Metropolis-Hastings (MH): Una Perspectiva Innovadora en la Inicialización de Poblaciones

Authors

  • Oscar Francisco Barba Toscano Universidad de Guadalajara
  • Eric Ricardo Lopez Marin Universidad de Guadalajara
  • Hector Joaquin Escobar Cuevas Universidad de Guadalajara
  • Erik Valdemar Cuevas Jimenez Universidad de Guadalajara
  • Miguel Angel Alejandro Islas Toski Universidad de Guadalajara

Keywords:

Métodos de inicialización, Algoritmos metaheurísticos, Optimización

Abstract

En este artículo, se propone un nuevo método de inicialización de poblaciones para algoritmos metaheurísticos. En este enfoque, el conjunto inicial de soluciones iniciales se obtiene a través del muestreo de la función objetivo aplicando la técnica de Metropolis-Hastings (MH). Bajo este método, el conjunto inicial de soluciones adopta un valor cercano a los valores prominentes de la función objetivo a optimizar. A diferencia de la mayoría de los métodos de inicialización que únicamente consideran una distribución espacial, en el método, los puntos iniciales representan regiones promisorias del espacio de búsqueda, las cuales merecen ser explotadas para identificar la solución óptima global de una manera más rápida. brindando al algoritmo una convergencia más rápida y mejorando la calidad de las soluciones obtenidas. Con el objetivo de demostrar el rendimiento del método de inicialización a algoritmos metaheurísticos, éste ha sido embebido en el algoritmo de Differential Evolution (DE) clásico, y el sistema completo ha sido puesto a prueba en un conjunto representativo de funciones de benchmark extraído de diferentes conjuntos de datos. Los resultados experimentales demuestran una mejora en la rapidez de convergencia y un incremento en la calidad de las soluciones por parte del enfoque propuesto, a comparación de otros métodos similares.

References

Birbil, Ş. İ., & Fang, S.-C. (2003). An electromagnetism-like mechanism for global optimization. Journal of Global Optimization, 25(3), 263–282. https://doi.org/10.1023/A:1022452626305

Brest, J., Greiner, S., Boskovic, B., Mernik, M., & Zumer, V. (2006). Self-Adapting Control Parameters in Differential Evolution: A Comparative Study on Numerical Benchmark Problems. IEEE Transactions on Evolutionary Computation, 10(6), 646–657. https://doi.org/10.1109/TEVC.2006.872133

Chaveau, D., & Vandekerkhove, P. (2002). Improving Convergence of the Hastings–Metropolis Algorithm with an Adaptive Proposal. Scandinavian Journal of Statistics, 29(1), 13–29. https://doi.org/10.1111/1467-9469.00064

Chib, S., & Greenberg, E. (1995). Understanding the Metropolis-Hastings Algorithm. The American Statistician, 49(4), 327–335. https://doi.org/10.1080/00031305.1995.10476177

Cuevas, E., Cienfuegos, M., Zaldívar, D., & Pérez-Cisneros, M. (2013). A swarm optimization algorithm inspired in the behavior of the social-spider. Expert Systems with Applications, 40(16), 6374–6384. https://doi.org/10.1016/j.eswa.2013.05.041

Cuevas, E., & Rodríguez, A. (2020). Metaheuristic Computation with MATLAB®. Chapman and Hall/CRC. https://doi.org/10.1201/9781003006312

de Castro, L. N., & Timmis, J. (n.d.). An artificial immune network for multimodal function optimization. Proceedings of the 2002 Congress on Evolutionary Computation. CEC’02 (Cat. No.02TH8600), 699–704. https://doi.org/10.1109/CEC.2002.1007011

Fogel D. (2009). Artificial Intelligence through Simulated Evolution. In Evolutionary Computation. IEEE. https://doi.org/10.1109/9780470544600.ch7

Geyer, C. J. (1992). Practical Markov Chain Monte Carlo. Statistical Science, 7(4), 473–483. http://www.jstor.org/stable/2246094

Holland, J. H. (1984). Genetic Algorithms and Adaptation. In Adaptive Control of Ill-Defined Systems (pp. 317–333). Springer US. https://doi.org/10.1007/978-1-4684-8941-5_21

Jahn Johannes. (2007). Introduction to the Theory of Nonlinear Optimization. Springer Berlin Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-540-49379-2

Jingqiao Zhang, & Sanderson, A. C. (2009). JADE: Adaptive Differential Evolution With Optional External Archive. IEEE Transactions on Evolutionary Computation, 13(5), 945–958. https://doi.org/10.1109/TEVC.2009.2014613

Karaboga, D. (2005). An idea based on honey bee swarm for numerical optimization. Technical report-tr06, Erciyes university, engineering faculty, computer ….

