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引用格式： 高培超,王昊煜,宋长青,等.多目标优化 NSGA 系列算法与地理决策：原理、现状与展望[J].地球信息科学学报,2023,25(1):25-39. [ Gao P C, Wang H Y, Song C Q, et al. NSGA multi- objective optimization algorithms and geographic decision-making: Principles, state of the art, and the future[J]. Journal of Geo-information Science, 2023,25(1): 25-39. ] DOI:10.12082/dqxxkx.2023.220214
引言 地理学正在经历“剧变”时代，愈发强调决策支持。地理决策过程中往往涉及众多因素，需要通盘考量不同因素、权衡利弊，并提出最优方案，是典型的多目标优化过程。数学领域的多目标优化算法因而在地理决策中具有广阔的应用潜力和重要意义，其最新进展是地理学中新方法、新工具的重要来源。本文综述了多目标优化领域最前沿、最流行的算法代表“非支配排序遗传系列算法”（Nondominated Sorting Genetic algorithms，NSGAs），对其三代不同算法的原理、适用性进行对比，并综述了这些算法在地理决策领域的应用现状、改进方法、问题与局限。
通过综述发现，NSGA系列算法更新换代较快、适用范围愈发广泛，但算法的理解难度、应用于地理决策的门槛也随之增加。在三代算法中，NSGA-II因其在计算复杂性和使用场景方面的优势在地理决策中最为流行；NSGA-III功能最为强大，但在地理决策中鲜有应用，其对建模要求较高，尚未得到广泛关注。同时发现，NSGA系列算法作为数学领域的多目标、超多目标优化算法，在深度应用于地理决策时往往需要耦合地理学的专业模型、需要针对地理学问题进行专门化的改进和优化。在地理决策的各领域中，水资源管理领域是NSGA算法应用最多、最成熟的领域，该领域的问题建模和在NSGA算法中融入局部搜索的经验值得其它领域借鉴和推广；土地利用规划领域提出了较多的NSGA改进算法，为更好地融合NSGA算法进行地理决策树立了典范。
建议地理学者增强对NSGA系列算法等数学领域新进展的研究、应用与改进，以期在新时代使地理学对科学进步和国家发展的贡献更加坚实有力。未来研究中，可通过凝练行业共性问题、构建通用优化模型降低NSGA算法的应用门槛。建议通过深入结合局部搜索的方式提升NSGA算法的收敛速度，同时建议在地理过程模拟中深入融合NSGA等多目标优化算法。
高培超，宋长青
作者简介
高培超 副教授 博士，北京师范大学地理科学学部地理数据与应用分析中心副教授。发表论著82篇，其中Landscape Ecology、International Journal of Geographical Information Science、Cities等SCI/SSCI期刊论文50篇、第1作者ESI高被引论文1篇、中文期刊论文27篇、《地理学报》和《测绘学报》论文7篇。入选第八届中国科协“青年人才托举工程”（2022-2024年度）。
宋长青 教授 北京师范大学地理科学学部教授、部长，长期从事地理学综合研究，着重地理学综合研究的理论、方法与技术融合，系统开展了基于区域发展质量评价与优化、大数据地缘贸易与地缘关系等方面的研究。曾任国家自然科学基金委员会地球科学部副主任，兼任中国地理学会副理事长、中国地理学会学术工作委员会主任、中国地理学会政治地理与地缘关系专业委员会主任等学术职务；兼任地理学报、干旱区地理、Chinese Geographical Science、Geography and Sustainability 等学术期刊副主编。
全文请在中国知网或学报官网下载
《地球信息科学学报》是中国科技核心期刊、全国中文核心期刊，同时被以下数据库收录：CSCD、EI、Geobase、Scopus、JST、CNKI。
