[論文レビュー] The Evolutionary Computation Methods No One Should Use

Jakub Kůdela|arXiv (Cornell University)|Jan 5, 2023

Evolutionary Algorithms and Applications被引用数 9

ひとこと要約

論文は90の進化計算手法のうち47が中心バイアス（ゼロバイアス）を持つことを特定し、この欠陥が近年悪化してベンチマークの妥当性に挑戦していると主張します。

ABSTRACT

The center-bias (or zero-bias) operator has recently been identified as one of the problems plaguing the benchmarking of evolutionary computation methods. This operator lets the methods that utilize it easily optimize functions that have their respective optima in the center of the feasible set. In this paper, we describe a simple procedure that can be used to identify methods that incorporate a center-bias operator and use it to investigate 90 evolutionary computation methods that were published between 1987 and 2022. We show that more than half (47 out of the 90) of the considered methods have the center-bias problem. We also show that the center-bias is a relatively new phenomenon (with the first identified method being from 2012), but its inclusion has become extremely prevalent in the last few years. Lastly, we briefly discuss the possible root causes of this issue.

研究の動機と目的

• 中心バイアス演算子の有無を検出手続きで評価すること
• 90のEC手法（1987–2022）をベンチマークして中心バイアスの有病率を定量化すること
• 中心バイアスの歴史的出現と成長を強調し、その根本原因を議論すること

提案手法

• 前の研究と同じ中心バイアス検出手法を採用して中心バイアス演算子の有無を特定すること
• 固定の評価予算（50,000回の関数評価）と各手法につき20回の実行で、次元30の13のベンチマーク関数を使用すること
• 各関数でのシフトなしの性能を計算し、各関数に対して固定のシフトベクトル s（範囲の10%）を適用してシフト問題を作成すること
• 各手法について、関数ごとにシフト後の性能とシフト前の性能の比を計算し、関数間の幾何平均を中心バイアス指標として導出すること（閾値 > 1e1）
• 比がどう振る舞うかを示すため、サンプル手法（ABC, DE, LSHADE, SBO, RKO）で手法を例示すること

Figure 1: Number of papers proposing methods with/without center-bias in time.

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中心中心化された最適解でベンチマークした場合、進化計算手法は中心バイアスを示すか？
• RQ2 公表されたEC手法の広範なセットにおける中心バイアスの有病率はどれくらいか？
• RQ3 中心バイアスの発生は近年増加しているか？
• RQ4 中心バイアス手法と最も関連する著者またはグループは誰か？
• RQ5 ベンチマーク実務と報告された改善の妥当性に対してどのような含意があるか？

主な発見

• 分析対象の手法のうち半数を超える47手法が中心バイアスを確認している。
• 中心バイアス現象は比較的新しく、最初に特定されたのはおおよそ2012年頃だが、過去5年間で急速に拡大している。
• いくつかの手法（例：RKO）は中心バイアス値が極端に大きい（幾何平均が閾値を大幅に上回る）。
• 中心バイアス手法の顕著な集中はコアグループ（Mirjalili, Gandomi, Heidari）にあり、全体の約20/47の偏り手法に寄与している。
• いくつかの“数学的”プロセスベースの手法（AOA, GBO, RKO, SCA）は、宣伝文言と反する強い中心バイアス特性を示す。
• 初期の中心バイアス事例はTLO（2012）、WDO（2013）、GWO（2014）で現れ、その後の手法が急速に蓄積している。いくつかの偏り手法は比較のベースラインとして今も使用され続けている。