This paper presents a robust and computationally efficient optimal design algorithm for electromagnetic devices by combining an adaptive response surface approximation of the objective function and($1+{\lambda}$) evolution strategy. In the adaptive response surface approximation, the design space is successively reduced with the iteration, and Pareto-optimal sampling points are generated by using Latin hypercube design with the Max Distance and Min Distance criteria. The proposed algorithm is applied to an analytic example and TEAM problem 22, and its robustness and computational efficiency are investigated.
Kim, Da-seul;Lee, Dong-kun;Hwang, Heymee;Heo, Su-jeong;Yun, Seok-hwan;Kim, Eun-sub
Journal of the Korean Society of Environmental Restoration Technology
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v.27
no.1
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pp.45-54
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2024
This study developed a model to evaluate the co-benefits and trade-off effects between biodiversity and carbon storage capacity based on the implementation locations of nature-based solutions. The model aims to propose optimal implementation locations by using the conceptual idea of edge effects for carbon storage and connectivity for biodiversity. The co-benefits were considered by simultaneously taking into account two effects rather than a single effect. Trade-off effects were observed among optimal plans through a comparison of benefits. The NSGA-II multi-objective optimization algorithm was utilized, confirming the identification of Pareto-optimal solutions. The implementation patterns of Pareto-optimal solutions for green areas were examined. This study holds significance in proposing optimal locations by evaluating various co-benefits and trade-off effects of nature-based solutions. By advancing models based on this evaluation framework, it is anticipated that the assessment of co-benefits and trade-off effects among various benefits of nature-based solutions, such as climate change mitigation, enhancement of biodiversity, and provision of ecosystem services, can be accomplished.
Optimal sensor placement (OSP) is a critical issue in construction and implementation of a sophisticated structural health monitoring (SHM) system. The uncertainties in the identified structural parameters based on the measured data may dramatically reduce the reliability of the condition evaluation results. In this paper, the information entropy, which provides an uncertainty metric for the identified structural parameters, is adopted as the performance measure for a sensor configuration, and the OSP problem is formulated as the multi-objective optimization problem of extracting the Pareto optimal sensor configurations that simultaneously minimize the appropriately defined information entropy indices. The nondirective movement glowworm swarm optimization (NMGSO) algorithm (based on the basic glowworm swarm optimization (GSO) algorithm) is proposed for identifying the effective Pareto optimal sensor configurations. The one-dimensional binary coding system is introduced to code the glowworms instead of the real vector coding method. The Hamming distance is employed to describe the divergence of different glowworms. The luciferin level of the glowworm is defined as a function of the rank value (RV) and the crowding distance (CD), which are deduced by non-dominated sorting. In addition, nondirective movement is developed to relocate the glowworms. A numerical simulation of a long-span suspension bridge is performed to demonstrate the effectiveness of the NMGSO algorithm. The results indicate that the NMGSO algorithm is capable of capturing the Pareto optimal sensor configurations with high accuracy and efficiency.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.2
no.2
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pp.247-255
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2004
The majority of real-world problems encountered by engineers involve simultaneous optimization of competing objectives. In this case instead of single optima, there is a set of alternative trade-offs, generally known as Pareto-optimal solutions. The use of evolutionary algorithms Pareto GA, which was first introduced by Goldberg in 1989, has now become a sort of standard in solving Multiobjective Optimization Problems (MOPs). Though this approach was further developed leading to numerous applications, these applications are based on Pareto ranking and employ the use of the fitness sharing function to maintain diversity. Another scheme for solving MOPs has been presented by J. Nash to solve MOPs originated from Game Theory and Economics. Sefrioui introduced the Nash Genetic Algorithm in 1998. This approach combines genetic algorithms with Nash's idea. Another central achievement of Game Theory is the introduction of an Evolutionary Stable Strategy, introduced by Maynard Smith in 1982. In this paper, we will try to find ESS as a solution of MOPs using our game model based co-evolutionary algorithm. First, we will investigate the validity of our co-evolutionary approach to solve MOPs. That is, we will demonstrate how the evolutionary game can be embodied using co-evolutionary algorithms and also confirm whether it can reach the optimal equilibrium point of a MOP. Second, we will evaluate the effectiveness of our approach, comparing it with other methods through rigorous experiments on several MOPs.
Journal of the Institute of Convergence Signal Processing
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v.9
no.1
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pp.39-45
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2008
This paper considers the multi-objective optimization of a multi-service arrayed waveguide grating-based single-hop WDM network with the two conflicting objectives of maximizing throughput while minimizing delay. This paper presents a genetic algorithm based methodology for finding the optimal throughput-delay tradeoff curve, the so-called Pareto-optimal frontier. Genetic algorithm based methodology provides the network architecture parameters and the Medium Access Control protocol parameters that achieve the Pareto-optima in a computationally efficient manner. The numerical results obtained with this methodology provide the Pareto-optimal network planning and operation solution for a wide range of traffic scenarios. The presented methodology is applicable to other networks with a similar throughput-delay tradeoff.
Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering
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v.44
no.2
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pp.36-42
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2021
This paper deals with a vehicle routing problem with resource repositioning (VRPRR) which is a variation of well-known vehicle routing problem with pickup and delivery (VRPPD). VRPRR in which static repositioning of public bikes is a representative case, can be defined as a multi-objective optimization problem aiming at minimizing both transportation cost and the amount of unmet demand. To obtain Pareto sets for the problem, famous multi-objective optimization algorithms such as Strength Pareto Evolutionary Algorithm 2 (SPEA2) can be applied. In addition, a linear combination of two objective functions with weights can be exploited to generate Pareto sets. By varying weight values in the combined single objective function, a set of solutions is created. Experiments accomplished with a standard benchmark problem sets show that Variable Neighborhood Search (VNS) applied to solve a number of single objective function outperforms SPEA2. All generated solutions from SPEA2 are completely dominated by a set of VNS solutions. It seems that local optimization technique inherent in VNS makes it possible to generate near optimal solutions for the single objective function. Also, it shows that trade-off between the number of solutions in Pareto set and the computation time should be considered to obtain good solutions effectively in case of linearly combined single objective function.
Park, Jun-Su;Park, Soon-Kyu;Shin, Yo-An;Yoo, Myung-Sik;Lee, Won-Cheol
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SP
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v.44
no.2
s.314
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pp.108-115
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2007
This paper proposes a new optimization algorithm prescribed by GBNSGA(Goal-Pareto Based Non-dominated Sorting Genetic Algorithm) whose result satisfies the user's needs and goals to enhance the performance of optimization. Typically, lots of real-world engineering problems encounter simultaneous optimization subject to satisfying prescribed multiple objectives. Unfortunately, since these objectives might be mutually competitive, it is hardly to find a unique solution satisfying every objectives. Instead, many researches have been investigated in order to obtain an optimal solution with sacrificing more than one objectives. This paper introduces a novel optimization scheme named by GBNSGA obeying both goals as well as objectives as possible as it can via allocating candidated solutions on Pareto front, which enhances the performance of Pareto based optimization. The performance of the proposed GBNSGA will be compared with that of the conventional NSGA and weighted-sum approach.
Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering
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v.43
no.2
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pp.79-86
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2020
To make a satisfactory decision regarding project scheduling, a trade-off between the resource-related cost and project duration must be considered. A beneficial method for decision makers is to provide a number of alternative schedules of diverse project duration with minimum resource cost. In view of optimization, the alternative schedules are Pareto sets under multi-objective of project duration and resource cost. Assuming that resource cost is closely related to resource leveling, a heuristic algorithm for resource capacity reduction (HRCR) is developed in this study in order to generate the Pareto sets efficiently. The heuristic is based on the fact that resource leveling can be improved by systematically reducing the resource capacity. Once the reduced resource capacity is given, a schedule with minimum project duration can be obtained by solving a resource-constrained project scheduling problem. In HRCR, VNS (Variable Neighborhood Search) is implemented to solve the resource-constrained project scheduling problem. Extensive experiments to evaluate the HRCR performance are accomplished with standard benchmarking data sets, PSPLIB. Considering 5 resource leveling objective functions, it is shown that HRCR outperforms well-known multi-objective optimization algorithm, SPEA2 (Strength Pareto Evolutionary Algorithm-2), in generating dominant Pareto sets. The number of approximate Pareto optimal also can be extended by modifying weight parameter to reduce resource capacity in HRCR.
This paper proposes a novel two-tier optimization approach for decision making in many-objective problems. Because the Pareto-optimal solution ratio increases exponentially with an increasing number of objectives, simply finding the Pareto-optimal solutions is not sufficient for decision making in many-objective problems. In other words, it is necessary to discriminate the more preferable solutions from the other solutions. In the proposed approach, user preference-oriented as well as diverse Pareto-optimal solutions can be obtained as candidate solutions by introducing an additional tier of optimization. The second tier of optimization employs the corresponding secondary objectives, global evaluation and crowding distance, which were proposed in previous works, to represent the users preference to a solution and the crowdedness around a solution, respectively. To demonstrate the effectiveness of the proposed approach, decision making for some benchmark functions is conducted, and the outcomes with and without the proposed approach are compared. The experimental results demonstrate that the decisions are successfully made with consideration of the users preference through the proposed approach.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.3
no.4
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pp.325-332
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2002
In the process of designing pareto optimal insurance contract, it is necessary to assume that insurance contract conditions are endogenous to build a model. The expected utility, the non-expected utility and the state-dependent utility function can be applied as a insurance decision making principle. The insurance costs may have the linear, convex, and concave ralationship with the indemnity schedule. However, the sunk cost and fixed cost must be recognized. The deductible which decides whether an insurance contract to be a full or partial insurance contract can exist in the forms of straight deductible or diminishing deductible. Indeciding the level of deductible, the types of the insurance and the risks to be insured should be the deciding factors. Especially for recall insurance, there is relatively high chance that the recalling company being bankrupt. Therefore, the possibility of bankrupcy should be the considering factor in deciding the policy limit. The existence of the incomplete market and uninsurable background risk should be understood as restricting conditions of the pareto-optimal insurance contract.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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