D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1999.0M.027 第21卷第4期 北京科技大学学报 Vol.21 No.4 1999年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.1999 基于知识的广义优化方法 万军涂序彦 北京科技大学信息工程学院，北京100083 摘要传统的优化方法在描述能力、建模方法、方法实现和模型数据的分析等方面都存在着 局限性，需要引入新的思路.针对上述问题，提出了基于知识的广义优化方法，给出了广义优化 中知识概念、优化问题的描述，以及基于知识的广义优化方法的一般求解过程，其基本方法是 在优化问题知识模型的基础上，建立基于知识的广义优化算法，通过知识系统的约简，得到用 于制定优化方案的决策规则.同时给出了基于知识的广义优化方法在在锅炉燃烧优化问题中 的应用示例，说明了方法的有效性. 关键词知识：广义优化：锅炉燃烧 分类号TP273.1 优化问题是具有重要理论和实际应用价值 中获得的信息和数据常常是不完备和不精确 的研究课题.40年代以来，随着优化问题研究 的，使基于精确数学模型的优化方法的应用受 的广泛开展，形成了线性规划、整数规划、非线 到限制.这在管理中的非结构化、半结构化决策 性规划、动态规划等研究分支，先后提出了单纯 问题中表现得十分突出， 形法、分支界定法、罚函数法、Karmarker法等一 大批优化方法，并应用于生产实践中取得了显 1基于知识的广义优化的概念 著成效，这些方法的基本思路是：把待解决的问 为解决工程实际中的优化问题，克服传统 题数学模型化为在给定约束条件下求目标函数 优化方法的局限性，我们提出基于知识的广义 最大（小）值的解，然而，随着研究的深入，人们 优化方法.其基本思想是：基于知识的表达与推 发现上述方法在解决非结构化问题时受到很大 理看作是一种特定的概念与思维过程的模型， 限制.这主要是因为基于精确数学描述的优化 通过在一定意义下对人类思维推理过程的模 模型有其局限性，表现在以下几个方面： 拟：在没有形成清晰、全面的数学模型，还没有 描述能力的的局限性，不能或难以描述实 确切的量度标准的情况下，根据已有的经验、事 际优化问题中的许多重要对象.例如：定性知 实、大量的观测数据和记录进行分析和简化，从 识、专家经验、领导意图、顾客心理、人际关系 而发现知识、建立所研究问题的知识模型，进而 等 进行知识推理和判断，最终获得合理而可行的 建模方式的的局限性，传统的建模方式面 优化方案，这里所说的“合理而可行的优化方 向“物”，忽视了“人”在优化过程中的作用，而 案”是指能够满足工程实际需要的优化方案，而 在有人参与活动的系统优化问题中，应该考虑 不是“最优化”方案.“最优化”是根据系统的理 人的因素 论数学模型求理想目标，是狭义的优化，在工程 求解方法的局限性，由于许多优化问题本 上往往无法或难以实现：广义的优化意味着“次 身固有的复杂性，采用严密数学方法求其精确 优化”或“准优化”，是可以实现的实际目标，与 解的计算量，往往随问题规模呈指数级增长，即 传统的最优化方法相比，在基于知识的广义优 使采用高速计算机也计算代价过大，没有实用 化中，对优化问题的描述不是采用数学模型而 价值或根本无法实现. 是知识模型：优化目标不是求一个函数的极大 模型数据的局限性，在求解实际优化问题 或极小值，而是寻求具体问题的一个合理而可 1999-01-11收稿万军男，29岁，博士 行的方案.传统优化方法中，问题的求解是寻找 ·国家"863"高科技计划CMS课题No.863-511-9845-011)第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 基于 知识 的广义优化方法 万 军 涂 序 彦 北京科技大学信息工程学院 ， 北京 摘 要 传统 的优化 方法在 描述 能力 、 建模方法 、 方法 实现和 模型数据 的分析 等方 面 都存在 着 局 限性 ， 需要 引入新 的思路 针对上述 问题 ， 提 出 了基 于 知 识 的广 义优化 方法 ， 给 出 了广 义优化 中知识概念 、 优化 问题 的描述 ， 以及 基 于 知 识 的广义优化方法 的一 般求解过 程 其基 本方法是 在优化 问题知 识模型 的基础 上 ， 建立基 于 知 识 的广义 优化 算法 ， 通 过知 识系统 的约 简 ， 得 到用 于 制定优化方案 的决策规 则 同时给 出 了基 于 知 识 的广义优化 方 法在在锅 炉燃烧优化 问题 中 的应用 示例 ， 说明了方法 的有效性 关键词 知 识 广义优化 锅 炉燃烧 分 类号 优化 问题 是 具 有 重要 理 论和 实际应用 价 值 的研 究课 题 年 代 以来 ， 随着优化 问题 研 究 的广 泛 开 展 ， 形成 了线性规划 、 整 数规划 、 非线 性规划 、 动态 规划 等研究分支 ， 先后 提 出 了单纯 形 法 、 分支界 定法 、 罚 函数法 、 法 等 一 大批优化方 法 ， 并应 用 于 生产 实 践 中取 得 了显 著成效 这些方法 的基本 思 路 是 把 待解 决 的 问 题数学模 型化 为在 给定约 束条件下 求 目标 函数 最 大 小 值 的解 然 而 ， 随着研 究 的深 入 ， 人 们 发现上 述 方法 在解 决非 结构化 问题 时 受到 很大 限制 这 主 要 是 因 为基 于 精确 数 学描 述 的优化 模型 有其局 限性 ， 表 现在 以下 几 个 方 面 描述 能力 的 的局 限性 ， 不 能或 难 以描 述 实 际 优 化 问题 中的许 多 重 要 对 象 例 如 定 性 知 识 、 专 家经 验 、 领 导 意 图 、 顾 客 心 理 、 人 际 关系 等 建模方 式 的 的局 限 性 ， 传 统 的 建模方 式 面 向 “ 物 ” ， 忽 视 了 “ 人 ” 在优化过 程 中的作 用 ， 而 在有人参 与活 动 的 系统优化 问题 中 ， 应 该 考虑 人 的因 素 求解 方法 的局 限性 ， 由于 许 多优 化 问题 本 身固有 的复杂 性 ， 采用 严 密 数 学 方 法 求 其 精确 解 的计算量 ， 往往 随 问题规 模呈 指数 级 增 长 ， 即 使采用高速计 算机 也 计 算代 价 过 大 ， 没 有 实用 价值或根本无法 实现 模型数据 的局 限性 ， 在 求 解 实 际 优 化 问题 刁 一 收稿 万 军 男 ， 岁 ， 博士 国家 ，， ，，高科技计划 课题困 一 一 一 一 中 获 得 的 信 息 和 数 据 常 常 是 不 完 备 和 不 精 确 的 ， 使基 于 精确 数 学模 型 的优化 方法 的应 用 受 到 限制 这 在管 理 中的非 结构化 、 半结构化 决策 问题 中表 现 得 十 分 突 出 基于 知识 的广义优化的概念 为解 决工 程 实 际 中 的优化 问题 ， 克服传统 优 化 方 法 的局 限性 ， 我们 提 出基 于 知 识 的广 义 优化 方法 其基本思 想 是 基于 知 识 的表达与推 理 看 作 是 一 种 特 定 的概念 与 思 维 过 程 的模 型 ， 通 过 在 一 定 意 义 下 对 人 类 思 维 推 理 过 程 的 模 拟 在 没 有 形 成 清 晰 、 全面 的数 学模型 ， 还 没 有 确 切 的量度标准 的情 况 下 ， 根据 已有 的经 验 、 事 实 、 大量 的观 测 数据和 记 录进行分析和 简化 ， 从 而 发现知识 、 建立所研究问题 的知 识模型 ， 进而 进 行 知 识 推 理 和 判 断 ， 最 终 获得 合 理 而 可 行 的 优 化方 案 这 里 所 说 的 “ 合 理而 可 行 的优 化方 案 ” 是 指 能够满 足工 程 实际 需要 的优化方 案 ， 而 不 是 “ 最 优 化 ” 方 案 “ 最 优 化 ” 是 根 据 系统 的理 论数 学模型 求理想 目标 ， 是狭义 的优化 ， 在 工 程 上 往往 无法 或难 以实现 广 义 的优 化 意味着 “ 次 优化 ” 或 “ 准 优化 ” ， 是 可 以实现 的实际 目标 与 传 统 的最 优 化 方 法 相 比 ， 在 基 于 知 识 的广 义 优 化 中 ， 对 优 化 问题 的描 述 不 是 采 用 数 学模 型 而 是 知 识 模型 优化 目标 不 是 求一 个 函 数 的极 大 或 极 小值 ， 而 是 寻 求具 体 问题 的一 个 合理而 可 行 的方案 传统优化方法 中 ， 问题 的求解 是寻 找 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1999．04．027