大数据共性优化模型的高效算法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61472297
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    82.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0214.新型计算及其应用基础
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Many big data application problems can be modeled as some widely used common optimization models: the large-scale complex global optimization model and many-objective optimization model. The essential characteristics of these models are: large-scale, too complex (a huge number of local optimal solutions, nonlinear, nonconvex,etc.), and many objectives to be optimized. The shortcomings of the existing algorithms include: low efficiency (long execution time), low ability (very difficult to find global optimal solutions and easy to trap in local optimal solutions), and very difficult to find a representative set of uniformly distributed Pareto optimal solutions along whole Pareto front.In this project, for these common optimization models widely used and often appeared in various big data application problems, we shall focus our research on the following: design new techniques to transform large scale optimization problem into some small scale problems and thus greatly decrease the difficulty of problem solving; propose efficient methods which can eliminate a lot of local optimal solutions and thus greatly enhance the algorithm efficiency and reduce the difficulty of problem solving; design new methods to jump out from current local optimal solutions to other better ones and ensure the algorithm to find global optimal solution. As a result, the project will provide a new way to solve large scale complex global optimization models. For many objective optimization models, design new methods of sorting candidate solutions so as to overcome the drawback that Pareto optimal solution based sorting method will result in too many Pareto optimal solutions. Meanwhile, design new efficient scalarizing function methods so that it can find a representative set of Pareto optimal solutions which can reflect the whole distribution of Pareto front, and overcome the drawbacks that the existing algorithms can not find a representative set of well distributed solutions.
大数据领域中的很多应用问题可以建成共同类型的优化模型:大规模复杂全局优化模型和超多目标优化模型。这些模型的本质特征是:大规模、复杂(大量局部最优解)、超多目标。已有算法具有如下缺陷:效率低、能力差(难以求出真正的全局最优解,易陷入局部最优解)、对超多目标优化模型难以求出在整个解空间分布均匀的代表解集。本项目对大数据领域各类应用问题经常出现的这些共性模型,研究将大规模问题转化为小规模问题的高效新技术,极大减小求解难度;研究消除大量局部最优解的技术,极大提高求解效率并降低求解难度;研究跳出局部最优解的新技术,保证算法能求出真正全局最优解,为解决大规模复杂全局优化问题提供新的途径。对超多目标优化模型,研究解之间优劣排序的新方法,克服用Pareto最优解概念排序导致最优解数目太多的缺陷;同时研究新的高效聚合函数法,使其能求出反映最优解整体分布的代表解集,克服已有算法难以求出分布好的最优解集的缺陷。

结项摘要

本项目按计划研究了大数据共性优化模型的高效算法,并超额完成了研究计划中的所有任务和所有预期的研究成果。在国际和国内重要刊物上发表学术论文62篇,其中SCI检索期刊论文28篇、EI检索期刊论文15篇(SCI和EI论文不重复计算)、EI检索国际会议19篇。发表的28篇SCI论文中,有8篇发表在中科院一区和二区的国际期刊。所有成果中第一标注是该项目资助共计38篇,第二标注是该项目资助共计21篇。项目的主要研究成果包括:.首先,针对大数据建模成的大规模全局优化问题,为了解决高维度所造成的求解困难这一瓶颈,设计了变量的分组方法。所提方法能够根据函数的结构和特点,自动判别问题是否可以转化为若干小规模问题。再结合协同进化的思想,对多个子问题同时进行优化,提高了问题的求解效率。为了消除大量局部最优解,让算法尽快求出全局最优解,我们通过改造填充函数,放宽一些不易满足的条件,重新定义了一类更易于应用、包含参数更少甚至不包含参数、不容易溢出、效果更好的新函数类。这类函数保留了填充函数能跳出局部最优解的特点并克服了其缺点。再利用与填充函数法类似的框架和过程,对新的函数进行优化,从而可以跳出当前的局部最优解,更快地找到更好的解。.其次,针对大数据建模成的超多目标优化问题,提出了求解超多目标优化问题高效的聚合函数,设计了适合超多目标优化问题解的优劣性的新排序方法。为了使超多目标优化问题的Pareto解集均匀的分布在决策空间中,引入了均匀设计的方法在目标空间产生均匀分布的权向量;利用子种群策略增强算法的局部搜索能力;引入了正交设计与水平集的思想,通过设计合理的交叉算子来增加每个子问题的邻域信息,从而加强子问题间的相关性,提高算法的全局搜索能力。.最后,针对实际大数据环境下的大规模全局优化问题、多目标优化问题和超多目标优化问题,将上述优化理论和优化技术成功的应用于各个具体的大数据应用问题中。实验验证了所提优化模型的有效性和算法的高效性。

项目成果

期刊论文数量(43)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(19)
专利数量(0)
A Hybrid Genetic Algorithm for the Minimum Exposure Path Problem of Wireless Sensor Networks Based on a Numerical Functional Extreme Model
基于数值函数极限模型的无线传感器网络最小暴露路径问题的混合遗传算法
  • DOI:
    10.1109/tvt.2015.2508504
  • 发表时间:
    2016-10
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Vehicular Technology
  • 影响因子:
    6.8
  • 作者:
    Ye Miao;Wang Yuping;Dai Cai;Wang Xiaoli
  • 通讯作者:
    Wang Xiaoli
无线传感器网络中新的最小暴露路径问题及其求解算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    通信学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    叶苗;王宇平;代才;王晓丽
  • 通讯作者:
    王晓丽
A parameter free filled function method for global optimization
一种全局优化的无参数填充函数方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Pacific Journal of Optimization
  • 影响因子:
    0.2
  • 作者:
    Haiyan Liu;Yuping Wang;Xiaozhi Gao;Chuangyin Dang;Zhiqing Meng
  • 通讯作者:
    Zhiqing Meng
Texture Image Segmentation Using Affinity Propagation and Spectral Clustering
使用亲和传播和谱聚类的纹理图像分割
  • DOI:
    10.1142/s0218001415550095
  • 发表时间:
    2015-07
  • 期刊:
    International Journal of Pattern Recognition and Articial Intelligence
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Hui Du;Yuping Wang;Xiaopan Dong
  • 通讯作者:
    Xiaopan Dong
Release time and distribution sequence aware divisible-load scheduling model
  • DOI:
    10.13245/j.hust.151222
  • 发表时间:
    2015-12-23
  • 期刊:
    Journal of Huazhong University of Science and Technology (Natural Science Edition)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Wang Xiaoli;Wang Yuping;Cai Kun
  • 通讯作者:
    Cai Kun

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其他文献

基于新的适应度函数的多目标进化算法
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    华中科技大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
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  • 作者:
    代才;王宇平
  • 通讯作者:
    王宇平
求解TSP的量子遗传算法
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    计算机学报,已录用
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李英华*;王宇平
  • 通讯作者:
    王宇平
求解半向量双层规划问题的精确罚函数法
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    系统工程理论与实践
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    任爱红;王宇平
  • 通讯作者:
    王宇平
一类求多变量函数所有局部极小点的算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    软件学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘杰;王宇平
  • 通讯作者:
    王宇平
基于新型双目标模型的约束优化进化算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    控制理论与应用
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    董宁;王宇平
  • 通讯作者:
    王宇平

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生物序列流几类关键问题的算法研究
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  • 项目类别:
    面上项目

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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