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均勻權重向量集合的生成

在多目標進化演算法中,權重向量的生成非常重要。

Das I, Dennis J E. Normal-boundary intersection: A new method for generating the Pareto surface in nonlinear multicriteria optimization problems[J]. SIAM Journal on Optimization, 1998, 8(3): 631-657.

上述這篇文章提出了生成空間中均勻分佈的權重向量的方法。該方法對m維空間進行取樣,得到CH+m1m1個在空間中均勻分佈的權重向量,其中,

H>0為每個目標方向上的取樣個數,其取樣步長為δ=1/H

m=3,H=4時,生成的均勻分佈的權重向量有C4+3131=15個,如下所示:

weightVector

以上問題可以抽象為:

給定m和H,輸出均勻分佈的權重向量集合。

集合A = {0,1/H,2/H,...,1},從集合A裡面選擇m個數,使得這m個數的和為1,即a1+a2+...am=1

對這個問題進行分析:

可以轉化為從集合B = {0, 1, 2, …, H}中選擇m個數,使得這m個數的和為H,即

b1+b2+...bm=H;

這個問題可以進一步轉化為從集合C = {1, 2, 3, …, H + 1}中選擇m個數,使得這m個數的和為(H + m),cn=bn+1,即c1+c2+...cm=H+m;

這時候就可以分析為什麼權重向量個數是CH+m1m1

和為(H+m)可以看作有(H+m)個球排成一排,這(H+m)個球排成的一排一共有(H+m1)個空隙,選m個數可以用插板法做,選擇其中的m1個空隙進行插板,分為m份。所以總的個數是CH

+m1m1。根據每一份的個數得到c1,c2,...cm。最後,an=(cn1)/H

如何實現:

用一個排列表示,這個排列有m1個1,表示有插板,有(H+m1(m1)),即H個0,表示沒有插板。有多少種不同的排列就有多少個不同的權重向量。根據1和0的位置,得到c1,c2,...cm,進而得到

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