第11卷第5期 智能系统学报 Vol.11 No.5 2016年10月 CAAI Transactions on Intelligent Systems 0ct.2016 D0I:10.11992/is.201605006 网络出版地址：htp:/wnww.cnki.net/kcms/detail/23.1538.TP.20161031.0918.002.html 一 种用于大型舰船总体要素优化设计的 约束多目标分解进化算法 刘柏森2，张晔，张磊 (1.哈尔滨工业大学电子与信息工程学院，黑龙江哈尔滨150000：2.黑龙江工程学院电气与信息工程学院，黑龙江 哈尔滨150050：3.长江大学电子信息学院，湖北荆州434000) 摘要：针对舰船设计中存在所得方案分布性和收敛性不好等问题，首先建立以初稳性高、飞行甲板面积、横摇固有 周期以及阻力为优化目标的大型舰船总体要素优化模型：其次根据大型舰船方案设计的特点，提出一种约束多目标 分解进化算法：最后将提出的算法用于优化模型的求解。与目前优化性能较好的2种算法进行对比实验，实验结果 表明，本文算法获得了性能更加优异的设计方案。 关键词：大型舰船：总体要素：约束多目标：进化算法：优化设计 中图分类号：TP18文献标志码：A文章编号：1673-4785(2016)05-0635-06 中文引用格式：刘柏森，张晔，张磊.一种用于大型舰船总体要素优化设计的约束多目标分解进化算法[J].智能系统学报，2016,11 (5):635-640. 英文引用格式：LIU Baisen,ZHANG Ye,ZHANG Lei..A constrained multi-objective decomposition evolutionary algorithm for the overall element optimization design of large ship[J].CAAI transactions on intelligent systems,2016,11(5):635-640. A constrained multi-objective decomposition evolutionary algorithm for the overall element optimization design of large ship LIU Baisen'.2,ZHANG Ye',ZHANG Lei3 (1.School of Electronics and Information Engineering,Harbin Institute of Technology,Harbin 150001,China;2.The Institute of E- lectrical and Information Engineering,Heilongjiang Institute of Technology,Harbin 150050,China;3 College of Information and Com- munications Engineering,Harbin Engineering University,Harbin 150001,China) Abstract:In view of the fact that the distribution and convergence of the schemes are weak in ship design,this pa- per established an optimization model for the overall elements of large ship,which contains these optimization ob- jectives such as the initial stability height,the area of flight deck,the natural roll period and the resistance.Then a constrained multi-objective decomposition evolutionary algorithm was presented according to the characteristics of large ship's scheme design.Finally the proposed algorithm was used to optimize the model.The solution was com- pared with the two optimal algorithms.The results show that the performance of this method is more excellent. Keywords:large ship;overall elements;constrained multi-objective evolutionary algorithm;optimal design 大型舰船总体要素优化设计是舰船总体设计中 及舰船自身技术具有复杂性，利用传统的设计方 最基本也是最重要的工作之一。如何选择合适的总法[1)来求得最佳的舰船总体要素是十分困难的。 体要素将直接关系到大型舰船的安全性、经济性以 目前有一些学者研究了进化算法在舰船优化设计中 及战斗性等。因此，设计好的优化方法具有十分重 的应用，然而它们大多都是将大型舰船总体要素多 要的实际意义。由于大型舰船航行时具有多变性以 目标优化设计问题转化为无约束单目标优化问题进 行求解6-o],所以无法求得分布均匀的Pareto解集， 收稿日期：2016-05-09.网络出版日期：2016-10-31. 基金项目：国家自然科学基金项目(61471148)：黑龙江省自然科学基金 从而不能为设计者提供多样的优化方案。此外，有 项目(F201322). 通信作者：刘柏森.E-mail:sped_iu@126.com 学者对大型舰船总体要素优化设计问题进行多目标第 １１ 卷第 ５ 期 智 能 系 统 学 报 Ｖｏｌ．１１ №．５ ２０１６ 年 １０ 月 ＣＡＡＩ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｏｃｔ． ２０１６ ＤＯＩ：１０．１１９９２ ／ ｔｉｓ．２０１６０５００６ 网络出版地址：ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ ／ ｋｃｍｓ／ ｄｅｔａｉｌ ／ ２３．１５３８．ＴＰ．２０１６１０３１．０９１８．００２．ｈｔｍｌ 一种用于大型舰船总体要素优化设计的 约束多目标分解进化算法 刘柏森１，２ ， 张晔１ ， 张磊３ （１．哈尔滨工业大学 电子与信息工程学院，黑龙江 哈尔滨 １５００００； ２．黑龙江工程学院 电气与信息工程学院，黑龙江 哈尔滨 １５００５０； ３． 长江大学 电子信息学院，湖北 荆州 ４３４０００） 摘 要：针对舰船设计中存在所得方案分布性和收敛性不好等问题，首先建立以初稳性高、飞行甲板面积、横摇固有 周期以及阻力为优化目标的大型舰船总体要素优化模型；其次根据大型舰船方案设计的特点，提出一种约束多目标 分解进化算法；最后将提出的算法用于优化模型的求解。 