新书推荐:《进化算法时间复杂度分析的理论、方法与工具》
来源: 黄翰/
华南理工大学
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2023-08-30

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受生物进化过程中“优胜劣汰”的自然选择机制和遗传信息传递规律的影响,进化算法通过程序迭代模拟这一过程,把待解决的问题看作环境,在一些可能的解组成的种群中,通过自然演化寻求最优解。进化计算相关研究虽然在过去30年里有了巨大的发展,但是多数集中于仿真实验,理论研究的成果相对较少,特别是时间复杂度的研究。然而,计算时间复杂度的研究可以回答进化算法“为何有效”“何时有效”等根本问题,对揭示进化算法的运行机理以及在实践中指导算法的设计、应用与改进方面具有重要的理论与实际意义。这一难题的研究也是当前人工智能可解释性研究热潮的一部分,其进展将促进人工智能的发展。因此,智能算法研究中心的黄翰教授根据其在进化计算领域近20年的研究经验与总结,编著了《进化算法时间复杂度分析的理论、方法与工具》一书。目前,本书已于京东、淘宝、当当等平台发售。

【书籍简介】

进化算法时间复杂度分析的理论、方法与工具》一书主要围绕不同的进化算法时间复杂度分析方法展开介绍,对进化算法的理论研究进行了分析、归纳和总结,并且提供了配套的软件工具EATimeComplexity系统(简称EATC系统,网址:www.eatimecomplexity. net)辅助读者开展实践。EATC系统以数据拟合的方式取代人工进化算法时间复杂度数学推导,为进化算法的时间复杂度分析提供了一种新的出路,适用于实际应用中的各类进化算法。该系统的主要功能和使用步骤详见本公众号所发《进化算法时间复杂度分析神器:www.eatimecomplexity.net正式上线了》一文。

图1 EATC系统使用示例

【书籍目录】

目录

【作者介绍】

黄翰,男,博士,华南理工大学软件学院教授、博士生导师,国家级青年人才项目入选者,兼任国际学术期刊IEEE Transactions on Evolutionary Computation(IF: 14.3)、Complex & Intelligent Systems(IF: 5.8)以及IEEE Transactions on Emerging Topics in Computational Intelligence(IF: 5.3)副编、大数据与智能机器人教育部重点实验室副主任、中国仿真学会智能仿真优化与调度专委会副主任、广东省本科高校软件工程专业指导委员会主任委员,CCF杰出会员和IEEE高级会员;主讲软件工程必修课“离散数学”本科课程,被认定为广东省2021年度省级一流本科课程;主持科技部重点研发项目、国家自然科学基金面上项目与广东省杰出青年基金等国家级和省部级项目等近20项;出版著作2部《智能算法理论与实践》和《进化算法时间复杂度分析的理论、方法与工具》;以第一作者或通讯作者身份在IEEE TCYB、IEEE TETC、IEEE TSE、IEEE TEVC、IEEE TIP、IEEE TFS和《中国科学》等专业学术期刊发表论文80多篇,代表作入选ESI;以第一发明人授权国家发明专利41项以及美国发明专利7项;以第一完成人获中国专利优秀奖;以第一完成人制定了《无源码的白盒化测试标准》全国团体标准;以主要完成人获广东省科技进步一等奖、广东省自然科学二等奖、中国仿真学会优秀论文奖和中国图形图像学会科技进步二等奖等;长期致力于智能算法理论、应用与产业生态的研究,发布了单元测试算法平台www.unittestpc.com.cn、进化算法时间复杂度分析系统www.eatimecomplexity.net、结构方程自动建模系统www.autosem.net 与储能优化系统 https://energystorage.autosem.net/ 等6项公开使用的软件系统,完成算法落地应用案例70多项。

