Experienced users often have useful knowledge and intuition in solving real-world optimization problems. User knowledge can be formulated as inter-variable relationships to assist an optimization algorithm in finding good solutions faster. Such inter-variable interactions can also be automatically learned from high-performing solutions discovered at intermediate iterations in an optimization run - a process called innovization. These relations, if vetted by the users, can be enforced among newly generated solutions to steer the optimization algorithm towards practically promising regions in the search space. Challenges arise for large-scale problems where the number of such variable relationships may be high. This paper proposes an interactive knowledge-based evolutionary multi-objective optimization (IK-EMO) framework that extracts hidden variable-wise relationships as knowledge from evolving high-performing solutions, shares them with users to receive feedback, and applies them back to the optimization process to improve its effectiveness. The knowledge extraction process uses a systematic and elegant graph analysis method which scales well with number of variables. The working of the proposed IK-EMO is demonstrated on three large-scale real-world engineering design problems. The simplicity and elegance of the proposed knowledge extraction process and achievement of high-performing solutions quickly indicate the power of the proposed framework. The results presented should motivate further such interaction-based optimization studies for their routine use in practice.


翻译:在解决现实世界优化问题方面,经验丰富的用户往往拥有有用的知识和直觉,在解决现实世界优化问题方面,经验丰富的用户往往有实用的知识和直觉。用户知识可以发展成千差万别的关系,协助优化算法,更快地找到好的解决办法。这种千变万别的互动也可以自动地从在优化运行的中间迭代中发现的高性能解决方案中学习。在优化运行过程中,这种流程被称为创新。如果由用户审查,这些关系可以在新生成的解决方案中强制执行,以便将优化算法引导到搜索空间中有实际前景的区域。在这种可变关系数量可能很高的大型问题中,会出现挑战。本文件建议采用基于知识的互动式进化多目标优化框架,将隐含的多变异性关系作为从不断发展的高性解决方案中获取知识,与用户分享反馈,并将其应用到优化进程,以提高其有效性。知识提取过程采用系统而优雅的图表分析方法,将优化算出与变量数量相匹配。拟议的IK-EMO工程设计工作在三个大规模基于现实世界工程设计上展示了问题。本文件提议的知识提取过程的简单性和优雅度,并实现高效化的周期性互动框架应迅速展示其成果。

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