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超体积近似:评估帕累托边界的方法-MATLAB开发

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简介:
本项目为MATLAB工具箱,提供了一种用于评估多目标优化问题中帕累托前沿的有效方法——超体积近似。通过该工具箱,用户可以便捷地计算和分析各类复杂系统中的最优解集。 近似帕累托边界的超体积计算方法如下:首先生成一个由乌托邦点和反乌托邦点定义的超长方体内的随机样本点;其次统计这些样本中处于前沿优势的数量。由此,超体积被估计为“支配点数与总点数的比例”。值得注意的是,选择乌托邦和反乌托邦的方式至关重要:如果选取的两点距离帕累托边界过远,则会导致即使面对截然不同的边界情况时结果也相近(例如,若乌托邦选得太远则超体积会很低;而反乌托邦太远离边界也会导致类似问题)。此外,位于参考点之外的前沿上的点将不被考虑在内进行近似计算(比如如果反乌托邦高于帕累托边界或乌托邦低于该边界,那么超体积将为0)。 输入参数包括: - F:需要评估的帕累托前沿; - AU:反乌托邦点; - U :乌托邦点; - N : 近似样本的数量。 输出结果是hv(超音量)。

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客服
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  • -MATLAB
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    本项目为MATLAB工具箱,提供了一种用于评估多目标优化问题中帕累托前沿的有效方法——超体积近似。通过该工具箱,用户可以便捷地计算和分析各类复杂系统中的最优解集。 近似帕累托边界的超体积计算方法如下:首先生成一个由乌托邦点和反乌托邦点定义的超长方体内的随机样本点;其次统计这些样本中处于前沿优势的数量。由此,超体积被估计为“支配点数与总点数的比例”。值得注意的是,选择乌托邦和反乌托邦的方式至关重要:如果选取的两点距离帕累托边界过远,则会导致即使面对截然不同的边界情况时结果也相近(例如,若乌托邦选得太远则超体积会很低;而反乌托邦太远离边界也会导致类似问题)。此外,位于参考点之外的前沿上的点将不被考虑在内进行近似计算(比如如果反乌托邦高于帕累托边界或乌托邦低于该边界,那么超体积将为0)。 输入参数包括: - F:需要评估的帕累托前沿; - AU:反乌托邦点; - U :乌托邦点; - N : 近似样本的数量。 输出结果是hv(超音量)。
  • RandP.m: 生成随机数 - MATLAB
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    该MATLAB脚本用于生成遵循帕累托分布的随机数,适用于统计分析、经济学模型及风险评估等领域。 此函数生成帕累托随机变量(类型 I)。参考《统计分布》一书由Evans、Hastings 和 Peacock编写,Wiley出版社于1993年出版或查阅相关权威资料了解更多信息。 帕累托分布是一种经典的“重尾”或“幂律”分布。其分布函数为F(x) = 1 - (b/x)^alpha,适用于x>=b的情况;密度函数f(x) = (alpha/b) * (b/x)^(alpha+1),同样适用x>=b的条件。 这意味着期望值E[X]等于 b* alpha/(alpha-1),前提是 alpha>1。但是需要注意的是,在 alpha<=1 的情况下,均值是无限大的。此外,方差为Var(X)=b^2 * alpha/[(alph...(此处原文省略了方差表达式的完整形式)。
  • 与分段分布探讨
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    本文深入探讨了帕累托定律及其在不同数据集中的应用,并详细分析了分段帕累托分布在经济学、社会学等领域的理论基础和实际意义。 帕累托(Pareto)是一个R软件包,提供了处理帕累托、分段帕累托以及广义帕累托分布的方法与工具。这些方法适用于再保险合约的定价工作: - 分布函数、密度及分位数功能; - 帕累托和分段帕累托分布中的层均值和方差计算; - 仿真模拟,包括两层级的预期损失之间的帕累托外推法; - 确定多余的频率与期望的图层损失间的帕累托阿尔法(对于分段Pareto分布); - 分段Pareto分布alpha的最大似然估计; - 计算正态、对数正态及伽玛分布下的局部帕累托参数; - 将任意数量参考层级预期损益与给定阈值处的多余频率拟合到分段Pareto模型。 此外,该包还为集体模型提供一些功能。这些模型具有Panjer类(如二项式、泊松及负二项式)索赔计数分布以及分段帕累托严重性分布: - 集体模型中的层均值、方差和标准偏差计算; - 利用该包模拟损失。 所有上述方法在处理分段Pareto分布时同样适用。
  • 生成最优拓扑:附带MATLAB代码实现- MATLAB
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    本项目提供了一种新颖算法用于生成帕累托最优网络拓扑,并包含了详细的MATLAB代码以供研究与实践。适用于复杂系统优化设计及性能评估。 工程师通常对获得最佳拓扑结构感兴趣,即针对各种结构问题的最佳概念设计。附带的Matlab代码在大约199行中生成了这样的最优解。作为示例,该代码解决了两个预设的结构性问题,并通过直接跟踪帕累托最优曲线为不同体积分数生成最佳拓扑结构。详情请参阅随附的pdf文档。
  • 排序程序
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    帕累托排序程序是一种用于多目标优化问题中的算法,能够帮助用户在多个相互冲突的目标中找到最优解集。 简单的Pareto非支配排序算法的Matlab代码提供了一个简单实用的选择,可以轻松嵌入到任何自己的程序里进行二次开发。之前寻找类似程序时发现大多数都是NSGA相关的,很少有单独提供的Pareto排序的小程序。这里分享一个这样的小程序!
