[发明专利]一种基于多目标克隆进化算法的大规模武器-目标分配方法

摘要

本发明提供了一种基于多目标克隆进化算法的大规模武器‑目标分配方法，属于计算机仿真与方法优化技术领域，首先根据武器的数量生成多个初始子种群，并计算所有子种群的pareto最优解，用这些最优解构成优势种群；其次，算法采用克隆机制对优势种群中的所有个体进行克隆，形成多个新的子种群；然后，算法给出了三种特殊的进化算子，并用这三种进化算子对个体进行进化。本发明针对大规模武器‑目标分配问题，设计了相应的进化算子和进化方法，能够有效解决大规模武器‑目标分配问题，能够在大规模武器和目标的环境下，得到完整的pareto最优解，具备较好的收敛效果。

主权项

1.一种基于多目标克隆进化算法的大规模武器‑目标分配方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1，输入武器、目标相关信息，包括：武器数量W，目标数量M，武器平台P＝[p₁,…,p_platform]，p_platform表示第platform个武器平台，各平台武器数量Pnum＝[pnum₁,…pnum_platform]，pnum_platform表示第platform个武器平台包含的武器数量，目标威胁度Th＝[th₁,…,th_M]，th_M表示第M个目标的威胁度，th_j≥0，武器平台对目标的毁伤概率d_platformM表示第platform个武器平台对第M个目标的毁伤概率；子种群的种群大小subpopsize，算法最大迭代次数maxstep，当前迭代次数step＝1；步骤2，采用整数编码方式作为个体编码规则，个体的可编码位数与武器数量W相等，个体的编码code表示成code＝[c1,…,cW]，c1,…,cW∈[0,M]且c1,…,cW均为自然数；建立W个规模为subpopsize的子种群，并将所有子种群中的每个个体的编码code的全部可编码位c1,…,cW都赋值为0；对第一个子种群中的所有个体，分别随机选择其编码中的一个编码位，再随机从(0,M]中选择一个整数Rand，将Rand赋值给该编码位；对第二个子种群中的所有个体，分别随机选择其编码中的二个编码位，随机从(0,M]中选择二个整数Rand1,Rand2，将Rand1,Rand2分别赋值给这两个编码位；以此类推，对第W个子种群中的所有个体，对其全部W个编码位，随机从(0,M]中选择W个整数Rand1,Rand2，…RandW，将Rand1,Rand2，…RandW分别赋值给W编码位；步骤3，将武器对敌毁伤概率f以及所使用的武器数量g作为两个适应度评价指标，所使用的武器‑目标分配多目标优化模型如下：其中dij表示第i种武器平台对第j个敌方来袭目标的毁伤概率，一种武器平台只有一种武器；多种武器平台可攻击同一目标，各武器平台可同时攻击多个目标；设决策矩阵为[xij]platform×M，xij表示第i个武器平台攻击第j个目标，当第i个武器平台攻击第j个目标时xij取值为1，其他取值为0；步骤4，取每个子种群中，具有最大的对敌毁伤概率f的个体，组合构成优势种群nondominatedpop；设第u个子种群中具有最大的对敌毁伤概率f的个体为bestindividual_u，u∈[1,W]，则优势种群步骤5，判断当前迭代次数step是否等于最大迭代次数maxstep，若step＝maxstep则停止算法，输出当前优势种群nondominatedpop；若step≠maxstep则进入步骤6；步骤6，对优势种群nondominatedpop中的每个个体进行规模为subpopsize的克隆操作，得到W个新的子种群newpop1,…,newpopW，newpop1中包含subpopsize个bestindividual1，newpopW中包含subpopsize个bestindividualW；步骤7，对子种群newpop1,…,newpopW进行进化，具体方法如下：依次取子种群newpop1中的一个个体，以相等的概率选择三种进化算子中的一个对该个体执行进化；依次对子种群newpop2,…,newpopW执行进化；设当前需执行进化的个体为temppop，则三种进化算子的执行方式具体如下：1)目标更换算子TCoperator执行方式如下：1.1)随机选取个体temppop中的一个非零编码位，记为temp1；1.2)随机生成一个正整数TC，TC∈(0,M]；1.3)如果TC与temp1的值相等，则返回步骤1.2；如果TC与temp1的值不相等，则继续执行；1.4)用TC替换temp1的值；2)武器更换算子WCoperator执行方式如下：2.1)随机选取个体temppop中的一个非零编码位，记为temp2；2.2)确定temp2所属的武器平台，记该武器平台为tempplatform1；2.3)随机再选取个体temppop中的一个编码位，记为temp3；2.4)确定temp3所属的武器平台，记该武器平台为tempplatform2；2.5)如果tempplatform1＝tempplatform2，则返回步骤2.3；否则继续执行下一步；2.6)将编码位temp2的值与编码位temp3的值进行交换；3)武器目标更换算子WTCoperator执行方式如下：3.1)如果个体temppop没有值为零的编码位则不执行任何操作；如果个体temppop有值为零的编码位则执行下一步；3.2)随机选择个体temppop的一个值为零的编码为，记为temp4；3.3)确定temp4所属的武器平台，记该武器平台为tempplatform3；3.4)随机选取个体temppop中的一个非零编码位，记为temp5；3.5)确定temp5所属的武器平台，记该武器平台为tempplatform4；3.6)如果tempplatform3＝tempplatform4，则返回步骤3.2)；否则继续执行下一步；3.7)将编码位temp4的值与编码位temp5的值进行交换；3.8)随机生成一个正整数TC，TC∈(0,M]；3.9)如果TC与temp4的值相等，则返回步骤3.8)；如果TC与temp4的值不相等，则继续执行下一步；3.10)用TC替换temp4的值；步骤8，计算当前进化后所有子种群的pareto最优解，并用所有子种群的pareto最优解构成优势种群nondominatedpop；同时使得step加1，返回步骤5。