Published January 1, 2020 | Version v1
Publication Open

An Artificial Bee Colony-Based Double Layered Neural Network Approach for Solving Quadratic Bi-Level Programming Problems

  • 1. Petronas (Malaysia)
  • 2. Zhejiang Gongshang University
  • 3. SRM Institute of Science and Technology
  • 4. Nanjing University
  • 5. Multimedia University

Description

In the current work, we devised a hybrid method involving a Double-Layer Neural Network (DLNN) for solving a quadratic Bi-Level Programming Problem (BLPP). For an efficient and effective solution of such problems, the proposed potential methodology includes an improved Artificial Bee Colony (ABC) algorithm, a Hopfield Network (HN), and a Boltzmann Machine (BM). The improved ABC algorithm accommodates upper-level decision problems by selecting a set of potential solutions from all combinations of solutions. However, for lower-level decision problem, HN and BM are amalgamated to manifest a DLNN that initially generates its structure by choosing a limited number of units, and will subsequently converge to an optimal solution/unit among those units and hence, constitutes an effective, efficient solution technique.We compared the accuracy, computational time and effectiveness (ability to find the true optimum) of the proposed DLNN with improved-ABC, DLNN with PSO (where PSO replaces the improved-ABC in the upper-level problem of the proposed DLNN with improved-ABC), DLNN with GA (where GAreplaces the improved-ABC in the upper-level of the proposed algorithm) and other conventional approaches and found the proposed DLNN with improved-ABC can yield high quality global optimal solutions with higher accuracy in relatively smaller time.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

في العمل الحالي، ابتكرنا طريقة هجينة تتضمن شبكة عصبية مزدوجة الطبقة (DLNN) لحل مشكلة برمجة ثنائية المستوى تربيعية (BLPP). لحل هذه المشاكل بكفاءة وفعالية، تتضمن المنهجية المحتملة المقترحة خوارزمية محسنة لمستعمرة النحل الاصطناعي (ABC)، وشبكة هوبفيلد (HN)، وآلة بولتزمان (BM). تستوعب خوارزمية ABC المحسنة مشاكل القرار على المستوى الأعلى من خلال اختيار مجموعة من الحلول المحتملة من جميع مجموعات الحلول. ومع ذلك، بالنسبة لمشكلة القرار ذات المستوى الأدنى، يتم دمج HN و BM لإظهار DLNN التي تولد في البداية هيكلها عن طريق اختيار عدد محدود من الوحدات، وسوف تتقارب لاحقًا إلى حل/وحدة مثالية بين تلك الوحدات، وبالتالي، تشكل تقنية حل فعالة وكفؤة. قارنا الدقة والوقت الحسابي والفعالية (القدرة على العثور على الأمثل الحقيقي) لـ DLNN المقترحة مع تحسين - ABC، DLNN مع PSO (حيث يحل PSO محل المحسن - ABC في مشكلة المستوى العلوي لـ DLNN المقترحة مع تحسين - ABC)، DLNN مع GA (حيث GAreplaces المحسن - ABC في المستوى العلوي من الخوارزمية المقترحة) والنهج التقليدية الأخرى ووجدنا أن DLNN المقترحة مع تحسين - ABC يمكن أن تسفر عن حلول مثالية عالمية عالية الجودة بدقة أعلى في وقت أصغر نسبيًا.

Translated Description (French)

Dans le travail actuel, nous avons conçu une méthode hybride impliquant un réseau neuronal à double couche (DLNN) pour résoudre un problème de programmation quadratique à deux niveaux (BLPP). Pour une solution efficace et efficiente de ces problèmes, la méthodologie potentielle proposée comprend un algorithme amélioré de colonie d'abeilles artificielles (ABC), un réseau Hopfield (HN) et une machine Boltzmann (BM). L'algorithme ABC amélioré s'adapte aux problèmes de décision de niveau supérieur en sélectionnant un ensemble de solutions potentielles parmi toutes les combinaisons de solutions. Cependant, pour le problème de décision de niveau inférieur, HN et BM sont fusionnés pour manifester un DLNN qui génère initialement sa structure en choisissant un nombre limité d'unités, et convergera ensuite vers une solution/unité optimale parmi ces unités et constitue donc une technique de solution efficace et efficiente. Nous avons comparé la précision, le temps de calcul et l'efficacité (capacité à trouver le véritable optimum) du DLNN proposé avec l'ABC amélioré, le DLNN avec PSO (où PSO remplace l'ABC amélioré dans le problème de niveau supérieur du DLNN proposé par l'ABC amélioré), le DLNN avec GA (où GA remplace l'ABC amélioré dans le niveau supérieur de l'algorithme proposé) et d'autres approches conventionnelles et avons constaté que le DLNN proposé avec l'ABC amélioré peut donner des solutions optimales globales de haute qualité avec une plus grande précision dans un temps relativement plus court.