Kaveh, A., & Talatahari, S. (2010). A novel heuristic optimization method: charged system search. Acta Mechanica, 213(3–4), 267–289. https://doi.org/10.1007/s00707-009-0270-4

Kennedy, J., & Eberhart, R. (n.d.). Particle swarm optimization. Proceedings of ICNN’95 - International Conference on Neural Networks, 1942–1948. https://doi.org/10.1109/ICNN.1995.488968

Kirkpatrick, S., Gelatt, C. D., & Vecchi, M. P. (1983). Optimization by Simulated Annealing. Science, 220(4598), 671–680. https://doi.org/10.1126/science.220.4598.671

Kononova, A. V., Caraffini, F., & Bäck, T. (2021). Differential evolution outside the box. Information Sciences, 581, 587–604. https://doi.org/10.1016/j.ins.2021.09.058

Maciel C., O., Cuevas, E., Navarro, M. A., Zaldívar, D., & Hinojosa, S. (2020). Side-Blotched Lizard Algorithm: A polymorphic population approach. Applied Soft Computing, 88, 106039. https://doi.org/10.1016/j.asoc.2019.106039

Ochoa, P., Castillo, O., Melin, P., & Soria, J. (2021). Differential Evolution with Shadowed and General Type-2 Fuzzy Systems for Dynamic Parameter Adaptation in Optimal Design of Fuzzy Controllers. Axioms, 10(3), 194. https://doi.org/10.3390/axioms10030194

Ochoa, P., Castillo, O., & Soria, J. (2020). High-Speed Interval Type-2 Fuzzy System for Dynamic Crossover Parameter Adaptation in Differential Evolution and Its Application to Controller Optimization. International Journal of Fuzzy Systems, 22(2), 414–427. https://doi.org/10.1007/s40815-019-00723-w

Pan, W., Li, K., Wang, M., Wang, J., & Jiang, B. (2014). Adaptive Randomness: A New Population Initialization Method. Mathematical Problems in Engineering, 2014, 1–14. https://doi.org/10.1155/2014/975916

Qin, A. K., & Suganthan, P. N. (n.d.). Self-adaptive Differential Evolution Algorithm for Numerical Optimization. 2005 IEEE Congress on Evolutionary Computation, 1785–1791. https://doi.org/10.1109/CEC.2005.1554904

Rahnamayan, S., Tizhoosh, H. R., & Salama, M. M. A. (2007). A novel population initialization method for accelerating evolutionary algorithms. Computers & Mathematics with Applications, 53(10), 1605–1614. https://doi.org/10.1016/j.camwa.2006.07.013

Rashedi, E., Nezamabadi-pour, H., & Saryazdi, S. (2011). Filter modeling using gravitational search algorithm. Engineering Applications of Artificial Intelligence, 24(1), 117–122. https://doi.org/10.1016/j.engappai.2010.05.007

Storn, R., & Price, K. (1997). Differential Evolution – A Simple and Efficient Heuristic for global Optimization over Continuous Spaces. Journal of Global Optimization, 11(4), 341–359. https://doi.org/10.1023/A:1008202821328

Tanabe, R., & Fukunaga, A. (2013). Success-history based parameter adaptation for Differential Evolution. 2013 IEEE Congress on Evolutionary Computation, 71–78. https://doi.org/10.1109/CEC.2013.6557555

Tanabe, R., & Fukunaga, A. S. (2014). Improving the search performance of SHADE using linear population size reduction. 2014 IEEE Congress on Evolutionary Computation (CEC), 1658–1665. https://doi.org/10.1109/CEC.2014.6900380

Wang, H., Wu, Z., Liu, Y., Wang, J., Jiang, D., & Chen, L. (2009). Space transformation search. Proceedings of the First ACM/SIGEVO Summit on Genetic and Evolutionary Computation, 537–544. https://doi.org/10.1145/1543834.1543907

Wen, J., Ma, H., & Zhang, X. (2016). Optimization of the occlusion strategy in visual tracking. Tsinghua Science and Technology, 21(2), 221–230. https://doi.org/10.1109/TST.2016.7442504

Yang, X. (2010). Engineering Optimization. Wiley. https://doi.org/10.1002/9780470640425

Yang, X.-S., & Deb, S. (2010). Cuckoo Search via Levy Flights.

Published

2024-06-09

How to Cite

Barba Toscano, O. F., Lopez Marin, E. R., Escobar Cuevas, H. J., Cuevas Jimenez, E. V., & Islas Toski, M. A. A. (2024). Metropolis-Hastings (MH): Una Perspectiva Innovadora en la Inicialización de Poblaciones. ReCIBE, Electronic Journal of Computing, Informatics, Biomedical and Electronics, 13(1), C1–17. Retrieved from http://recibe.cucei.udg.mx/index.php/ReCIBE/article/view/335