One important feature of complex systems are problem domains that have many local minima and substructure. Biological systems manage these local minima by switching between different subsystems depending on their environmental or developmental context. Genetic Algorithms (GA) can mimic this switching property as well as provide a means to overcome problem domain complexity. However, standard GA requires additional operators that will allow for large-scale exploration in a stochastic manner. Gradient-free heuristic search techniques are suitable for providing an optimal solution in the discrete domain to such single objective optimization tasks, particularly compared to gradient based methods which are noticeably slower. To do this, the authors turn to an optimization problem from the flight scheduling domain. The authors compare the performance of such common gradient-free heuristic search algorithms and propose variants of GAs which perform well over our problem and across all benchmarks. The Iterated Chaining (IC) method is also introduced, building upon traditional chaining techniques by triggering multiple local searches instead of the singular action of a mutation operator. The authors will show that the use of multiple local searches can improve performance on local stochastic searches, providing ample opportunity for application to a host of other problem domains.


翻译:复杂系统的一个重要特征是存在许多本地微型和亚结构的问题领域。生物系统根据环境或发展环境,在不同子系统之间转换,管理这些本地微型。遗传化算法(GA)可以模仿这种切换属性,并提供克服问题领域复杂性的手段。然而,标准的GA要求增加操作员,允许以随机方式进行大规模勘探。渐进式无脂质搜索技术适合于在离散域为这种单一目标优化任务提供最佳解决方案,特别是相对于速度明显缓慢的梯度方法。为此,作者转而从飞行列表域转向优化问题。作者比较了这种通用的梯度自由超热量搜索算法的性能,并提出了相对于我们的问题和所有基准都十分有效的GA的变式。还采用了隔热连锁(IC)方法,借助传统链锁技术,触发多个本地搜索,而不是突变异操作员的单一动作。作者将表明,多处本地搜索的使用可以改进本地静态搜索的性能,为其它域域提供充足的机会应用机会。

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