])来缓解。通过整合之前的步骤来提供一种记忆。动量项可以表示为:
3、仿真实验
以海洋捕食者算法(MPA)为基本算法。考察基于进化梯度搜索的改进海洋捕食者算法(命名为EGS-MPA) vs. 海洋捕食者算法(MPA)
在Sphere函数上的比较:
在Rosenbrock函数上的比较:
在CEC2017-1上:
在CEC2017-3上:
在CEC2017-4上:
在CEC2017-12上:
在CEC2017-23上:
代码获取:
4、参考文献
[1] Salomon R. Evolutionary algorithms and gradient search: similarities and differences[J]. IEEE Transactions on Evolutionary Computation, 1998, 2(2): 45-55.
[2] R. Salomon and J. L. van Hemmen, “Accelerating backpropagation through dynamic self-adaptation,” Neural Networks, vol. 9, no. 4, pp.589–601, 1996.