前言

優(yōu)化是一個(gè)老生常談的問題，在軍事和民用領(lǐng)域中都具有廣闊的應(yīng)用空間。現(xiàn)實(shí)生活中的優(yōu)化問題大部分為組合優(yōu)化問題，解空間大，具有組合爆炸效應(yīng)等，求解難度大。因此，智能優(yōu)化成為解決實(shí)際領(lǐng)域中組合優(yōu)化問題的關(guān)鍵技術(shù)。

目前，智能優(yōu)化算法在自身性能優(yōu)化及算法融合方面依賴人工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于算法參數(shù)的選擇、鄰域搜索策略設(shè)計(jì)等方面考慮較少，算法融合的效果也大部分依賴于后期的實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)，缺少理論性量化的分析。另外，算法的設(shè)計(jì)與問題的耦合程度不深，借助于特定的智能優(yōu)化算法框架（如差分進(jìn)化算法、粒子群算法、蟻群算法等），缺乏從求解問題搜索空間角度的分析和研究。然而，正是解空間的結(jié)構(gòu)決定了問題的難度，也決定了算法的搜索策略。因以調(diào)度問題為例，類似領(lǐng)域間調(diào)度問題的研究沒有形成關(guān)聯(lián)，在調(diào)度理論研究方面相對(duì)獨(dú)立，雖然不同的調(diào)度問題特性不同，但彼此之間在解空間結(jié)構(gòu)等方面可能存在內(nèi)在的聯(lián)系和相似性，需要進(jìn)行深入的挖掘和探討。

適應(yīng)度地形理論旨在從優(yōu)化問題解空間特性的角度出發(fā)，分析優(yōu)化問題解空間地形分布特性，進(jìn)而挖掘出優(yōu)化問題的解空間特性，從而為了解優(yōu)化問題提供技術(shù)手段，為優(yōu)化問題求解以及參數(shù)控制等方面提供指導(dǎo)，即為解決上述問題提供一種新思路。

本書共有15章內(nèi)容，分別介紹了適應(yīng)度地形理論和應(yīng)用。

第1章引言對(duì)本書涉及的一些基礎(chǔ)內(nèi)容進(jìn)行了概述，介紹了優(yōu)化問題、組合優(yōu)化問題、智能優(yōu)化方法以及適應(yīng)度地形等內(nèi)容。

第2～9章為本書的第一部分，重點(diǎn)介紹了適應(yīng)度地形理論的主要特性以及相應(yīng)的特征指標(biāo)等內(nèi)容，全面地探討了適應(yīng)度地形。這部分內(nèi)容一方面從靜態(tài)適應(yīng)度地形和動(dòng)態(tài)適應(yīng)度地形分析兩個(gè)角度探討了地形特性；另一方面分別從時(shí)域、頻域和空域三個(gè)角度探討了地形特性。其中：第2章主要介紹了適應(yīng)度地形的崎嶇性以及評(píng)價(jià)地形崎嶇性的定性和定量指標(biāo)，反映適應(yīng)度值的變化程度；第3章從中性的角度探討了適應(yīng)度地形以及評(píng)價(jià)地形中性的定性和定量指標(biāo)，反映地形是否具有平原區(qū)域等特性；第4章介紹了適應(yīng)度地形的可演進(jìn)性以及相應(yīng)的定性和定量指標(biāo)，反映適應(yīng)度值的進(jìn)化能力；第5章探討了適應(yīng)度地形的依賴性以及相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，衡量變量之間的相互依賴程度；第6章介紹了適應(yīng)度地形的相似性以及相應(yīng)的特性指標(biāo)，衡量不同問題間或者同類問題間的關(guān)系；第7章利用頻域分析技術(shù)探討了適應(yīng)度地形的特征，重點(diǎn)介紹了幅度譜、振幅變化穩(wěn)定性、頻域尖銳性、周期性以及平均適應(yīng)度值變化程度等技術(shù)指標(biāo)，將研究視角切換到頻域，探討了適應(yīng)度地形的特性；第8章從地形可視化和空域分析的角度探討了適應(yīng)度地形，并詳細(xì)介紹了空間映射方法等技術(shù)。第9章從動(dòng)態(tài)適應(yīng)度地形的角度出發(fā)，重點(diǎn)介紹了動(dòng)態(tài)地形的分析方法，用以反映動(dòng)態(tài)優(yōu)化條件下的地形特征。

第10～15章為本書的第二部分，以調(diào)度問題為例重點(diǎn)介紹了適應(yīng)度地形理論在組合優(yōu)化問題中的應(yīng)用。其中：第10章重點(diǎn)分析了調(diào)度問題，凝練一類Job-based調(diào)度問題，并闡述了其解空間的獲取方法，為介紹后續(xù)章節(jié)提供了基礎(chǔ)；第11章利用適應(yīng)度地形特性指標(biāo)從時(shí)域、頻域和空域三個(gè)角度對(duì)調(diào)度問題的解空間特性進(jìn)行了探討；第12章基于地形分析的結(jié)果，利用調(diào)度問題間的異同性，從通用調(diào)度算法框架設(shè)計(jì)的角度進(jìn)行了闡述，并給出一種通用框架體系以及相應(yīng)的討論；第13章和第14章分別從單目標(biāo)優(yōu)化算法設(shè)計(jì)、多目標(biāo)優(yōu)化算法設(shè)計(jì)和問題特性的角度出發(fā)，利用適應(yīng)度地形分析結(jié)果指導(dǎo)算法設(shè)計(jì)，分別給出多中心變尺度優(yōu)化算法、基于Pareto前沿預(yù)測(cè)等思想的調(diào)度理論，并利用適應(yīng)度地形參數(shù)作為反饋量，探討了基于適應(yīng)度地形參數(shù)的適應(yīng)性參數(shù)控制理論；第15章介紹了調(diào)度問題仿真平臺(tái)的相關(guān)內(nèi)容，在理論研究的基礎(chǔ)上形成一體化應(yīng)用平臺(tái)，以便靈活擴(kuò)展。本書內(nèi)容覆蓋適應(yīng)度地形的主要內(nèi)容，撰寫過程中力圖覆蓋從理論研究到實(shí)際應(yīng)用的全過程，注重實(shí)用性。

衷心感謝國(guó)家自然科學(xué)基金面向項(xiàng)目（61671041）、國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金（61101153）、教育部基礎(chǔ)科研課題、國(guó)防科工局基礎(chǔ)科研課題和國(guó)防科工局技術(shù)基礎(chǔ)等課題的支持。感謝IEEE Fellow史玉回教授在百忙之中認(rèn)真審閱書稿，并給予了寶貴意見和建議。感謝本書所有作者的共同努力，感謝本領(lǐng)域相關(guān)同事和國(guó)內(nèi)外同行專家、學(xué)者在本書撰寫過程中給予的熱心指導(dǎo)和寶貴建議。感謝北京航空航天大學(xué)智能仿真、通信與導(dǎo)航研究組全體成員。

非常希望獻(xiàn)給讀者一本適應(yīng)度地形理論方面既有前沿理論又體現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用的好書，但由于作者水平有限，書中難免存在疏漏和不妥之處，懇請(qǐng)各位專家、學(xué)者和廣大讀者不吝指正。

路輝

Email：mluhui@buaa.edu.cn

2019年6月于北京航空航天大學(xué)