Chance constrained optimization problems allow to model problems where constraints involving stochastic components should only be violated with a small probability. Evolutionary algorithms have been applied to this scenario and shown to achieve high quality results. With this paper, we contribute to the theoretical understanding of evolutionary algorithms for chance constrained optimization. We study the scenario of stochastic components that are independent and Normally distributed. Considering the simple single-objective (1+1)~EA, we show that imposing an additional uniform constraint already leads to local optima for very restricted scenarios and an exponential optimization time. We therefore introduce a multi-objective formulation of the problem which trades off the expected cost and its variance. We show that multi-objective evolutionary algorithms are highly effective when using this formulation and obtain a set of solutions that contains an optimal solution for any possible confidence level imposed on the constraint. Furthermore, we prove that this approach can also be used to compute a set of optimal solutions for the chance constrained minimum spanning tree problem. In order to deal with potentially exponentially many trade-offs in the multi-objective formulation, we propose and analyze improved convex multi-objective approaches. Experimental investigations on instances of the NP-hard stochastic minimum weight dominating set problem confirm the benefit of the multi-objective and the improved convex multi-objective approach in practice.


翻译:机会限制优化问题允许模拟问题,因为只有很小的概率才可能违反与随机部件有关的限制。进化算法已经应用到这一假设中,并显示可以实现高质量的结果。我们通过这份文件,对进化算法的理论理解作出了贡献,以便实现机会优化。我们研究了独立和正常分布的随机化算法。考虑到简单的单一目标(1+1)~EA,我们表明,施加额外的统一限制已经导致对非常有限的情景和指数优化时间进行局部选择。因此,我们提出了一个多目标的公式,以抵消预期的成本和差异。我们表明,多目标进化算法在使用这一公式时非常有效,并获得一套解决方案,其中含有对制约所施加的任何可能的信任水平的最佳解决方案。此外,我们证明,这一方法还可以用来为受限制的最低树枝根问题计算一套最佳解决方案。为了处理多目标配制中潜在的指数性许多贸易取舍,我们建议和分析改进的 convex多目标方法。我们表明,在使用这一公式时,多目标进化算法时非常有效,获得一套最佳的解决方案,其中含有关于对制约度最低程度的硬度做法的实验性做法。我们可以用来确认目标性最低程度的硬度。

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