计算演化中的局部和全局评价函数

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院数学与系统科学研究院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:haorui524
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从复杂系统和集体行为的角度研究组合优化问题及其计算机算法。沿着本人博士论文的工作,将组合问题的分布式算法和多主体系统(multi-agent systems)、自组织系统、网络动力学、博弈论等相结合,抓住了复杂系统的一个关键概念——“评价函数”,并且由此提出局部评价函数Local Evaluation Function(LEF,个体优化自己的利益)、团组评价函数Compartment Evaluation Function(CEF,个体优化所属团组的利益)和全局评价函数Global Evaluation Function(GEF,个体优化整体的利益)的概念框架,并且应用于组合优化问题求解中的一个经典的NP完全问题—“图染色”问题,得到了初步的、有说服力的和极富启发性的结果。  文中集中研究了LEF和GEF之间的本质关系,包括:  定义了一致性关系:对所有s∈Ω and S∈Ns1,Sgn(GEF(S)-GEF(S))=Sgn(LEFi(S)-LEFi(S))。  给出了一致性定理(纳什均衡和局部最优):LEF和GEF一致(→) LEF的纳什均衡集=GEF的局部最优集。  给出了一致性充分条件(对称的相互作用)。自旋玻璃系统里的相互作用都是对称的,而博弈论里的收益矩阵多数是不对称的。这就是说,自旋玻璃系统里用LEF和GEF方法来演化是没有本质区别的,而在博弈中则可能是完全不同的。  给出了一致性GEF的存在性(一致性和周期行为)定理:在离散和有限的系统中,当用LEF的方式来演化(递降式优化,无随机扰动),系统不出现周期行为时,总存在一个与之一致的GEF(至少是一致性枚举)。  还探讨了系统中团组Compartment问题。团组广泛存在于自然和社会系统中,例如食物链中的Compartment,社会网络中的Community。团组的概念和系统中的等级层次以及积木(Building block)、边界密切相关,是目前复杂系统中研究得比较少,但是又非常重要的问题。从讨论网络中节点之间的优先次序关系与如何构造完美评价函数(无局部最优的GEF和所有纳什均衡都对应着全局最优的LEF),到网络中团组的优先次序关系以及相应的团组评价函数,试图挖掘出网络中的层次关系和为何形成团组。  这项工作在其它多个体的系统都可以适当推广,如分布式控制系统、多人博弈、网络、生物演化、自旋玻璃等。所以这项工作的研究成果将会加深人们对复杂系统集体行为的了解,并且可以应用于不同学科不同领域的复杂系统的研究。
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