Χειρισμός χρονοβόρων προβλημάτων ολικής βελτιστοποίησης με τον εξελικτικό αλγόριθμο ανόπτησης-απλόκου εμπλουτισμένο με υποκατάστατα μοντέλα

Σε προβλήματα βελτιστοποίησης υδατικών πόρων, ο υπολογισμός της στοχικής συνάρτησης συνήθως απαιτεί την αρχική εκτέλεση ενός μοντέλου προσομοίωσης και εν συνεχεία την αποτίμηση των αποτελεσμάτων του. Ωστόσο, σε αρκετές περιπτώσεις οι μεγάλοι χρόνοι προσομοίωσης μπορεί να θέσουν σοβαρά εμπόδια στη διαδικασία βελτιστοποίησης. Συχνά, για να παραχθεί μια λύση σε εύλογο χρόνο, ο χρήστης πρέπει να περιορίσει δραστικά του επιτρεπόμενο αριθμό αποτιμήσεων της στοχικής συνάρτησης, διακόπτωντας έτσι την αναζήτηση πολύ νωρίτερα από όσο απαιτεί η πολυπλοκότητα του προβλήματος. Μια υποσχόμενη νέα στρατηγική για την αντιμετώπιση αυτών των αδυναμιών είναι η χρήση τεχνικών υποκατάστατων μοντέλων εντός των αλγορίθμων ολικής βελτιστοποίησης. Εδώ εισάγουμε τον αλγόριθμο Surrogate-Enhanced Evolutionary Annealing-Simplex (SEEAS) που συνδυάζει την ισχύ των υποκατάστατων μοντέλων με την αποτελεσματικότητα και αποδοτικότητα της εξελικτικής μεθόδου ανόπτησης-απλόκου (Evolutionary Annealing-Simplex, EAS). Ο αλγόριθμος συνδυάζει τρεις διαφορετικές προσεγγίσεις βελτιστοποίησης (εξελικτική αναζήτηση, προσομοιωμένη ανόπτηση, και το σχήμα κατερχόμενου απλόκου), στις οποίες καίριες αποφάσεις καθοδηγούνται, εν μέρει, από αριθμητικές προσεγγίσεις της στοχικής συνάρτησης. Η επίδοση του προτεινόμενου αλγορίθμου αξιολογείται έναντι άλλων που χρησιμοποιούν υποκατάστατα μοντέλα, σε θεωρητικές όσο και πρακτικές εφαρμογές (ήτοι συναρτήσεις ελέγχου και προβλήματα υδρολογικής βαθμονόμησης, αντίστοιχα), θέτοντας περιορισμένο προϋπολογισμό δοκιμών (από 100 έως 1000). Τα αποτελέσματα αναδεικνύουν τις σημαντικές δυνατότητες της μεθόδου SEEAS σε δύσκολα προβλήματα βελτιστοποίησης, που εμπεριέχουν χρονοβόρες προσομοιώσεις.