宁桂英

• 1:柳州工学院公共基础教学部

摘要(Abstract)：

0-1背包问题是一种典型的组合优化问题，许多实际问题都可以转化为0-1背包问题。本研究提出一种改进的鲸鱼优化算法（improved whale optimization algorithm, IWOA）来解决0-1背包问题。该方法与基本鲸鱼优化算法（whale optimization algorithm, WOA）的主要区别在于：首先，在算法的早期优化阶段，引入Lévy飞行和两阶段域搜索机制，以增强种群多样性，提高算法的全局搜索能力；其次，在后期优化阶段，采用贪婪精细化搜索机制，增强局部搜索能力，提高算法准确率，同时，在优化过程中引入修复和优化机制，避免不可行解过多消耗资源，提高计算效率和收敛速度；最后，选择经典数据集进行测试，包括9个中小型数据集和12个大规模数据集，并与其他先进算法进行比较。结果表明：对于中小型数据集，均可找到最优解；在大规模数据集中也显示出强大的优势。这表明所提算法具有良好的应用价值，是解决0-1背包问题的有效方法。

关键词(KeyWords)： 鲸鱼优化算法;0-1背包问题;Lévy飞行;域搜索;局部最优

Abstract:

Keywords:

基金项目(Foundation): 广西高校中青年教师科研基础能力提升项目（2019KY1098）;; 广西高等教育本科教学改革工程重点项目（2022JGZ190）资助

作者(Author): 宁桂英

DOI: 10.16375/j.cnki.cn45-1395/t.2025.06.015

参考文献(References)：

• [1]FAYARD D,PLATEAU G. Resolution of the 0-1 knapsack problem:comparison of methods[J]. Mathematical Programming,1975,8(1):272-307.
• [2]ZOU D X,GAO L Q,LI S,et al. Solving 0-1 knapsack problem by a novel global harmony search algorithm[J].Applied Soft Computing,2011,11(2):1556-1564.
• [3]王熙照，贺毅朝.求解背包问题的演化算法[J].软件学报，2017,28(1):1-16.
• [4]史文旭，杨洋，鲍胜利.贪心核加速动态规划算法求解折扣{0-1}背包问题[J].计算机应用，2019,39(7):1912-1917.
• [5]ZHANG X G,HUANG S Y,HU Y,et al. Solving 0-1knapsack problems based on amoeboid organism algorithm[J]. Applied Mathematics and Computation,2013,219(19):9959-9970.
• [6]蒋正锋，李春青，杨秀增，等.灰狼优化算法研究综述[J/OL].计算机工程与应用，(2025-05-14)[2025-06-17].https：//link.cnki.net/urlid/11.2127.tp.20250514.1037.002.
• [7]谢谢，陈明皓.改进蜣螂算法求解风扰环境下的无人机路径规划问题[J].沈阳大学学报(自然科学版)，2025,37(2):115-122.
• [8]BASHEER G T , ALGAMAL Z Y.Improving flower pollination algorithm for solving 0-1 knapsack problem[J].Journal of Physics:Conference Series,2021,1879(2):022097.
• [9]RIZK-ALLAH R M,HASSANIEN A E. New binary bat algorithm for solving 0-1 knapsack problem[J]. Complex&Intelligent Systems,2018,4(1):31-53.
• [10]姜有胜，叶洪涛，罗文广，等.基于QPSO-MPC的自动驾驶车辆轨[J/OL].广西科技大学学报，(2025-03-07)[2025-06-17].https：//link.cnki.net/urlid/45.1395.T.20250306.1808.006.
• [11]李广南，叶洪涛，罗文广.基于IPSO-MPC的无人驾驶车辆纵向运动控制[J].广西科技大学学报，2022,33(1):94-109.
• [12]SHU Z,YE Z W,ZONG X L,et al. A modified hybrid rice optimization algorithm for solving 0-1 knapsack problem[J]. Applied Intelligence,2022,52(5):5751-5769.
• [13]徐烁，邹德旋，宋博，等.融合逐维高斯变异的改进白鲸优化算法及其应用[J/OL].南京信息工程大学学报，(2025-05-15)[2025-6-17]. https：//doi.org/10.13878/j.cnki.jnuist.20250327003.
• [14]MIRJALILI S , LEWIS A. The whale optimization algorithm[J]. Advances in Engineering Software,2016,95:51-67.
• [15]龙文，蔡绍洪，焦建军，等.求解大规模优化问题的改进鲸鱼优化算法[J].系统工程理论与实践，2017,37(11):2983-2994.
• [16]李安东，刘升.混合策略改进鲸鱼优化算法[J].计算机应用研究，2022,39(5):1415-1421.
• [17]李彦苍，徐培东.基于自适应步长和莱维飞行策略的改进狼群算法[J].重庆大学学报，2023,46(12):80-95.
• [18]杨聪聪，姜金华，蒋志成.混合多策略改进的海鸥优化算法[J].机电工程，2025,5:1-13.
• [19]ABDEL-BASSET M,MOHAMED R,MIRJALILI S. A binary equilibrium optimization algorithm for 0-1 knapsack problem[J]. Computers&Industrial Engineering,2021,151:106946.
• [20]冯文涛，邓兵.鲸鱼优化算法的全局收敛性分析及参数选择研究[J].控制理论与应用，2021,38(5):641-651.
• [21]吴虎胜，张凤鸣，战仁军，等.求解0-1背包问题的二进制狼群算法[J].系统工程与电子技术，2014,36(8):1660-1667.
• [22]耿亚，吴访升.基于粒子群-模拟退火算法的背包问题研究[J].控制工程，2019,26(5):991-996.
• [23]姚若侠，薛丹，谢娟英，等.求解0-1背包问题的混合粒子群改进算法研究[J].华东师范大学学报(自然科学版)，2020(6):90-98.
• [24]KONG X Y,GAO L Q,OUYANG H B,et al. A simplified binary harmony search algorithm for large scale 0-1knapsack problem[J]. Expert Systems with Applications,2015,42(12):5337-5355.
• [25]陈桢，钟一文，林娟.求解0-1背包问题的混合贪婪遗传算法[J].计算机应用，2021,41(1):87-94.
• [26]郑健.离散正弦余弦算法求解大规模0-1背包问题[J].山东大学学报(理学版)，2020,55(11):87-95.

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