Phân chia mô-đun thuật toán và mô-đun bài toán

Trongnền tảng tách rời mởcủa EvoX, một quy trình tiến hóa hoàn chỉnh được chia thành hai “khối” có thể thay thế cho nhau:mô-đun thuật toántrả lời câu hỏi “tìm kiếm như thế nào”,mô-đun bài toántrả lời câu hỏi “đánh giá cái gì, môi trường phản hồi ra sao”. Hai mô-đun này kết nối với nhau thông qua một tập hợp các giao ước giao diện rõ ràng, từ đó tạo nên quy trình tiến hóa có thể tái sử dụng, thay thế và chuyển đổi.

Mô-đun thuật toán: đóng gói “tìm kiếm như thế nào”

• Sinh lời giải ứng viên và cập nhật quần thể: các logic tiến hóa như khởi tạo, đột biến, lai ghép, chọn lọc, giữ lại cá thể ưu tú đều do mô-đun thuật toán thực hiện thống nhất.
• Điều khiển tìm kiếm: số vòng lặp, quy mô quần thể, tiêu chí khởi động lại và hội tụ, điều phối tham số toán tử — tất cả đều thuộc quyết định của phía thuật toán.
• Mô-đun thuật toán chỉ dựa trên tiền đề trừu tượng “lời giải ứng viên sẽ được đánh giá”, không quan tâm đến ý nghĩa vật lý và dạng cụ thể của hàm mục tiêu.

Mô-đun bài toán: định nghĩa “đánh giá cái gì, môi trường phản hồi ra sao”

• Biến lời giải ứng viên thành phản hồi có thể so sánh được: giá trị mục tiêu, độ thích nghi, mức vi phạm ràng buộc, hoặc kết quả của một lần tương tác với môi trường.
• Khai báo ranh giới bài toán và các ràng buộc: số chiều biến, miền giá trị, quy tắc miền khả thi, để thuật toán biết có thể sinh lời giải ứng viên ở đâu.
• Đánh giá nhất quán trên cùng một lô lời giải ứng viên, giúp so sánh ngang hàng giữa các cá thể, các thế hệ và các thuật toán khác nhau.

Giao ước giao diện: lô lời giải ứng viên ⇄ kết quả đánh giá

Mô-đun thuật toán gửi cho mô-đun bài toánmột lô lời giải ứng viên; mô-đun bài toán trả vềkết quả đánh giá có cấu trúc(vector mục tiêu, mức vi phạm ràng buộc và thông tin chẩn đoán bổ sung tùy chọn); mô-đun thuật toán dựa vào đó để cập nhật quần thể và tiến tới thế hệ kế tiếp. Một vòng lặp “gửi — trả về” như vậy tạo thành một thế hệ tiến hóa.

Lợi ích của việc tách rời

• Mở rộng độc lập: thêm mới hoặc thay thế thuật toán không ảnh hưởng đến định nghĩa bài toán; sửa đổi hoặc thêm mới bài toán cũng không đòi hỏi phải viết lại mô-đun thuật toán.
• Có thể kết hợp: cùng một mô-đun bài toán có thể kết nối với nhiều thuật toán tiến hóa khác nhau, cùng một mô-đun thuật toán cũng có thể chuyển sang các mô-đun bài toán khác nhau.
• Có thể chuyển đổi: miễn là giao ước giao diện ổn định, thuật toán và bài toán có thể tái sử dụng, thay thế và chuyển đổi xuyên tác vụ.

Vì sao điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh bài học này: đánh đổi đa mục tiêu và phản hồi đắt đỏ

Bài học này tập trung vào các bài toán kỹ thuật trong thế giới vật lý thực — ví dụ thiết kếcánh siêu tới hạn của COMAC. Những bài toán như vậy thường đồng thời có ba đặc điểm: nhiều mục tiêu ràng buộc lẫn nhau (ví dụ tăng lực nâng thường kéo theo tăng lực cản và giảm độ ổn định), các ràng buộc lồng ghép nhau (như hệ số lực nâng tới hạn của hiện tượng rung lắc, ứng suất lớn nhất không được vượt quá giá trị cho phép của vật liệu), vàphản hồi đắt đỏ và thưa thớt(chi phí cho một lần đánh giá bằng mô phỏng độ chính xác cao là rất lớn). Việc phân chia mô-đun chính là để đối phó với ba điểm này.

Về phía mô-đun bài toán, đa mục tiêu và ràng buộc được quy đổi thống nhất thành kết quả đánh giá có thể so sánh được: vector mục tiêu mô tả từng chỉ số, mức vi phạm ràng buộc mô tả mức độ vượt ngưỡng, khi cần thiết có thể dùngmô hình thay thếđể đưa ra đánh giá gần đúng với chi phí thấp hơn, giảm bớt nút thắt phản hồi do mô phỏng độ chính xác cao gây ra. Về phía mô-đun thuật toán, việc tìm kiếm không còn theo đuổi sự hội tụ quá sớm về một “đáp án tối ưu” duy nhất, mà duy trìmột tập hợp các phương án ứng viên đa dạng, giúp các chuyên gia tối ưu hóa sở thích và đánh đổi giữa lực nâng, lực cản và biên an toàn.

Vì vậy, giao ước “lô lời giải ứng viên ⇄ kết quả đánh giá” không chỉ phải chứa được một giá trị thích nghi vô hướng duy nhất, mà còn phải chứa được vector mục tiêu và mức vi phạm ràng buộc: đánh đổi đa mục tiêu đòi hỏi thuật toán có thể so sánh không bị chi phối, xử lý ràng buộc đòi hỏi thuật toán có thể phân biệt khả thi và không khả thi. Một khi giao ước bị khuyết thiếu, thông tin đa mục tiêu và ràng buộc sẽ bị mất vĩnh viễn tại giao diện, khả năng tái sử dụng và chuyển đổi do tách rời mang lại cũng theo đó mà mất hiệu lực.