中国矿业大学熊梦辉获国家专利权
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龙图腾网获悉中国矿业大学申请的专利一种带宽受限有向网络下的量化分布式在线复合优化方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN121078461B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-01-23发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202511606158.8,技术领域涉及:H04W24/02;该发明授权一种带宽受限有向网络下的量化分布式在线复合优化方法是由熊梦辉;杨春雨;周林娜;赵建国;张鑫;马磊设计研发完成,并于2025-11-05向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种带宽受限有向网络下的量化分布式在线复合优化方法在说明书摘要公布了:本发明公开了一种带宽受限有向网络下的量化分布式在线复合优化方法,属于分布式优化技术领域。该方法主要解决现有分布式优化算法在非对称有向网络和有限通信带宽条件下性能下降的问题。技术方案包括:建立有向网络图并确定节点邻域关系,构建复合优化问题模型,设计融合自适应均匀量化与近端梯度下降的分布式在线复合优化算法,并分析其动态遗憾收敛性。本发明突破了对网络对称性的依赖,显著降低了通信开销,在带宽受限和非平衡有向网络中仍能保证次线性收敛性能,适用于无人机编队、多智能体协同控制等实时优化场景。
本发明授权一种带宽受限有向网络下的量化分布式在线复合优化方法在权利要求书中公布了:1.一种带宽受限有向网络下的量化分布式在线复合优化方法,其特征在于,包括以下步骤: S1、建立有向网络图:根据无人机集群的通信节点,构建描述节点间信息传递关系的有向网络图,并确定各节点的入邻居与出邻居集合; S2、构建分布式在线复合优化问题模型:将无人机编队控制任务抽象为分布式在线复合优化问题,明确决策变量、局部损失函数、正则化项及约束条件; S3、设计自适应量化分布式在线复合优化算法框架:基于构建的问题模型,结合有向网络图、自适应均匀量化器与近端梯度下降技术,构建适用于带宽受限场景的分布式在线复合优化算法; S4、分析算法收敛性:以动态遗憾为性能指标,对所提出的自适应量化分布式在线复合优化算法进行收敛性分析; 所述S3具体包括以下步骤: S31、参数初始化:设定参数,,,,,其中是算法的总迭代次数;是时恒正的迭代步长,其值随着的增加呈现单调非增趋势;是时介于0到1之间的量化参数,其值随着的增加呈现单调非增趋势,为迭代时刻;是量化水平参数;是通信权重矩阵; S32、变量初始化:设定初始迭代时刻的决策变量,量化中间值向量,以及权重补偿向量,其中代表节点在时的决策向量,代表节点在时的量化中间值向量,代表节点在时的权重补偿向量,代表阶单位矩阵的第列元素; S33、量化区间尺寸设定:在第轮迭代中,设定量化器的量化区间尺寸向量为,其中是用于调节量化区间尺寸的常数,表示乘法,是正则化项的梯度上界,是时的迭代步长,是时的量化参数,为迭代时刻,是元素均为1的维列向量; S34、对每一轮迭代,各节点执行迭代更新过程; S35、输出所有节点的决策向量序列; 在步骤S34中,所述迭代更新过程具体为: S34.1、在第轮迭代中,节点做出决策,并接收到反馈信息,其中表示节点在第轮迭代中,其损失函数在决策向量处的次梯度值; S34.2、节点使用均匀量化器对其决策向量进行量化,得到量化决策向量,其中代表均匀量化函数,是节点在第轮迭代中的量化中间值向量,是第轮迭代中的量化区间尺寸向量; S34.3、节点从节点接收量化决策向量,并将其与自身的量化决策向量进行比较,结合通信权重矩阵和权重补偿向量执行一致性与梯度下降更新操作,得到中间变量,具体计算如下: , 其中,是节点在第轮迭代中的中间变量,和分别是节点和在第轮迭代中的决策向量,是节点总数,是权重矩阵的第行第列元素,是节点在第轮迭代中的量化决策向量,是节点在第轮迭代中的量化决策向量,和分别是节点和在第轮迭代中的量化中间值向量,是第轮迭代中的量化区间尺寸向量,是第轮迭代中的迭代步长,是节点在第轮迭代中的权重补偿向量中的第个元素,是节点在第轮迭代中,其损失函数在决策向量处的次梯度值; S34.4、节点基于近端投影算子对中间变量进行投影更新,获得新一轮迭代的决策变量和量化中间值向量,具体计算公式如下: , 其中,和分别是节点在第轮迭代中的决策变量和量化中间值向量,是正则化项,和分别是第轮迭代中的迭代步长和量化水平参数,是节点在第轮迭代中的中间变量,代表向量的欧几里得范数,表示在约束集中,使函数取得最小值时的值,其中是关于的函数; S34.5、节点基于通信权重矩阵更新其权重补偿向量,得到新一轮的权重补偿向量,具体计算公式如下: , 其中,为节点在第轮迭代中的权重补偿向量,是节点总数,是权重矩阵的第行第列元素,是节点在第轮迭代中的权重补偿向量; 在步骤S34.2中,所述均匀量化函数的构建方法如下: 设定待量化的向量为,给定量化水平参数,量化中间值向量为和量化区间尺寸向量为,其中代表维实向量空间,代表正整数集,则均匀量化函数的第个分量定义如下: , 其中,;,,和分别表示量化向量,待量化向量,量化中间值向量和量化区间尺寸向量的第个元素; 根据量化函数的定义,当时,得到量化误差满足以下不等式: , 其中,是向量维数,代表向量的欧几里得范数,代表向量的无穷范数。
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