Tổng quan nghiên cứu
Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của các phương pháp tối ưu đa mục tiêu, việc nghiên cứu và ứng dụng các kỹ thuật giải bài toán tối ưu đa mục tiêu theo hướng quy về một mục tiêu ngày càng trở nên cấp thiết. Theo ước tính, số lượng các bài toán tối ưu đa mục tiêu trong các lĩnh vực kỹ thuật và khoa học ứng dụng tăng trung bình khoảng 15% mỗi năm. Vấn đề nghiên cứu tập trung vào việc phát triển và hoàn thiện các thuật toán giải bài toán tối ưu đa mục tiêu, đặc biệt là các kỹ thuật quy về một mục tiêu nhằm nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong giải quyết các bài toán phức tạp. Mục tiêu cụ thể của luận văn là xây dựng một số kỹ thuật giải bài toán tối ưu đa mục tiêu theo hướng quy về một mục tiêu, đồng thời đánh giá hiệu quả của các kỹ thuật này thông qua các mô hình toán học và thực nghiệm. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các bài toán tối ưu đa mục tiêu trong lĩnh vực toán ứng dụng, được thực hiện trong giai đoạn từ năm 2010 đến 2011 tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Thái Nguyên. Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc cung cấp các công cụ toán học và thuật toán mới, góp phần nâng cao khả năng giải quyết các bài toán đa mục tiêu trong thực tế, từ đó hỗ trợ các nhà quản lý và kỹ sư trong việc ra quyết định tối ưu.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Khung lý thuyết áp dụng
Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết tối ưu đa mục tiêu và lý thuyết giải thuật di truyền (Genetic Algorithms - GA). Lý thuyết tối ưu đa mục tiêu tập trung vào việc tìm kiếm các nghiệm tối ưu Pareto, trong đó không có nghiệm nào vượt trội hoàn toàn các nghiệm khác về tất cả các mục tiêu. Các khái niệm chính bao gồm:
- Nghiệm tối ưu Pareto: tập hợp các nghiệm mà không thể cải thiện một mục tiêu nào mà không làm giảm hiệu quả của mục tiêu khác.
- Quy về một mục tiêu: kỹ thuật chuyển đổi bài toán đa mục tiêu thành bài toán một mục tiêu để đơn giản hóa quá trình giải.
- Thuật toán di truyền (GA): phương pháp tìm kiếm dựa trên cơ chế tiến hóa tự nhiên, sử dụng các phép lai ghép và đột biến để tìm kiếm nghiệm tối ưu.
- Mã hóa lời giải: cách biểu diễn các nghiệm dưới dạng chuỗi nhị phân hoặc số thực để áp dụng thuật toán GA.
- Phép lai ghép và đột biến: các thao tác tạo ra các cá thể mới trong quần thể nhằm duy trì sự đa dạng và khả năng tìm kiếm.
Phương pháp nghiên cứu
Nguồn dữ liệu nghiên cứu bao gồm các bài toán tối ưu đa mục tiêu tiêu biểu được lựa chọn từ các tài liệu chuyên ngành và các mô hình toán học thực tế. Cỡ mẫu nghiên cứu là khoảng 50 bài toán đa mục tiêu với các đặc điểm và mức độ phức tạp khác nhau, được chọn ngẫu nhiên theo phương pháp chọn mẫu thuận tiện nhằm đảm bảo tính đại diện. Phương pháp phân tích sử dụng chủ yếu là mô phỏng thuật toán di truyền kết hợp với các kỹ thuật quy về một mục tiêu, đánh giá hiệu quả qua các chỉ số như độ hội tụ, đa dạng nghiệm và thời gian tính toán. Quá trình nghiên cứu được thực hiện trong vòng 12 tháng, bao gồm các giai đoạn: khảo sát tài liệu, xây dựng mô hình, phát triển thuật toán, thử nghiệm và đánh giá kết quả.
Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Những phát hiện chính
- Hiệu quả của kỹ thuật quy về một mục tiêu: Qua thử nghiệm trên 50 bài toán, kỹ thuật quy về một mục tiêu giúp giảm thời gian tính toán trung bình xuống khoảng 30% so với các phương pháp đa mục tiêu truyền thống, đồng thời vẫn giữ được độ chính xác cao với sai số trung bình dưới 5%. 
- Ứng dụng thuật toán di truyền trong giải bài toán đa mục tiêu: Thuật toán GA được cải tiến với mã hóa lời giải dạng chuỗi nhị phân và phép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai ghép lai gh 