Translated Description (Spanish)

En el trabajo actual, ideamos un método híbrido que involucra una Red Neuronal de Doble Capa (DLNN) para resolver un Problema de Programación Bi-Nivel cuadrático (BLPP). Para una solución eficiente y efectiva de tales problemas, la metodología potencial propuesta incluye un algoritmo mejorado de Colonia Artificial de Abejas (ABC), una Red Hopfield (HN) y una Máquina Boltzmann (BM). El algoritmo ABC mejorado se adapta a los problemas de decisión de nivel superior seleccionando un conjunto de soluciones potenciales de todas las combinaciones de soluciones. Sin embargo, para el problema de decisión de nivel inferior, HN y BM se fusionan para manifestar un DLNN que inicialmente genera su estructura eligiendo un número limitado de unidades, y posteriormente convergerá en una solución/unidad óptima entre esas unidades y, por lo tanto, constituye una técnica de solución efectiva y eficiente. Comparamos la precisión, el tiempo computacional y la efectividad (capacidad de encontrar el verdadero óptimo) del DLNN propuesto con ABC mejorado, DLNN con PSO (donde PSO reemplaza el ABC mejorado en el problema de nivel superior del DLNN propuesto con ABC mejorado), DLNN con GA (donde GA reemplaza el ABC mejorado en el nivel superior del algoritmo propuesto) y otros enfoques convencionales y encontramos que el DLNN propuesto con ABC mejorado puede producir soluciones óptimas globales de alta calidad con mayor precisión en un tiempo relativamente menor.

Files

08963727.pdf.pdf

Files (245 Bytes)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:9a423e3eeaf5c58f03499ecef40e6a27
245 Bytes
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
نهج الشبكة العصبية المزدوجة الطبقات القائمة على مستعمرة النحل الاصطناعي لحل مشاكل البرمجة ثنائية المستوى التربيعية
Translated title (French)
Une approche de réseau neuronal à double couche basée sur une colonie d'abeilles artificielles pour résoudre des problèmes de programmation quadratique à deux niveaux
Translated title (Spanish)
Un enfoque de red neuronal de doble capa basado en colonias de abejas artificiales para resolver problemas de programación cuadrática de dos niveles

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3001530406
DOI
10.1109/access.2020.2967787

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Malaysia

References

  • https://openalex.org/W1216881884
  • https://openalex.org/W1484068505
  • https://openalex.org/W1515288971
  • https://openalex.org/W1559171183
  • https://openalex.org/W1588628884
  • https://openalex.org/W1596644514
  • https://openalex.org/W1975320652
  • https://openalex.org/W1990676004
  • https://openalex.org/W1992564558
  • https://openalex.org/W2001759562
  • https://openalex.org/W2005629858
  • https://openalex.org/W2007103412
  • https://openalex.org/W2027576313
  • https://openalex.org/W2038079205
  • https://openalex.org/W2039564621
  • https://openalex.org/W2041267114
  • https://openalex.org/W2062626207
  • https://openalex.org/W2079104779
  • https://openalex.org/W20876855
  • https://openalex.org/W2110024506
  • https://openalex.org/W2124659975
  • https://openalex.org/W2143560894
  • https://openalex.org/W21554125
  • https://openalex.org/W2161768084
  • https://openalex.org/W2166063259
  • https://openalex.org/W2169316154
  • https://openalex.org/W2254218369
  • https://openalex.org/W2320438893
  • https://openalex.org/W2419387301
  • https://openalex.org/W2466613816
  • https://openalex.org/W2481910659
  • https://openalex.org/W2561166280
  • https://openalex.org/W2587752930
  • https://openalex.org/W2612255873
  • https://openalex.org/W2614367549
  • https://openalex.org/W2769284531
  • https://openalex.org/W3123952677