【多目标优化算法】多目标粘液霉菌算法（MOSMA）附Matlab代码

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⛄ 内容介绍

本文提出了一种多目标粘液模算法 (MOSMA)，它是最近开发的粘液模算法 (SMA) 的多目标变体，用于处理行业中的多目标优化问题。最近，为了处理优化问题，已经为优化社区提出了几种元启发式和进化优化技术。在评估多目标优化 (MOO) 问题时，这些方法往往会遇到低质量的解决方案，而不是解决识别帕累托最优解决方案的准确估计和增加所有目标的分布的目标函数。SMA 方法遵循从实验室实验中粘菌的振荡行为获得的逻辑。与其他成熟的方法相比，SMA 算法显示出强大的性能，它是通过使用正负反馈系统结合最佳食物路径而设计的。所提出的 MOSMA 算法采用相同的基本 SMA 收敛机制，并结合精英非支配排序方法来估计帕累托最优解。作为一种后验方法，在 MOSMA 中保持多目标公式，并使用拥挤距离算子来确保增加所有目标的最优解的覆盖范围。所提出的 MOSMA 算法采用相同的基本 SMA 收敛机制，并结合精英非支配排序方法来估计帕累托最优解。作为一种后验方法，在 MOSMA 中保持多目标公式，并使用拥挤距离算子来确保增加所有目标的最优解的覆盖范围。所提出的 MOSMA 算法采用相同的基本 SMA 收敛机制，并结合精英非支配排序方法来估计帕累托最优解。作为一种后验方法，在 MOSMA 中保持多目标公式，并使用拥挤距离算子来确保增加所有目标的最优解的覆盖范围。

⛄ 部分代码

function [Score,PopObj] = HV(PopObj,PF)

%

% Hypervolume

%

    % Normalize the population according to the reference point set

    [N,M]  = size(PopObj);

    fmin   = min(min(PopObj,[],1),zeros(1,M));

    fmax   = max(PF,[],1);

    PopObj = (PopObj-repmat(fmin,N,1))./repmat((fmax-fmin)*1.1,N,1);

    PopObj(any(PopObj>1,2),:) = [];

    % The reference point is set to (1,1,...)

    RefPoint = ones(1,M);

    if isempty(PopObj)

        Score = 0;

    elseif M < 4

        % Calculate the exact HV value

        pl = sortrows(PopObj);

        S  = {1,pl};

        for k = 1 : M-1

            S_ = {};

            for i = 1 : size(S,1)

                Stemp = Slice(cell2mat(S(i,2)),k,RefPoint);

                for j = 1 : size(Stemp,1)

                    temp(1) = {cell2mat(Stemp(j,1))*cell2mat(S(i,1))};

                    temp(2) = Stemp(j,2);

                    S_      = Add(temp,S_);

                end

            end

            S = S_;

        end

        Score = 0;

        for i = 1 : size(S,1)

            p     = Head(cell2mat(S(i,2)));

            Score = Score + cell2mat(S(i,1))*abs(p(M)-RefPoint(M));

        end

    else

        % Estimate the HV value by Monte Carlo estimation

        SampleNum = 1000000;

        MaxValue  = RefPoint;

        MinValue  = min(PopObj,[],1);

        Samples   = unifrnd(repmat(MinValue,SampleNum,1),repmat(MaxValue,SampleNum,1));

        if gpuDeviceCount > 0

            % GPU acceleration

            Samples = gpuArray(single(Samples));

            PopObj  = gpuArray(single(PopObj));

        end

        for i = 1 : size(PopObj,1)

            drawnow();

            domi = true(size(Samples,1),1);

            m    = 1;

            while m <= M && any(domi)

                domi = domi & PopObj(i,m) <= Samples(:,m);

                m    = m + 1;

            end

            Samples(domi,:) = [];

        end

        Score = prod(MaxValue-MinValue)*(1-size(Samples,1)/SampleNum);

    end

end

function S = Slice(pl,k,RefPoint)

    p  = Head(pl);

    pl = Tail(pl);

    ql = [];

    S  = {};

    while ~isempty(pl)

        ql  = Insert(p,k+1,ql);

        p_  = Head(pl);

        cell_(1,1) = {abs(p(k)-p_(k))};

        cell_(1,2) = {ql};

        S   = Add(cell_,S);

        p   = p_;

        pl  = Tail(pl);

    end

    ql = Insert(p,k+1,ql);

    cell_(1,1) = {abs(p(k)-RefPoint(k))};

    cell_(1,2) = {ql};

    S  = Add(cell_,S);

end

function ql = Insert(p,k,pl)

    flag1 = 0;

    flag2 = 0;

    ql    = [];

    hp    = Head(pl);

    while ~isempty(pl) && hp(k) < p(k)

        ql = [ql;hp];

        pl = Tail(pl);

        hp = Head(pl);

    end

    ql = [ql;p];

    m  = length(p);

    while ~isempty(pl)

        q = Head(pl);

        for i = k : m

            if p(i) < q(i)

                flag1 = 1;

            else

                if p(i) > q(i)

                    flag2 = 1;

                end

            end

        end

        if ~(flag1 == 1 && flag2 == 0)

            ql = [ql;Head(pl)];

        end

        pl = Tail(pl);

    end  

end

function p = Head(pl)

    if isempty(pl)

        p = [];

    else

        p = pl(1,:);

    end

end

function ql = Tail(pl)

    if size(pl,1) < 2

        ql = [];

    else

        ql = pl(2:end,:);

    end

end

function S_ = Add(cell_,S)

    n = size(S,1);

    m = 0;

    for k = 1 : n

        if isequal(cell_(1,2),S(k,2))

            S(k,1) = {cell2mat(S(k,1))+cell2mat(cell_(1,1))};

            m = 1;

            break;

        end

    end

    if m == 0

        S(n+1,:) = cell_(1,:);

    end

    S_ = S;     

end

⛄ 运行结果

⛄ 参考文献

M. Premkumar, P. Jangir, R. Sowmya, H. H. Alhelou, A. A. Heidari and H. Chen, "MOSMA: Multi-objective Slime Mould Algorithm Based on Elitist Non-dominated Sorting," in IEEE Access, doi: 10.1109/ACCESS.2020.3047936.

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