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    多目标演化算法 | 从参考点出发,求解高维多目标优化问题!

    从社会生活的角度出发,最优化问题普遍存在于我们的日常生活中。例如,人们往往追求利润的最大化、投资风险的最小化等。随着科学技术和生产生活的日益发展,人们面临的优化问题也日渐复杂。其中,多目标优化问题是一类典型的代表。顾名思义,多目标优化问题即人们需同时优化多个目标,且各目标之间往往存在冲突。例如,生产经营者往往希望用最小的代价获得最大的收益;人们购买汽车时,除了考虑价格外,还会考虑汽车的性能、舒适度等(见图一)。而演化算法(见图二)是模拟生物界自然选择和自然进化的随机启发式算法,现已成为当前解决复杂多目标优化问题的有效工具之一。其中,香港城市大学张青富教授提出的MOEA/D目前已成为求解多目标优化问题最流行的算法框架[1-2]。

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    Front. Chem.|LigBuilder V3:一种多目标的从头药物设计方法

    今天给大家介绍的是北京大学来鲁华课题组在frontiers in Chemistry上发表的文章《LigBuilder V3: A Multi-Target de novo Drug Design Approach》。在文章中,作者提出了第一个从头多靶点药物设计程序LigBuilderV3,可用于设计靶向结合多个受体、一个受体的多个结合位点或一个受体的各种构象的配体。为了证明LigBuilderV3的实用性,作者使用LigBuilderV3,并用三种不同的策略,包括多目标从头设计,多目标增长,和多目标连接,设计了靶向HIV蛋白酶和HIV逆转录酶的双功能抑制剂。设计出的化合物经过MM/GBSA结合自由能估计被验证为计算上有效,有较高的作为HIV蛋白酶和HIV逆转录酶的多靶点药物的潜力。LigBuilderV3程序可以在“http://www.pkumdl.cn/ligbuilder3/”上下载。

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    NIPS 2018 | 作为多目标优化的多任务学习:寻找帕累托最优解

    统计学中最令人震惊的结论之一是 Stein 悖论。Stein(1956)认为,若要估计高斯随机变量,最好是从所有样本中估计三个或三个以上变量的均值,而不是分别单独进行估计,即使这些高斯分布是相互独立的。Stein 悖论是探索多任务学习(MTL)(Caruana,1997)的早期动机。多任务学习是一种学习范式,其中来自多任务的数据被用来获得优于独立学习每个任务的性能。MTL 的潜在优势超出了 Stein 悖论的直接含义,因为即便是真实世界中看似无关的任务也因数据共享的过程而存在很强的依赖性。例如,尽管自动驾驶和目标操纵看似无关,但相同的光学规律、材料属性以及动力学都对基础数据产生了影响。这启发人们在学习系统中使用多任务作为归纳偏好。

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    NSGA-II多目标遗传算法概述

    Non dominated sorting genetic algorithm -II NSGA-Ⅱ是目前最流行的多目标遗传算法之一,它降低了非劣排序遗传算法的复杂性,具有运行速度快,解集的收敛性好的优点,成为其他多目标优化算法性能的基准。 NSGA-Ⅱ就是在第一代非支配排序遗传算法的基础上改进而来,其改进主要是针对如上所述的三个方面: ①提出了快速非支配排序算法,一方面降低了计算的复杂度,另一方面它将父代种群跟子代种群进行合并,使得下一代的种群从双倍的空间中进行选取,从而保留了最为优秀的所有个体; ②引进精英策略,保证某些优良的种群个体在进化过程中不会被丢弃,从而提高了优化结果的精度; ③采用拥挤度和拥挤度比较算子,不但克服了NSGA中需要人为指定共享参数的缺陷,而且将其作为种群中个体间的比较标准,使得准Pareto域中的个体能均匀地扩展到整个Pareto域,保证了种群的多样性。

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    各种智能优化算法比较与实现(matlab版)

    免疫算法是受生物免疫系统的启发而推出的一种新型的智能搜索算法。它是一种确定性和随机性选择相结合并具有“勘探”与“开采”能力的启发式随机搜索算法。免疫算法将优化问题中待优化的问题对应免疫应答中的抗原,可行解对应抗体(B细胞),可行解质量对应免疫细胞与抗原的亲和度。如此则可以将优化问题的寻优过程与生物免疫系统识别抗原并实现抗体进化的过程对应起来,将生物免疫应答中的进化过程抽象成数学上的进化寻优过程,形成一种智能优化算法。它具有一般免疫系统的特征,采用群体搜索策略,通过迭代计算,最终以较大的概率得到问题的最优解。相对于其他算法,免疫算法利用自身产生多样性和维持机制的特点,保证了种群的多样性,克服了一般寻优过程(特别是多峰值的寻优过程)的不可避免的“早熟”问题,可以求得全局最优解。免疫算法具有自适应性、随机性、并行性、全局收敛性、种群多样性等优点。 1.2 算法操作步骤 (1)首先进行抗原识别,即理解待优化的问题,对问题进行可行性分析,提取先验知识,构造出合适的亲和度函数,并制定各种约束条件。 (2)然后初始化抗体群,通过编码把问题的可行解表示成解空间中的抗体,在解的空间内随机产生一个初始种群。 (3)对种群中的每一个可行解进行亲和度评价。(记忆单元的更新:将与抗原亲和性高的抗体加入到记忆单元,并用新加入的抗体取代与其亲和性最高的原有抗体(抗体和抗体的亲和性计算)) (4)判断是否满足算法终止条件;如果满足条件则终止算法寻优过程,输出计算结果;否则继续寻优运算。 (5)计算抗体浓度和激励度。(促进和抑制抗体的产生:计算每个抗体的期望值,抑制期望值低于阈值的抗体;可以知道与抗原间具有的亲和力越高,该抗体的克隆数目越高,其变异率也越低) (6)进行免疫处理,包括免疫选择、克隆、变异和克隆抑制。 免疫选择:根据种群中抗体的亲和度和浓度计算结果选择优质抗体,使其活化; 克隆:对活化的抗体进行克隆复制,得到若干副本; 变异:对克隆得到的副本进行变异操作,使其发生亲和度突变; 克隆抑制:对变异结果进行再选择,抑制亲和度低的抗体,保留亲和度高的变异结果。 (7)种群刷新,以随机生成的新抗体替代种群中激励度较低的抗体,形成新一代抗体,转步骤(3)。 免疫算法运算流程图

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