5.4 優(yōu)化算法與利益最大化
優(yōu)化算法和生物進(jìn)化,軍事,管理學(xué),經(jīng)濟(jì)學(xué)以及人類的發(fā)展在追求利益最大化上是類同的。優(yōu)化算法追求系統(tǒng)的目標(biāo)最優(yōu),生物是追求生存可能最大化,軍事戰(zhàn)斗追求戰(zhàn)斗力盈余最大化,管理學(xué)追求有效產(chǎn)出最大化,經(jīng)濟(jì)學(xué)追求財富最大化。作者研究生的研究論文為多智能體差分進(jìn)化算法。智能體是模擬人類智能,它能感知周圍的環(huán)境,對環(huán)境做出反應(yīng),也能影響周圍的環(huán)境。而多個智能體集合在一起用來模擬人類社會的智能。
模擬人類智能,多智能體有5種算子,分別為創(chuàng)新算子,學(xué)習(xí)算子,合作算子,交叉算子和競爭算子。以高維函數(shù)為優(yōu)化對象(一維函數(shù)不存在合作),測試算法的性能。此處只選取高維函數(shù)中最復(fù)雜的F01進(jìn)行測試。
F01:
\[min\left|f(x) \right|=-\sum_{i=1}^{n}sin({x}_{i})sin^{20}(\frac{i\times{x}_{i}^{20}}{\pi})\]
自變量取值范圍為:
\[S=\left|0,\pi \right|^n\]
F01:
F01函數(shù)為100維函數(shù),即i=1,n=100,自變量的取值范圍為[0,π],能查到文獻(xiàn)均寫此函數(shù)最優(yōu)值未知。當(dāng)i=100,n=1時,它有100個局部極值點(diǎn),當(dāng)i=1,2,n=2時,它有2!=2個極值點(diǎn),當(dāng)i=99,100,n=2時,它有99×100=9900個極值點(diǎn);當(dāng)i=1,2,…,n,并且n=100時,即此函數(shù)是100維時,這個函數(shù)的局部極值點(diǎn)有100!個極值點(diǎn),數(shù)量為\[9.33\times 10^{157}\]
個,所以,它成為了測試高維函數(shù)尋優(yōu)能力最好的測試函數(shù)。多智能體差分進(jìn)化算法在個人筆記本電腦上花費(fèi)96小時所求的最小值為:-99.6201940,比可以查到的文獻(xiàn)所給出的最優(yōu)值都要好。
下面作者將解釋一下5種算子對算法的作用。創(chuàng)新算子(變異)是用來創(chuàng)造新的因素的,如果沒有創(chuàng)新,算法會陷入局部峰值,停止更新而產(chǎn)生早熟現(xiàn)象。學(xué)習(xí)算子是用來學(xué)習(xí)其他智能體的優(yōu)良因素的,沒有學(xué)習(xí)算子,好的因素不能滲透,創(chuàng)新算子產(chǎn)生的好因素的概率會降低,整個算法的尋優(yōu)速度會大大減慢。合作算子是用來使智能體的各個變量之間進(jìn)行合作的(100維就是100個自變量之間的合作),如果沒有合作算子,即使其中許多自變量達(dá)到了最優(yōu)解,整個智能體的數(shù)值還是很小的;沒有合作,算法的尋優(yōu)速度會減慢,并且達(dá)不到最優(yōu)值。交叉算子是種群中的個體用來交換自身的自變量,來追求自身函數(shù)值最大,沒有交叉算子,優(yōu)良的自變量便不可能被有效選出,算法也不會達(dá)到最優(yōu)值。競爭算子是用來比較每個智能體大小的,沒有競爭,就無法判定哪一個智能體更趨近于最優(yōu)解;沒有競爭,算法肯定不會得到最優(yōu)解,也無法進(jìn)行下去。
創(chuàng)新,學(xué)習(xí),合作,交易和競爭在軍事,管理學(xué),經(jīng)濟(jì)學(xué)以及人類的發(fā)展上所發(fā)揮的作用是相同的。沒有創(chuàng)新,人類最后會停止進(jìn)步,所以說創(chuàng)新是社會發(fā)展的根本動力。學(xué)習(xí)與合作可以提高產(chǎn)出,創(chuàng)造更多的利益。交換可以互通有無,增加產(chǎn)出。沒有競爭,社會就無法衡量優(yōu)劣,就沒有了方向。創(chuàng)新,學(xué)習(xí),合作,交易與競爭是互相促進(jìn)與協(xié)作的關(guān)系,他們共同作用使社會不斷的發(fā)展和進(jìn)步。
廣義動量定理Fαt=MV和系統(tǒng)思考也可以運(yùn)用到其他領(lǐng)域中,比如法證和法律。比如一個人有殺人動機(jī)(趨勢),有殺人的能力(F),具備殺人的方法(α),有殺人時間(t),有殺人工具(作用點(diǎn)),產(chǎn)生了殺人的事實結(jié)果(MV),并且對周圍的環(huán)境產(chǎn)生了影響(系統(tǒng)思考來分析交互影響,比如殺人被別人看到,現(xiàn)場留有指紋和兇器,身上有死者的血跡等對環(huán)境的影響),那么此人肯定可以被認(rèn)定殺人了。當(dāng)不能收集到所有這些證據(jù),而只收集到這其中幾種證據(jù)的組合時,各國的法官和陪審團(tuán)則需要依據(jù)法律以及這些僅有的證據(jù)作出自己的判斷。