The rapid development of parallel and distributed computing paradigms has brought about great revolution in computing. Thanks to the intrinsic parallelism of evolutionary computation (EC), it is natural to implement EC on parallel and distributed computing systems. On the one hand, the computing power provided by parallel computing systems can significantly improve the efficiency and scalability of EC. On the other hand, data are collected and processed in a distributed manner, which brings a novel development direction and new challenges to EC. In this paper, we intend to give a systematic review on distributed EC (DEC). First, a new taxonomy for DEC is proposed from top design mechanism to bottom implementation mechanism. Based on this taxonomy, existing studies on DEC are reviewed in terms of purpose, parallel structure of the algorithm, parallel model for implementation, and the implementation environment. Second, we clarify two major purposes of DEC, i.e., improving efficiency through parallel processing for centralized optimization and cooperating distributed individuals/sub-populations with partial information to perform distributed optimization. Third, noting that the latter purpose of DEC is an emerging and attractive trend for EC with the booming of spatially distributed paradigms, this paper gives a systematic definition of the distributed optimization and classifies it into dimension distributed-, data distributed-, and objective distributed-optimization problems. Formal formulations for these problems are provided and various DEC studies on these problems are reviewed. We also discuss challenges and potential research directions, aiming to enlighten the design of DEC and pave the way for future developments.


翻译:快速发展的并行和分布式计算范式对计算带来了巨大的革命。由于演化计算(EC)具有内在的并行性,因此在并行和分布式计算系统上实现EC是很自然的。一方面,由并行计算系统提供的计算能力可以显著提高EC的效率和可扩展性。另一方面,数据以分布方式收集和处理,这为EC带来了新的发展方向和新的挑战。在本文中,我们打算对分布式EC(DEC)进行系统综述。首先,我们提出了一种新的DEC分类法,从顶层设计机制到底层实现机制。基于这个分类法,我们从用途、算法的并行结构、实现的并行模型以及实现环境等方面回顾了现有的DEC研究。其次,我们明确了DEC的两个主要目的,即通过集中优化的并行处理提高效率和协作分布式个体/子种群以执行分布式优化。第三,我们注意到DEC后者的目的是随着空间分布范式的蓬勃发展而出现的一种新兴且有吸引力的趋势,因此本文给出了分布式优化的系统定义并将其分类为维度分布式、数据分布式和目标分布式优化问题。我们提供了这些问题的正式公式,并回顾了在这些问题上进行的各种DEC研究。我们还讨论了挑战和潜在的研究方向,旨在启示DEC的设计并为未来的发展铺平道路。

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