一种识别进化算法参数化效应的可视化系统技术方案

本发明专利技术涉及一种识别进化算法参数化效应的可视化系统，包括数值计算模块、图形配置模块、绘图参数预处理模块以及图形生成模块；本发明专利技术可以直观地识别某种进化算法在求解特定问题时的参数化效应，并发现针对此问题的最优参数组合。本发明专利技术的价值在于提出一种有效克服进化算法参数不确定性的系统分析方法，降低了应用进化算法求解具体问题时的盲目性，有利于提高进化算法的优化效果，即在有限的时间内提高获得更接近于目标问题全局最优解的概率。

A visual system to identify the parametric effect of evolutionary algorithm

【技术实现步骤摘要】
一种识别进化算法参数化效应的可视化系统
本专利技术涉及计算机领域，更具体地，涉及一种识别进化算法参数化效应的可视化系统。
技术介绍
进化算法是一类基于达尔文进化论中“自然选择、适者生存”思想的最优化方法。它的原理是通过特定的编码方式，将寻找待求解问题最优解的过程模拟为自然界生物的进化过程，即通过染色体层面的选择、交叉和变异等操作，以迭代的方式获得待求解问题的近似最优解。如今，进化算法被广泛应用于各个领域，如信号处理、图像识别、生产调度、自动控制、机械设计和水资源管理。上述领域所涉及的优化问题往往属于组合优化问题，它的主要特征和难点在于解空间的规模随着决策变量个数和取值范围的增大呈指数规模增长。因此，传统的最优化方法难以求解如此规模庞大的问题，而进化算法由于其独特的搜索机制在处理此类问题上具有显著优势。然而，进化算法也存在一定的固有缺陷，主要表现为它的优化效率取决于自身的诸多参数，而这些参数对进化算法优化性能的影响存在深度的不确定性(即“参数化效应”)。因此，应用进化算法求解具体问题时需要解决的关键问题在于识别它的参数化效应。通过广泛的文献调研，发现大多数人在使用进化算法时并未系统地考虑参数化效应对算法性能的影响，仅仅通过简单的试算来确认参数的设定是否合理，或者直接沿用其他文献中的推荐取值，这些方法不利于充分发挥进化算法的潜力。换句话说，在求解具体问题时，大多数人并不清楚进化算法的参数取值是否合理，进而无法确定所获得的解是否足够接近待求解问题的理论最优解。
技术实现思路
为了解决现有技术中使用进化算法时大多数人并不清楚进化算法的参数取值是否合理的不足，本专利技术提供了一种识别进化算法参数化效应的可视化系统。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：一种识别进化算法参数化效应的可视化系统，包括数值计算模块、图形配置模块、绘图参数预处理模块以及图形生成模块；所述的数值计算模块用于选择进化算法及待求解的问题，构造若干组进化算法各个参数的取值组合，设定每组参数的取值并进行独立的优化计算，评估每组参数的优化效果，将数据发送至绘图参数预处理模块；所述的图形配置模块用于配置罗盘图每层的颜色选项以及各个参数的取值所对应罗盘图中某层圆环的颜色饱和度和填充样式，将数据发送至绘图参数预处理模块；所述的绘图参数预处理模块用于接收数值计算模块及图形配置模块的数据，对数据进行结构化处理，并以参数的形式将原始数据、绘图数据以及配置信息发送至图形生成模块；所述的图形生成模块用于接收绘图参数预处理模块的原始数据、绘图数据和配置信息，计算罗盘图中各层圆环的圆心坐标及外径，调用饼图命令生成罗盘图，保存至指定的路径。优选的，在所述的数值计算模块中，进化算法所需考虑的参数组合总数取决于参数的个数以及每个参数在其合理范围内的采样个数，假设某进化算法的参数个数为n、每个参数的采样个数为s，则该进化算法参数组合的总数为sn。优选的，所述的图形配置模块的具体工作原理如下：首先，配置罗盘图每层的颜色选项，设定所选取的进化算法的主要参数有n个，分别是X1,X2,X3,…,Xn；根据所涉及的参数数量，选择罗盘图中每层圆环需要填充的颜色，即与n个参数对应的颜色分别为C1,C2,C3,…,Cn，配置罗盘图每层的颜色饱和度及填充样式，即选择每个参数的不同取值所对应罗盘图中某层圆环的颜色饱和度及填充样式，并将配置信息发送至绘图参数预处理模块。优选的，所述的绘图参数预处理模块的具体工作原理如下：根据数值计算模块传递的原始数据，即参数取值和对应的优化效果评估结果，以及图形配置模块传递的配置信息，将原始数据和配置信息处理为结构化的参数，将结构化参数作为图形生成模块的输入参数，所述的结构化参数包括罗盘图的层数、每层的颜色、每个参数取值对应的颜色饱和度及填充样式。优选的，所述的图形生成模块的具体步骤如下：首先，根据绘图参数预处理模块传递过来的参数，在图形生成模块计算罗盘图中各层圆环的圆心坐标及外径；然后，以12点指针位置为起点，调用饼图命令以逆时针为序从外到内依次绘制多层圆形，圆环的效果是通过多个不同直径的同心圆堆叠而成，最后，将所得到的罗盘图保存至指定的路径。优选的，在所述的图形配置模块中，同一参数的不同取值所对应的颜色，采用同一颜色的不同饱和度和填充样式来区分。优选的，在所述的图形生成模块中，罗盘图的圈数和个数取决于进化算法的参数个数以及评价优化效果的指标数量；设定进化算法的参数个数为n，评价不同参数组合优化效果的指标个数为m，则产生m个层数为n+1的罗盘图，其中，每个罗盘图的最外层对应一种评价指标的结果，其余的n层则对应n个不同的进化算法参数；在颜色填充方面，罗盘图的最外层根据参数组合的优化效果按逆时针采用饱和度从高到低的灰色来填充；其余n层圆环则从内到外分别对应颜色C1,C2,C3,…,Cn。与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果是：本专利技术提出了一种识别进化算法参数化效应的可视化系统，本专利技术能将最终的结果以罗盘图的形式呈现，能够帮助使用进化算法的技术人员直观、简易地识别进化算法的关键参数(即对算法搜索性能影响最显著的参数)并获得最优的参数组合。本专利技术可以直观地识别某种进化算法在求解特定问题时的参数化效应，并发现针对此问题的最优参数组合。本专利技术的价值在于提出一种有效克服进化算法参数不确定性的系统分析方法，降低了应用进化算法求解具体问题时的盲目性，有利于提高进化算法的优化效果，即在有限的时间内提高获得更接近于目标问题全局最优解的概率。附图说明图1为本专利技术的系统结构图。图2为本专利技术的工作流程图。图3为实施例2的结果示意图。具体实施方式附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明。实施例1如图1以及图2所示，一种识别进化算法参数化效应的可视化系统，包括数值计算模块、图形配置模块、绘图参数预处理模块以及图形生成模块；所述的数值计算模块用于选择进化算法及待求解的问题，构造若干组进化算法各个参数的取值组合，设定每组参数的取值并进行独立的优化计算，评估每组参数的优化效果，将数据发送至绘图参数预处理模块；所述的图形配置模块用于配置罗盘图每层的颜色选项以及各个参数的取值所对应罗盘图中某层圆环的颜色饱和度和填充样式，将数据发送至绘图参数预处理模块；所述的绘图参数预处理模块用于接收数值计算模块及图形配置模块的数据，对数据进行结构化处理，并以参数的形式将原始数据、绘图数据以及配置信息发送至图形生成模块；所述的图形生成模块用于接收绘图参数预处理模块的原始数据、绘图数据和配置信息，计算罗盘图中各层圆环的圆心坐标及外径，调用饼图命本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种识别进化算法参数化效应的可视化系统，其特征在于，包括数值计算模块、图形配置模块、绘图参数预处理模块以及图形生成模块；/n所述的数值计算模块用于选择进化算法及待求解的问题，构造若干组进化算法各个参数的取值组合，设定每组参数的取值并进行独立的优化计算，评估每组参数的优化效果，将数据发送至绘图参数预处理模块；/n所述的图形配置模块用于配置罗盘图每层的颜色选项以及各个参数的取值所对应罗盘图中某层圆环的颜色饱和度和填充样式，将数据发送至绘图参数预处理模块；/n所述的绘图参数预处理模块用于接收数值计算模块及图形配置模块的数据，对数据进行结构化处理，并以参数的形式将原始数据、绘图数据以及配置信息发送至图形生成模块；/n所述的图形生成模块用于接收绘图参数预处理模块的原始数据、绘图数据和配置信息，计算罗盘图中各层圆环的圆心坐标及外径，调用饼图命令生成罗盘图，保存至指定的路径。/n

