Evolutionary algorithms are effective general-purpose techniques for solving optimization problems. Understanding how each component of an evolutionary algorithm influences its problem-solving success improves our ability to target particular problem domains. Our work focuses on evaluating selection schemes, which choose individuals to contribute genetic material to the next generation. We introduce four diagnostic search spaces for testing the strengths and weaknesses of selection schemes: the exploitation rate diagnostic, ordered exploitation rate diagnostic, contradictory objectives diagnostic, and the multi-path exploration diagnostic. Each diagnostic is handcrafted to isolate and measure the relative exploitation and exploration characteristics of selection schemes. In this study, we use our diagnostics to evaluate six population selection methods: truncation selection, tournament selection, fitness sharing, lexicase selection, nondominated sorting, and novelty search. Expectedly, tournament and truncation selection excelled in gradient exploitation but poorly explored search spaces, and novelty search excelled at exploration but failed to exploit fitness gradients. Fitness sharing performed poorly across all diagnostics, suggesting poor overall exploitation and exploration abilities. Nondominated sorting was best for maintaining populations comprised of individuals with different trade-offs of multiple objectives, but struggled to effectively exploit fitness gradients. Lexicase selection balanced search space exploration with exploitation, generally performing well across diagnostics. Our work demonstrates the value of diagnostic search spaces for building a deeper understanding of selection schemes, which can then be used to improve or develop new selection methods.


翻译:进化算法是解决优化问题的有效通用技术; 了解进化算法的每个组成部分如何影响其解决问题的成功,提高我们针对特定问题领域的能力; 我们的工作重点是评估选择个人为下一代贡献基因材料的选择计划; 我们引入四个诊断性搜索空间,以测试选择计划的优缺点: 开发率诊断、 定购开采率诊断、 相互矛盾的目标诊断和多路勘探诊断; 每种诊断都是手工制作的,以孤立和衡量选择计划的相对开采和勘探特点; 我们利用我们的诊断性分析来评估六种人口选择方法: 疏松选、 比赛选择、 健身共享、 缩略选、 不受支配的分类和新颖的搜索。 预想, 竞技和摇摆选择优异, 在探索时优雅的搜索空间选择方法上表现优雅。 精美的共享性共享在所有诊断性诊断中表现得不好, 表示总体开发和探索能力差。 非主导性分类是维持由多重目标不同交易的个人组成的人口群体的最佳方法, 但要努力有效地探索, 进行更深入的探索。

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