帝國(guó)競(jìng)爭(zhēng)算法(imperialist competitive algorithm, ICA )詳解+Java代碼
算法解析
其實(shí)和群體進(jìn)化類算法還是非常像的,只不過(guò)把個(gè)體的概念換成了國(guó)家而已。我們一步步來(lái)看。
1. 初始化
ICA的個(gè)體是國(guó)家,相當(dāng)于遺傳算法中的染色體,對(duì)于一個(gè)N維的優(yōu)化問(wèn)題,國(guó)家可以表示成如下形式:
國(guó)家的勢(shì)力大小通過(guò)代價(jià)函數(shù)來(lái)衡量:
國(guó)家的勢(shì)力和代價(jià)函數(shù)值成反比,即代價(jià)函數(shù)值越小,國(guó)家勢(shì)力越大。初始帝國(guó)的產(chǎn)生分為以下幾個(gè)步驟:
STEP 1:首先,隨機(jī)產(chǎn)生個(gè)國(guó)家,從中選出勢(shì)力較大的前個(gè)國(guó)家作為帝國(guó)主義國(guó)家,剩下的個(gè)國(guó)家作為殖民地。
STEP 2:其次,根據(jù)帝國(guó)主義國(guó)家的勢(shì)力大小劃分殖民地。每個(gè)帝國(guó)的殖民地個(gè)數(shù)按照式(1)~(3)計(jì)算:
其中,是第個(gè)帝國(guó)主義國(guó)家的代價(jià)函數(shù)值。是它的標(biāo)準(zhǔn)化代價(jià)。是它的標(biāo)準(zhǔn)化勢(shì)力大小。 是第個(gè)帝國(guó)的初始殖民地個(gè)數(shù)。最后,對(duì)于每個(gè)帝國(guó)主義國(guó)家,從個(gè)殖民地中隨機(jī)選擇相應(yīng)的個(gè)數(shù)分配給它,最終形成初始的個(gè)帝國(guó)。[2]
不過(guò)這里解釋一下,一個(gè)國(guó)家其實(shí)可以看成一個(gè)解的表示,與遺傳中染色體類似。國(guó)家的勢(shì)力通常由該國(guó)家所表示的解的好壞決定的。一般可以采用隨機(jī)或者貪心的方式生成初始國(guó)家,然后計(jì)算目標(biāo)函數(shù),計(jì)算勢(shì)力,再劃分帝國(guó)主義國(guó)家和殖民地國(guó)即可。
2. 殖民地同化
帝國(guó)主義國(guó)家為了更好地控制其殖民地國(guó)家,將自己的思想模式及文化風(fēng)俗推廣到殖民地國(guó)家的過(guò)程,稱為同化。ICA中通過(guò)所有殖民地向其所屬帝國(guó)主義國(guó)家移動(dòng)來(lái)模擬同化過(guò)程。[2] 當(dāng)然這個(gè)移動(dòng)可以看出解在解空間上的移動(dòng),與鄰域搜索那個(gè)移動(dòng)也有點(diǎn)類似,本質(zhì)還是解的變換。
一個(gè)同化的例子如下,其實(shí)跟GA中的交叉很相似:
3. 殖民地革命
殖民地革命是對(duì)殖民地進(jìn)行一定的移動(dòng),希望其能更靠近最優(yōu)解的位置。但通常而言,對(duì)于一個(gè)社會(huì)來(lái)講,不是說(shuō)有的革命都是成功的有益的。革命也可能導(dǎo)致資源內(nèi)耗,無(wú)法進(jìn)行有效的社會(huì)變革從而降低殖民地的力量(參照蘇聯(lián))。一個(gè)殖民地革命的例子如下(和GA中的變異很像對(duì)不對(duì)):
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