与目前优化性能较好的 ２ 种算法进行对比实验，实验结果 表明，本文算法获得了性能更加优异的设计方案。 关键词：大型舰船；总体要素；约束多目标；进化算法；优化设计 中图分类号：ＴＰ１８ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７３⁃４７８５（２０１６）０５⁃０６３５⁃０６ 中文引用格式：刘柏森，张晔， 张磊．一种用于大型舰船总体要素优化设计的约束多目标分解进化算法［Ｊ］． 智能系统学报， ２０１６， １１ （５）： ６３５⁃６４０． 英文引用格式：ＬＩＵ Ｂａｉｓｅｎ， ＺＨＡＮＧ Ｙｅ， ＺＨＡＮＧ Ｌｅｉ． Ａ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ ｍｕｌｔｉ⁃ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｒｙ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｅｌｅｍｅｎｔ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｌａｒｇｅ ｓｈｉｐ［Ｊ］． ＣＡＡＩ ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍｓ， ２０１６，１１（５）： ６３５⁃６４０． Ａ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ ｍｕｌｔｉ⁃ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｒｙ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｅｌｅｍｅｎｔ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｌａｒｇｅ ｓｈｉｐ ＬＩＵ Ｂａｉｓｅｎ １，２ ， ＺＨＡＮＧ Ｙｅ １ ， ＺＨＡＮＧ Ｌｅｉ ３ （１． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｈａｒｂｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｈａｒｂｉｎ １５０００１， Ｃｈｉｎａ； ２． Ｔｈｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅ⁃ ｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｈａｒｂｉｎ １５００５０， Ｃｈｉｎａ； ３ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｍ⁃ ｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｈａｒｂｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｈａｒｂｉｎ １５０００１， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｆａｃｔ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｃｈｅｍｅｓ ａｒｅ ｗｅａｋ ｉｎ ｓｈｉｐ ｄｅｓｉｇｎ， ｔｈｉｓ ｐａ⁃ ｐｅｒ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ａｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｌａｒｇｅ ｓｈｉｐ， ｗｈｉｃｈ ｃｏｎｔａｉｎｓ ｔｈｅｓｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｂ⁃ ｊｅｃｔｉｖｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｈｅｉｇｈｔ， ｔｈｅ ａｒｅａ ｏｆ ｆｌｉｇｈｔ ｄｅｃｋ， ｔｈｅ ｎａｔｕｒａｌ ｒｏｌｌ ｐｅｒｉｏｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ． Ｔｈｅｎ ａ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ ｍｕｌｔｉ⁃ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｒｙ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｗａｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｌａｒｇｅ ｓｈｉｐ＇ｓ ｓｃｈｅｍｅ ｄｅｓｉｇｎ． Ｆｉｎａｌｌｙ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ． Ｔｈｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｗａｓ ｃｏｍ⁃ ｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｗｏ ｏｐｔｉｍａｌ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｍｏｒｅ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌａｒｇｅ ｓｈｉｐ； ｏｖｅｒａｌｌ ｅｌｅｍｅｎｔｓ； ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ ｍｕｌｔｉ⁃ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｒｙ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ； ｏｐｔｉｍａｌ ｄｅｓｉｇｎ 收稿日期：２０１６⁃０５⁃０９． 网络出版日期：２０１６⁃１０⁃３１． 基金项目：国家自然科学基金项目（６１４７１１４８）；黑龙江省自然科学基金 项目（Ｆ２０１３２２）． 通信作者：刘柏森．Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｓｐｅｄ＿ｌｉｕ＠ １２６．ｃｏｍ． 大型舰船总体要素优化设计是舰船总体设计中 最基本也是最重要的工作之一。 如何选择合适的总 体要素将直接关系到大型舰船的安全性、经济性以 及战斗性等。 因此，设计好的优化方法具有十分重 要的实际意义。 由于大型舰船航行时具有多变性以 及舰船自身技术具有复杂性，利用传统的设计方 法［１⁃５］来求得最佳的舰船总体要素是十分困难的。 目前有一些学者研究了进化算法在舰船优化设计中 的应用，然而它们大多都是将大型舰船总体要素多 目标优化设计问题转化为无约束单目标优化问题进 行求解［６⁃１０］ ，所以无法求得分布均匀的 Ｐａｒｅｔｏ 解集， 从而不能为设计者提供多样的优化方案。 此外，有 学者对大型舰船总体要素优化设计问题进行多目标