郝志峰,教授、博士生导师,汕头大学党委副书记、校长,兼任教育部大学数学教学指导委员会副主任委员、中国工业与应用数学学会大数据与人工智能专委会副主任、全国大学生数学建模竞赛组委会委员、广东省超级计算机应用产业联盟理事长。主要研究方向为:代数学及其应用、数据科学理论、人工智能、数学建模等。主持国家重点研发计划项目、国家自然科学基金-广东省联合基金项目等国家、省部级项目40余项,近年在TNNLS、TKDE、PR、Bioinformatics、《中国科学》等国内外重要刊物上发表高质量论文逾80篇。曾获国家优秀教学成果奖二等奖、广东省科学技术奖、广东省自然科学奖二等奖、教育部自然科学奖二等奖、广东省优秀教学成果一等奖,获第十届广东青年五四奖章、第九届广东省丁颖科技奖、国家专利奖优秀奖、“2020智慧城市先锋榜领军人物”、新世纪优秀人才支持计划、广东省“南粤优秀教师”等荣誉。

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张宇山,男,博士,广东财经大学统计与数学学院副教授,硕士生导师。主要从事进化算法的理论基础研究,近年来以第一作者身份在Science China: Information Sciences、Neural Computing and Applications、《计算机学报》等高水平期刊发表论文10余篇。曾主持国家自然科学基金面上项目子课题、教育部人文社科一般项目、广东省自然科学基金、广州市科技计划项目等若干项。

【作者的话】

本书是对智能算法研究中心十多年来在进化算法时间复杂度研究上的一个总结,汇编了国内外同行在进化算法时间复杂度数学模型与计算方法方面的研究成果,是近30年来为数不多关于进化算法时间复杂度分析的理论研究成果。我们最早的一个工作是研究单蚂蚁算法求解旅行商问题(Traveling Salesman Problem, TSP)的时间复杂度,并在国际学术会议SEAL2006上以分组报告的形式汇报了研究结果。2014年,我们对之前的工作进行总结,系统地提出了基于平均增益的计算时间分析理论,给出了连续型进化算法的计算时间分析数学工具。2019至2021年,我们基于平均增益模型率先提出了进化算法时间复杂度估算的实验方法——平均增益法,得出了ES和CMA-ES等实际算法求解Ackley、Griewank等标准测试函数的时间复杂度,为进化算法的应用提供了坚实可测的科学依据。这项成果在2020年发表于人工智能领域Q1期刊IEEE Transactions on Evolutionary Computation上[1]。

除此之外,进化算法时间复杂度的研究在2010年、2018年与2022年三次得到了国家自然科学基金立项资助,还得到了多位权威同行的指点。无论你是进化算法领域的研究者或者算法设计者,还是需要使用进化算法时间复杂度分析的技术人员,亦或是对进化算法时间复杂度分析感兴趣的小白,都可以在这本书中找到你想要学习的相关知识。鉴于作者水平有限,本书只是抛砖引玉,希望能吸引更多优秀的学者关注此项研究,从而进一步推动人工智能的可解释性、进化计算的基础理论等研究。

参考文献

  1. H. Huang, J. Su, Y. Zhang, and Z. Hao, “An experimental method to estimate running time of evolutionary algorithms for continuous optimization,” IEEE Transactions on Evolutionary Computation, vol. 24, no. 2, pp. 275-289, 2020.
  2. 张宇山, 黄翰, 郝志峰, 杨晓伟, “连续型演化算法首达时间分析的平均增益模型,” 计算机学报, vol. 42, no. 3, pp. 624-635, 2019.
  3. 冯夫健, 黄翰, 张宇山, 郝志峰, “基于等同关系模型的演化算法期望首达时间对比分析,” 计算机学报, vol. 42, no. 10, pp. 2297-2308, 2019.
  4. 黄翰, 徐威迪, 张宇山, 林智勇, 郝志峰, “基于平均增益模型的连续型(1+1)进化算法计算时间复杂性分析,” 中国科学: 信息科学, vol. 44, no. 6, pp. 811-824, 2014.

总编:黄翰

责任编辑:袁中锦

文字:黄翰、邓淇

图片:邓淇

校稿:何莉怡

时间:2023年8月15日


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