【技术特征摘要】
1.一种识别进化算法参数化效应的可视化系统，其特征在于，包括数值计算模块、图形配置模块、绘图参数预处理模块以及图形生成模块；
所述的数值计算模块用于选择进化算法及待求解的问题，构造若干组进化算法各个参数的取值组合，设定每组参数的取值并进行独立的优化计算，评估每组参数的优化效果，将数据发送至绘图参数预处理模块；
所述的图形配置模块用于配置罗盘图每层的颜色选项以及各个参数的取值所对应罗盘图中某层圆环的颜色饱和度和填充样式，将数据发送至绘图参数预处理模块；
所述的绘图参数预处理模块用于接收数值计算模块及图形配置模块的数据，对数据进行结构化处理，并以参数的形式将原始数据、绘图数据以及配置信息发送至图形生成模块；
所述的图形生成模块用于接收绘图参数预处理模块的原始数据、绘图数据和配置信息，计算罗盘图中各层圆环的圆心坐标及外径，调用饼图命令生成罗盘图，保存至指定的路径。


2.根据权利要求1所述的一种识别进化算法参数化效应的可视化系统，其特征在于，在所述的数值计算模块中，进化算法所需考虑的参数组合总数取决于参数的个数以及每个参数在其合理范围内的采样个数。假设某进化算法的参数个数为n、每个参数的采样个数为s，则该进化算法参数组合的总数为sn。


3.根据权利要求2所述的一种识别进化算法参数化效应的可视化系统，其特征在于，所述的图形配置模块的具体工作原理如下：
首先，配置罗盘图每层的颜色选项，设定所选取的进化算法的主要参数有n个，分别是X1,X2,X3,…,Xn；根据所涉及的参数数量，选择罗盘图中每层圆环需要填充的颜色，即与n个参数对应的颜色分别为C1,C2,C3,…,Cn，配置罗盘图每层的颜色饱和度及填充样式，即选择每个参数的不同取值所对应罗盘图中某层圆环的颜色饱和度及填充样式，并将配置信息发送...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琦，王礼炳，文豪，黄稳，周倩倩，王志红，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44