jMetal解説 - アルゴリズムの設定と実行

## 元のページ

https://github.com/jMetal/jMetalDocumentation/blob/master/running.md

このページを雑に訳しただけ．


## アルゴリズムの設定
**アルゴリズムを設定するためにはrunnerと呼ばれるクラスを書く**しかない．
（次以降のリリースで，外部のファイルから設定を読み込めるようにしたいらしい）

jMetalに含まれるアルゴリズムには少なくとも1つはrunnerクラスが用意されている．
それらは`jmetal-exec`モジュールの[このフォルダ](https://github.com/jMetal/jMetal/tree/master/jmetal-exec/src/main/java/org/uma/jmetal/runner/multiobjective)にある．

例として次のNSGA-IIの5つのrunnerクラスを挙げる．
これらはそれぞれ違う用途に使用するように設定されている．

+ `NSGAIIRnner`: 連続値の問題を解くためのNSGA-IIのスタンダードな設定．
+ `NSGAIIInteger`: 整数値問題を解くための設定． 
+ `NSGAIIBinary`: 2値問題を解くための設定．
+ `NSGAIIMeasures`: `NSGAIIRunner`と同様だが，measuresの使い方の例が含まれている．
+ `ParallelNSGAII`: `NSGAIIRunner`と同様だが，populationsを評価する際にスレッドを用いて並列に処理を行う．

次に`NSGAIIRunner`クラスの詳細を示す．
Javadocに示しているように，第1引数には解くべき問題のクラス名を与える．
第2引数はオプションのパラメータで，最適なパレートフロントの近似を含むファイルのパスを与える．
パレートフロントが与えられた場合，利用可能なすべてのquality indicatorを計算するために用いられる．


```java
public class NSGAIIRunner extends AbstractAlgorithmRunner {
  /**
   * @param args Command line arguments.
   * @throws JMetalException
   * @throws FileNotFoundException
   * Invoking command: java org.uma.jmetal.runner.multiobjetive.NSGAIIRunner problemName [referenceFront]
   */
  public static void main(String[] args) throws JMetalException, FileNotFoundException {
```

`main`メソッドでは最初に，解くべき問題の型と使用するoperatorを宣言する．
（この例では，`DoubleSolution`を個体として扱う問題を宣言している．）
`referenceParetoFront`は与えらえれた最適なパレ―トフロントのファイルパスを示す．

```java
    Problem<DoubleSolution> problem;
    Algorithm<List<DoubleSolution>> algorithm;
    CrossoverOperator<DoubleSolution> crossover;
    MutationOperator<DoubleSolution> mutation;
    SelectionOperator<List<DoubleSolution>, DoubleSolution> selection;
    String referenceParetoFront = "" ;
```

次に，プログラムに与えられた引数をパースしていく．
引数が与えられなかった場合はデフォルトでベンチマーク問題を解く．(この例ではZDT1を解く．)

```java
    String problemName ;
    if (args.length == 1) {
      problemName = args[0];
    } else if (args.length == 2) {
      problemName = args[0] ;
      referenceParetoFront = args[1] ;
    } else {
      problemName = "org.uma.jmetal.problem.multiobjective.zdt.ZDT1";
      referenceParetoFront = "jmetal-problem/src/test/resources/pareto_fronts/ZDT1.pf" ;
    }
```

次に，クラス名から`problem`ロードする．

```java
    problem = ProblemUtils.<DoubleSolution> loadProblem(problemName);
```

そして，operatorやalgorithmの設定をする．

```java
    double crossoverProbability = 0.9 ;
    double crossoverDistributionIndex = 20.0 ;
    crossover = new SBXCrossover(crossoverProbability, crossoverDistributionIndex) ;

    double mutationProbability = 1.0 / problem.getNumberOfVariables() ;
    double mutationDistributionIndex = 20.0 ;
    mutation = new PolynomialMutation(mutationProbability, mutationDistributionIndex) ;

    selection = new BinaryTournamentSelection<DoubleSolution>(new RankingAndCrowdingDistanceComparator<DoubleSolution>());

    algorithm = new NSGAIIBuilder<DoubleSolution>(problem, crossover, mutation)
        .setSelectionOperator(selection)
        .setMaxEvaluations(25000)
        .setPopulationSize(100)
        .build() ;
```

最後に，アルゴリズムを実行し，得られた解を2つのファイルに書き込む．
1つには変数の値を，もう1つには目的関数の値を書きこむ．
また，パレートフロントが引数で与えられていたら，利用可能なすべてのquality indicatorsの計算結果をプリントする．


```java
    AlgorithmRunner algorithmRunner = new AlgorithmRunner.Executor(algorithm)
        .execute() ;

    List<DoubleSolution> population = algorithm.getResult() ;
    long computingTime = algorithmRunner.getComputingTime() ;

    JMetalLogger.logger.info("Total execution time: " + computingTime + "ms");

    printFinalSolutionSet(population);
    if (!referenceParetoFront.equals("")) {
      printQualityIndicators(population, referenceParetoFront) ;
    }
  }
```