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演化策略(ES)的核心机制:变异主导与选择算子
EvoClass-AI009 Lesson 1
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演化策略 (Evolutionary Strategies, ES) 是一种受生物演化启发的启发式搜索算法,主要应用于连续空间的参数优化。与遗传算法(GA)相比,ES 在算子设计和演化哲学上有显著差异。

1. 核心机制:变异主导 (Mutation-Dominant)

  • 在 ES 中,变异 是产生新个体的核心算子,而重组(交叉)通常被视为次要或可选算子。
  • 强因果性原则 (Strong Causality): 基因型空间的微小变化应导致表现型(目标函数值)的相应微小变化。这要求变异算子遵循均值为 0 的正态分布:x=x+N(0,σ2)
  • 策略参数 (σ): 指变异的步长。ES 的独特之处在于 σ 本身也参与演化,实现自适应搜索
(μ,λ) 选择 父代 变异 子代 抛弃旧父代 (μ+λ) 选择 混合择优

2. 选择算子:(μ,λ)(μ+λ)

  • (μ,λ) 选择:λ 个子代中选择 μ 个最优个体作为下一代父本,完全抛弃父代。这种方式有利于逃离局部最优。
  • (μ+λ) 选择:μ 个父代和 λ 个子代构成的集合中选择前 μ 个最优个体。这是一种精英保留策略,保证了算法的单调收敛性。

3. 1/5 成功规则 (1/5 Success Rule)

一种经典的参数自适应准则:如果成功变异(子代优于父代)的比例大于 1/5,则增加步长 σ 以加快搜索;反之则减小步长以提高局部精度。

ES 变异与选择的空间分布示意图
展示以当前解为中心的高斯分布变异范围,以及 (μ,λ) 模式下子代种群对搜索空间的覆盖。