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MetaDE:用演化算法改进演化算法

AI999 第2课:演化计算的源流与多路线交汇
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前面的页面把演化算法当作求解问题的工具:种群在解空间里搜索,适应度衡量候选解的好坏。MetaDE 把这层关系再向上推一步——它把演化算法本身当作演化对象,用一层外层演化去搜索「内层差分进化应该怎样运行」。于是优化目标从「求问题解」扩展到「改进求解方法」。

MetaDE:内外双层演化架构 外层 · 算法配置空间 每个个体编码一套算法配置 配置种群 变异策略 缩放因子 F 交叉率 CR 种群规模 NP ① 配置生成下发 外层适应度 = 内层回传的任务性能 ④ 配置更新 ② 任务求解 · 内层解空间(差分进化) 编码候选解 按配置生成种群 差分进化迭代 变异 · 交叉 · 选择 评估适应度 回传任务性能 内层搜索「问题的答案」,并产出评价外层配置所需的性能证据 ③ 性能反馈 闭环四步 1 配置生成 外层产出候选配置 2 任务求解 内层按配置求解任务 3 性能反馈 回传任务性能指标 4 配置更新 选择 · 重组 · 变异 ↻ 四步循环往复,算法随任务自适应 配置空间 ≠ 解空间 外层:搜索算法配置 内层:搜索问题答案 两者由「配置 → 性能」耦合 让搜索本身成为被搜索的对象

两层结构:配置演化与任务求解

  • 内层(解空间):在给定变异策略与关键参数(如缩放因子、交叉率、种群规模)下运行差分进化,求解基准函数或工程优化任务,并把任务表现作为适应度产出。
  • 外层(算法配置空间):每个个体编码一套算法配置;它的适应度并非自己算出来,而是由内层用该配置求解任务后回传的性能决定。外层据此选择、重组与变异,产出更适配当前任务的算法行为。
  • 闭环:配置生成 → 任务求解 → 性能反馈 → 配置更新,四步循环往复,使算法随任务自适应改进,而不是依赖人工预先固定参数。

关键区分:配置空间 ≠ 解空间

内层搜索的是「问题的答案」,外层搜索的是「更会找答案的算法」。二者虽相互耦合——外层的好坏必须由内层实际跑一遍才能衡量——但搜索对象、编码方式和评价口径都不同。看清这一点,就抓住了元优化的通用骨架:让搜索本身成为被搜索的对象。

元优化视角
传统做法依靠经验人工固定差分进化参数;MetaDE 把这一步也交给搜索。代价随之而来:外层每评估一个配置,都要完整运行一次内层求解,计算预算成倍增长,因此配置空间的粒度与评价预算需要谨慎权衡。