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. 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. It is observed that the proposed GA variants have the least average cost across all benchmarks including the problem proposed and IC algorithm performs better than its constituents.


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背景在不同子系统之间转换,管理这些本地微型。遗传化算法(GA)可以模仿这种转换属性,并提供克服问题领域复杂性的手段。然而,标准GA要求增加操作员,允许以随机方式进行大规模勘探。渐进式无超光层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慢的梯度方法。为此,作者从飞行调度域转向优化问题。作者可以比较这种通用的无梯度超光速搜索算法的性能,并提出GA的变方。还采用了循环式连锁(IC)方法,通过触发多重本地搜索而不是突变操作员的单一动作,在传统链式技术的基础上进行。作者将表明,多处本地搜索可以改进本地的随机搜索工作,为应用提供最差的机会,在飞行调度领域提供最差的机会,包括所有平均变式的GA系统运行成本。

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