An adaptive binary quantum-behaved particle swarm optimization algorithm for the multidimensional knapsack problem

背包问题 计算机科学 局部最优 数学优化 水准点(测量) 初始化 局部搜索(优化) 算法 启发式 人口 粒子群优化 趋同(经济学) 元启发式 数学 人工智能 社会学 人口学 经济 经济增长 程序设计语言 地理 大地测量学
作者
Xiaotong Li,Wei Fang,Shuwei Zhu,Xin Zhang
出处
期刊:Swarm and evolutionary computation [Elsevier BV]
卷期号:86: 101494-101494 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.swevo.2024.101494
摘要

The multidimensional knapsack problem (MKP) is a classical combinatorial optimization problem with wide real-life applications. Binary quantum-behaved particle swarm optimization (BQPSO) algorithm is a popular heuristic algorithm used in binary optimization. While BQPSO exhibits strong global search capabilities, it is still prone to local optima due to particle aggregation. To address this issue, an adaptive BQPSO (ABQPSO) algorithm is proposed to solve the MKP efficiently. A hybrid encoding population initialization scheme is employed, leveraging specific knowledge of MKP to increase population diversity and improve search efficiency. Furthermore, ABQPSO uses a mapping strategy that converts continuous values into discrete values based on the average position of particles. An adaptive repair operator considering two pseudo-utility ratios is introduced to enable particles to explore different feasible regions, which dynamically adjusts current pseudo-utility ratios based on changes in the global best solution. A local search method is applied to guide particles towards convergence to the optimum. A local sparseness degree measurement and a diversity mechanism are utilized to avoid local optima. To evaluate the effectiveness of ABQPSO, it is compared against ten state-of-the-art algorithms using 168 MKP benchmark instances of varying scales. Experimental results reveal that ABQPSO outperforms the comparison algorithms, especially for large-scale problems, demonstrating better solution accuracy.
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