  • 基于MATLAB多目标粒子群算
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    本研究利用MATLAB平台开发了一种新颖的多目标粒子群优化算法,专注于寻找并分析复杂问题中的帕累托最优解集。通过改进传统的粒子群算法,该方法能够有效地处理多个冲突的目标函数,在工程设计、经济管理等领域展现出广泛的应用潜力和优越性。 多目标粒子群算法帕累托求解MATLAB代码通过对接的帕累托比较来求解帕累托最优前沿。
  • MATLAB中定计算
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    本文介绍了在MATLAB环境下进行定积分数值计算的方法和技巧,包括但不限于梯形法则、辛普森法则等常见算法的应用与实现。 本段落档总结了在 MATLAB 中进行定积分近似计算的知识点。作为数学分析中的一个核心概念,定积分可以用来衡量函数在一个区间上的累积值。然而,在许多情况下,并不能直接使用牛顿—莱布尼兹公式来精确求解定积分的值,因此我们需要借助于各种近似方法来进行估算。 MATLAB 提供了多种工具和算法用于实现这一目标,包括但不限于矩形法、梯形法则及抛物线(辛普森)规则等。这些技术的选择通常依据具体的应用场景而定,并能够帮助我们有效地逼近积分值的准确度。 - **矩形方法**是其中最基础的一种手段,通过将整个求积区间分割成一系列小块区域并分别计算每个子区间的面积之和来实现估算。 - 同样地,**梯形法则**则是另一种被广泛使用的技术。它同样基于对积分范围进行细分的原则,但不同的是,在此方法下每一个细分为一个梯形单元而非简单的矩形。 - **抛物线规则(辛普森法)**是 MATLAB 中提供的更为高级且精确的一种估算策略,适用于那些需要更高精度要求的应用场景。 在具体操作层面: 1. 使用 `quad()` 函数可以快速执行单变量函数的积分计算任务。其基本调用格式为 `quad(fun,a,b)` ,其中参数`fun`代表被积函数表达式;而`a``b`分别对应于求解区间[a, b]。 2. 对于离散数据点集,可以通过 `trapz(x,y)` 实现梯形法则下的数值积分计算。这里输入变量 x 和 y 分别表示自变量的取值列表以及相应的函数值序列。 3. 若要处理二维或更高维度的问题,则可以利用 `dblquad()` 函数来完成双层定积分的近似求解,其调用方式为 `dblquad(fun,xmin,xmax,ymin,ymax)` ,其中`fun`定义了被积目标;而xmin、xmax、ymin 和 ymax 则指定了各个维度上的边界条件。 4. 当需要获得精确解析结果时,则可以通过符号运算功能实现。例如,使用命令如 `int(f,v,a,b)` 来计算函数 f 关于变量 v 的积分值(在区间 [a, b] 内);或者通过执行 `subs(f,x,a)` 将公式中的特定变量替换为固定数值 a。 综上所述,在 MATLAB 中进行定积分的近似求解提供了丰富的选择,用户可以根据实际需求灵活选用合适的算法以达到最优化的效果。
  • 指标算工具-Hypervolume Indicator: MATLAB
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    Hypervolume Indicator是一款用于多目标优化问题中评估解集质量的MATLAB工具箱。它通过计算帕累托前沿所围成的空间体积,提供了一种综合衡量非支配解集合多样性和收敛性的方法。 在进化多目标优化(EMO)过程中,算法会在性能空间生成一组点来估计帕累托前沿。为了评估这些数据点与实际帕累托前沿的接近程度,需要采用量化指标进行衡量。其中一种常用的度量方法是超体积指标,它计算的是由估计的帕累托前沿和参考点之间的几何体积。 然而,精确地计算这个指标会非常耗时。因此,开发了一种使用蒙特卡罗模拟的方法来估算这一值:通过随机选取性能空间中的若干样本点,并统计这些点被帕累托前沿支配的比例来进行超体积的估计。 该工具应Timo Aittokoski的要求而创建,他之前已经应用了作者提供的Pareto Front代码。
  • 缘检测:采用 PR 和 F-Measure - MATLAB
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    本项目使用MATLAB开发,旨在评估不同算法在图像处理中的边缘检测效果。通过精确率(PR)和F-测量值(F-Measure)等指标进行性能分析,为研究者提供全面的比较数据。 该程序使用图像的地面实况(BSD 图像和地面实况)比较边缘检测方法(Canny 和 Sobel)。 比较是通过两个参数(PR 和 F-Measure)完成的,评估参数的值越高,表明更好的边缘输出效果。在理想情况下,针对真实情况进行评估时,PR 的最大值可以达到无穷大,F-measure 为 1。 步骤如下: 1. 选择图片文件夹 2. 选择 Ground Truth 文件夹 该代码部分基于研究论文《边缘检测的模糊集方法》,如果您在研究工作中使用此代码,请引用国际图像处理杂志(IJIP)第6卷第6期。
  • 利用改进快速排序算寻找多目标问题前沿:此函数输出特定多目标解空间中最优索引-MATLAB
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    本MATLAB项目采用优化后的快速排序算法,高效地在多目标决策问题中识别并提取帕累托最优解集的索引。 此函数将索引返回到与帕累托最优设计集相对应的给定矩阵。该函数的基础算法基于快速排序,并且类似地实现了n个设计(其中n_p是最优)的预期运行时间O(n lg n + n_p),具有良好的前导系数。其实现在可能的情况下被向量化,支持由小于号、大于号或min()定义的任何数据类型。