Journal of the Korean Operations Research and Management Science Society
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v.32
no.1
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pp.77-91
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2007
In this paper, we present a symbiotic evolutionary algorithm for multi-objective optimization. The goal in multi-objective evolutionary algorithms (MOEAs) is to find a set of well-distributed solutions close to the true Pareto optimal solutions. Most of the existing MOEAs operate one population that consists of individuals representing the entire solution to the problem. The proposed algorithm has a two-leveled structure. The structure is intended to improve the capability of searching diverse and food solutions. At the lower level there exist several populations, each of which represents a partial solution to the entire problem, and at the upper level there is one population whose individuals represent the entire solutions to the problem. The parallel search with partial solutions at the lower level and the Integrated search with entire solutions at the upper level are carried out simultaneously. The performance of the proposed algorithm is compared with those of the existing algorithms in terms of convergence and diversity. The optimization problems with continuous variables and discrete variables are used as test-bed problems. The experimental results confirm the effectiveness of the proposed algorithm.
Evolutionary algorithms are well-suited for multi-objective optimization problems involving several. often conflicting objective. Pareto-based evolutionary algorithms, in particular, have shown better performance than other multi-objective evolutionary algorithms in comparison. Recently, pareto-based evolutionary algorithms uses a density information in fitness assignment scheme for generating uniform distributed global pareto optimal front. However, the usage of density information is not Important elements in a whole evolution path but plays an auxiliary role in order to make uniform distribution. In this paper, we propose an evolutionary algorithms for multi-objective optimization which assigns the fitness using pareto dominance rank and density weighting, and thus pareto dominance rank and density have similar influence on the whole evolution path. Furthermore, the experimental results, which applied our method to the six multi-objective optimization problems, show that the proposed algorithms show more promising results.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.59
no.6
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pp.1017-1024
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2010
Under the Kyoto Protocol many countries have been requested to participate in emissions trading with the assigned $CO_2$ emissions. In this environment, it is inevitable to change the system and market operation in deregulated power systems, and then ensuring safety margin is becoming more important for balancing system security, economy and $CO_2$ emissions. Nowadays, available transfer capability (ATC) is a key index of the remaining capability of a transmission system for future transactions. This paper presents a novel approach to the ATC evaluation with $CO_2$ emissions using multi-objective particle swarm optimization (MOPSO) technique. This technique evolves a multi-objective version of PSO by proposing redefinition of global best and local best individuals in multi-objective optimization domain. The optimal power flow (OPF) method using MOPSO is suggested to solve multi-objective functions including fuel cost and $CO_2$ emissions simultaneously. To show its efficiency and effectiveness, the results of the proposed method is comprehensively realized by a comparison with the ATC which is not including $CO_2$ emissions for the IEEE 30-bus system, and is found to be quite promising.
In this article, a simple and robust multi-objective assessment method to control design angles and node positions connected among steel outrigger truss members is proposed to approve both structural safety and economical cost. For given outrigger member layouts, the present method utilizes general-purpose prototypes of outrigger members, having resistance to withstand lateral load effects directly applied to tall buildings, which conform to variable connecting node and design space deposition. Outrigger layouts are set into several initial design conditions of height to width of an arbitrary given design space, i.e., variable design space. And then they are assessed in terms of a proposed multi-objective function optimizing both minimal total displacement and material quantity subjected to design impact factor indicating the importance of objectives. To evaluate the proposed multi-objective function, an analysis model uses a modified Maxwell-Mohr method, and an optimization model is defined by a ground structure assuming arbitrary discrete straight members. It provides a new robust assessment model from a local design point of view, as it may produce specific optimal prototypes of outrigger layouts corresponding to arbitrary height and width ratio of design space. Numerical examples verify the validity and robustness of the present assessment method for controlling prototypes of outrigger truss members considering a multi-objective optimization achieving structural safety and material cost.
Kim, Hak-Kwan;Kang, Moon-Seong;Park, Seung-Woo;Choi, Ji-Yong;Yang, Hee-Jeong
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.51
no.1
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pp.1-9
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2009
The objective of this paper was to evaluate the auto-calibration with multi-objective optimization method to calibrate the parameters of the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model. The model was calibrated and validated by using nine years (1996-2004) of measured data for the 384-ha Baran reservoir subwatershed located in central Korea. Multi-objective optimization was performed for sixteen parameters related to runoff. The parameters were modified by the replacement or addition of an absolute change. The root mean square error (RMSE), relative mean absolute error (RMAE), Nash-Sutcliffe efficiency index (EI), determination coefficient ($R^2$) were used to evaluate the results of calibration and validation. The statistics of RMSE, RMAE, EI, and $R^2$ were 4.66 mm/day, 0.53 mm/day 0.86, and 0.89 for the calibration period and 3.98 mm/day, 0.51 mm/day, 0.83, and 0.84 for the validation period respectively. The statistical parameters indicated that the model provided a reasonable estimation of the runoff at the study watershed. This result was illustrated with a multi-objective optimization for the flow at an observation site within the Baran reservoir watershed.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.8
no.1
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pp.49-56
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2008
A multi-objective optimization approach is presented for force design of tensegrity structures. The geometry of the structure is given a priori. The design variables are the member forces, and the objective functions are the lowest eigenvalue of the tangent stiffness matrix that is to be maximized, and the deviation of the member forces from the target values that is to be minimized. The multi-objective programming problem is converted to a series of single-objective programming problems by using the constraint approach. A set of Pareto optimal solutions are generated for a tensegrity grid to demonstrate the validity of the proposed method.
