差分进化(Differential Evolution,DE)的出发点是:不计算梯度,而用种群中已有解的位置差构造新候选解。Storn 与 Price 的 1997 年经典论文给出了这一连续优化方法。本篇建立后续自适应 DE 共用的记号;基础变体的细节可参见 DE/rand/1/bin。
一个候选解怎样产生
考虑 维最小化问题,第 代种群为 。以 DE/rand/1/bin 为例,从不含目标个体 的种群中抽取互异的 :
差分进化(Differential Evolution,DE)的出发点是:不计算梯度,而用种群中已有解的位置差构造新候选解。Storn 与 Price 的 1997 年经典论文给出了这一连续优化方法。本篇建立后续自适应 DE 共用的记号;基础变体的细节可参见 DE/rand/1/bin。
考虑 D 维最小化问题,第 g 代种群为 Pg={xi,g}i=1N。以 DE/rand/1/bin 为例,从不含目标个体 i 的种群中抽取互异的 r1,r2,r3:
经典 DE 的算子简单,但固定的 F 与 CR 不容易兼顾不同问题和搜索阶段。Zhang 与 Sanderson 在 2009 年提出 JADE,将精英引导、可选外部档案和成功参数反馈结合起来。下文采用连续单目标最小化记号。
Brest、Maučec 与 Bošković 于 2017 年提出 jSO。它通过 iL-SHADE 承接 L-SHADE 路线,保留成功历史记忆与线性缩群,同时细化变异权重及参数调度。理解 jSO 的关键是分清“向精英靠近”与“差分扰动”这两部分。
其加权 current-to-pbest 变异可以写为
vi=xi+Fw,i(xpbest−xi)+Fi(xr1−xr2).
在 SHADE 中,参数能够从成功历史中调整,但种群规模仍可能固定。Tanabe 与 Fukunaga 的 L-SHADE(2014)在 SHADE 1.1 基础上加入线性种群规模缩减(Linear Population Size Reduction,LPSR),让早期的较大种群逐步缩小。
设初始规模为 Ninit、下限为 Nmin,已用评价次数为 FE、总上限为 FEmax。目标规模为
SHADE 关注“哪些参数产生了较大改进”。L-SRTDE 进一步突出“当前试验有多大比例能够成功”。Stanovov 与 Semenkin 在 2024 年提出该方法;作者仓库把名称展开为 Linear population size reduction Success RaTe-based adaptive Differential Evolution。
JADE、SHADE 和 L-SRTDE 都利用运行反馈,但反馈如何映射到参数仍主要由人设计。学习驱动的 DE 把其中一部分决策交给从优化经验训练出来的模型。本篇是一篇方向综述,并不把“学习驱动 DE”当作一个具有唯一实现的算法名称。
这条研究线与前面的手工自适应方法并行发展,不能在时间上简单排成 RDEx-SOP 之后的一代。
| 学习对象 | 动作示例 | 对应代表工作 |
|---|---|---|
| 算子选择 | 为一个父代选择变异策略 | DE-DDQN,2019 |
| 参数控制 | 根据运行状态给出控制参数 | LDE,2021 |
| 算法调度 | 在多个 DE 求解器之间切换 | DE 上的动态算法选择研究,2024 |
jSO 通过权重调节精英引导强度。另一种控制搜索偏向的方法,是改变差分供体的抽样概率。Stanovov、Akhmedova 与 Semenkin 在 2018 年提出的 LSHADE-RSP,将基于排名的选择压力(Rank-based Selective Pressure,RSP)引入 L-SHADE 路线。
在 current-to-pbest 变异中,精英向量已经偏向优秀解,但差分项中的其他个体仍可能均匀抽样。RSP 进一步让优秀个体更容易成为差分供体。它改变的是“候选向量如何产生”,并非用概率接受较差子代。
线性缩群把种群规模与已用预算直接关联,但这条直线未必适合整个搜索过程。Stanovov、Akhmedova 与 Semenkin 的 NL-SHADE-RSP(2021)在 LSHADE-RSP 路线上进一步调整种群调度、排名选择和档案使用。
记 t=FE/FEmax。后续 NL-SHADE-RSP-Midpoint 原论文在介绍基底时给出的缩群规则为
随着 DE 变体增加,一个自然问题是:有效组件放在一起,是否仍然有效?Tao、Zhao、Wang 与 Gao 的 RDE(Reconstructed Differential Evolution,2024)围绕策略重组展开。本文的 RDE 专指这篇工作,不指其他同缩写算法。
RDE 将两种变异策略、扩展排名选择、成功历史记忆、种群缩减及 Cauchy 扰动组织在一起。其切入点并非所有组件都是新发明,而是如何分配资源、协调已有机制。
例如,向优秀区域集中与维持候选多样性可能互相牵制。一个组件独立加入时带来的收益,不保证在另一个强开发组件存在时仍然成立。因此组合方案本身也需要验证。
RDEx 是 RDE 之后的一组方法,作者仓库分别列出单目标 SOP、约束单目标 CSOP、多目标 MOP 与约束多目标 CMOP。承接本系列的有界单目标主线,本文重点讨论 RDEx-SOP。
截至 2026-09-19,本文核对的公开报告为 arXiv:2603.27089v1,发表于 2026 年 3 月,描述 CEC 2025 使用的方法。算法参赛年份和报告公开年份不同;本文不据此宣称它是整个 DE 领域“最新或最强”的方法。