Generally, the goal of seismic retrofit design of an existing structure using energy dissipation devices is to determine the optimum design parameters of a retrofit device to satisfy a specified limit state with minimum cost. However, the presence of multiple parameters to be optimized and the computational complexity of performing non-linear analysis make it difficult to find the optimal design parameters in the realistic 3D structure. In this study, genetic algorithm-based optimal seismic retrofit methods for determining the required number, yield strength, and location of steel slit dampers are proposed to retrofit an asymmetric soft first-story structure. These methods use a multi-objective and single-objective evolutionary algorithms, each of which varies in computational complexity and incorporates nonlinear time-history analysis to determine seismic performance. Pareto-optimal solutions of the multi-objective optimization are found using a non-dominated sorting genetic algorithm (NSGA-II). It is demonstrated that the developed multi-objective optimization methods can determine the optimum number, yield strength, and location of dampers that satisfy the given limit state of a three-dimensional asymmetric soft first-story structure. It is also shown that the single-objective distribution method based on minimizing plan-wise stiffness eccentricity turns out to produce similar number of dampers in optimum locations without time consuming nonlinear dynamic analysis.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.17
no.2
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pp.335-352
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2023
When solving multi-objective optimization problems, the blindness of the evolution direction of the population gradually emerges with the increase in the number of objectives, and there are also problems of convergence and diversity that are difficult to balance. The many- objective optimization problem makes some classic multi-objective optimization algorithms face challenges due to the huge objective space. The sine cosine algorithm is a new type of natural simulation optimization algorithm, which uses the sine and cosine mathematical model to solve the optimization problem. In this paper, a knee-driven many-objective sine-cosine algorithm (MaSCA-KD) is proposed. First, the Latin hypercube population initialization strategy is used to generate the initial population, in order to ensure that the population is evenly distributed in the decision space. Secondly, special points in the population, such as nadir point and knee points, are adopted to increase selection pressure and guide population evolution. In the process of environmental selection, the diversity of the population is promoted through diversity criteria. Through the above strategies, the balance of population convergence and diversity is achieved. Experimental research on the WFG series of benchmark problems shows that the MaSCA-KD algorithm has a certain degree of competitiveness compared with the existing algorithms. The algorithm has good performance and can be used as an alternative tool for many-objective optimization problems.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2000.04b
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pp.177-186
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2000
An improved multi-level(IML) optimization algorithm using automatic differentiation (AD) for multi-objective optimum design of framed structures is proposed in this paper. In order to optimize the steel frames under seismic load, two main objective functions need to be considered for minimizing the structural weight and maximizing the strain energy. For the efficiency of the proposed algorithm, multi-level optimization techniques using decomposition method that separately utilizes both system-level and element-level optimizations and an artificial constraint deletion technique are incorporated in the algorithm. And also to save the numerical efforts, an efficient reanalysis technique through approximated structural responses such as moments, frequencies, and strain energy with respect to intermediate variables is proposed in the paper. Sensitivity analysis of dynamic structural response is executed by AD that is a powerful technique for computing complex or implicit derivatives accurately and efficiently with minimal human effort. The efficiency and robustness of the IML algorithm, compared with a plain multi-level (PML) algorithm, is successfully demonstrated in the numerical examples.
Gao, Hongyuan;Zhang, Shibo;Du, Yanan;Wang, Yu;Diao, Ming
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.11
no.7
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pp.3501-3523
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2017
It is a classical integer optimization difficulty to design an optimal selection scheme in cooperative relay networks considering co-channel interference (CCI). In this paper, we solve single-objective and multi-objective relay selection problem. For the single-objective relay selection problem, in order to attain optimal system performance of cooperative relay network, a novel quantum differential evolutionary algorithm (QDEA) is proposed to resolve the optimization difficulty of optimal relay selection, and the proposed optimal relay selection scheme is called as optimal relay selection based on quantum differential evolutionary algorithm (QDEA). The proposed QDEA combines the advantages of quantum computing theory and differential evolutionary algorithm (DEA) to improve exploring and exploiting potency of DEA. So QDEA has the capability to find the optimal relay selection scheme in cooperative relay networks. For the multi-objective relay selection problem, we propose a novel non-dominated sorting quantum differential evolutionary algorithm (NSQDEA) to solve the relay selection problem which considers two objectives. Simulation results indicate that the proposed relay selection scheme based on QDEA is superior to other intelligent relay selection schemes based on differential evolutionary algorithm, artificial bee colony optimization and quantum bee colony optimization in terms of convergence speed and accuracy for the single-objective relay selection problem. Meanwhile, the simulation results also show that the proposed relay selection scheme based on NSQDEA has a good performance on multi-objective relay selection.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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