《地球信息科学学报》由中国科学院主管，由中国科学院地理科学与资源研究所、中国地理学会联合主办，由资源与环境信息系统国家重点实验室（中国科学院地理科学与资源研究所）、虚拟地理环境教育部重点实验室（南京师范大学）、三维信息获取与应用教育部重点实验室（首都师范大学）联合协办，月刊。学报创刊于1996年，创始人为陈述彭院士。学报现任主编徐冠华院士，执行主编陆锋研究员。
《地球信息科学学报》主要刊登以地理系统信息流为研究对象，以地理信息认知理论、地理时空大数据挖掘、地理空间智能分析、地球信息图谱、遥感信息提取、虚拟地理环境、地理空间综合分析等为研究主题的学术论文，以及相关评论与简讯，重点关注地球信息科学理论方法创新成果的报道。学报开办有地球信息科学理论与方法、地理空间分析综合应用、遥感科学与应用技术等栏目，并依托国家重大项目、面向国家战略需求，先后组织了多个专刊。欢迎国内外学者踊跃赐稿，欢迎国家重大科研项目、国内外学术会议组织专辑专栏。
官网网址 http://www.dqxxkx.cn/CN/1560-8999/home.shtml
联系电话 010-64889219（稿务）
010-64888891（编务，财务）
邮 箱 dqxxkx@igsnrr.ac.cn
地理学正在经历“剧变”时代，愈发强调决策支持。地理决策过程中往往涉及众多因素，需要通盘考量不同因素、权衡利弊，并提出最优方案，是典型的多目标优化过程。数学领域的多目标优化算法因而在地理决策中具有广阔的应用潜力和重要意义，其最新进展是地理学中新方法、新工具的重要来源。本文综述了多目标优化领域最前沿、最流行的算法代表“非支配排序遗传系列算法”（Nondominated Sorting Genetic algorithms，NSGAs），对其三代不同算法的原理、适用性进行对比，并综述了这些算法在地理决策领域的应用现状、改进方法、问题与局限。
通过综述发现，NSGA系列算法更新换代较快、适用范围愈发广泛，但算法的理解难度、应用于地理决策的门槛也随之增加。在三代算法中，NSGA-II因其在计算复杂性和使用场景方面的优势在地理决策中最为流行；NSGA-III功能最为强大，但在地理决策中鲜有应用，其对建模要求较高，尚未得到广泛关注。同时发现，NSGA系列算法作为数学领域的多目标、超多目标优化算法，在深度应用于地理决策时往往需要耦合地理学的专业模型、需要针对地理学问题进行专门化的改进和优化。在地理决策的各领域中，水资源管理领域是NSGA算法应用最多、最成熟的领域，该领域的问题建模和在NSGA算法中融入局部搜索的经验值得其它领域借鉴和推广；土地利用规划领域提出了较多的NSGA改进算法，为更好地融合NSGA算法进行地理决策树立了典范。
建议地理学者增强对NSGA系列算法等数学领域新进展的研究、应用与改进，以期在新时代使地理学对科学进步和国家发展的贡献更加坚实有力。未来研究中，可通过凝练行业共性问题、构建通用优化模型降低NSGA算法的应用门槛。建议通过深入结合局部搜索的方式提升NSGA算法的收敛速度，同时建议在地理过程模拟中深入融合NSGA等多目标优化算法。
高培超，宋长青
作者简介
博士，北京师范大学地理科学学部地理数据与应用分析中心副教授。发表论著82篇，其中Landscape Ecology、International Journal of Geographical Information Science、Cities等SCI/SSCI期刊论文50篇、第1作者ESI高被引论文1篇、中文期刊论文27篇、《地理学报》和《测绘学报》论文7篇。入选第八届中国科协“青年人才托举工程”（2022-2024年度）。
北京师范大学地理科学学部教授、部长，长期从事地理学综合研究，着重地理学综合研究的理论、方法与技术融合，系统开展了基于区域发展质量评价与优化、大数据地缘贸易与地缘关系等方面的研究。曾任国家自然科学基金委员会地球科学部副主任，兼任中国地理学会副理事长、中国地理学会学术工作委员会主任、中国地理学会政治地理与地缘关系专业委员会主任等学术职务；兼任地理学报、干旱区地理、Chinese Geographical Science、Geography and Sustainability 等学术期刊副主编。
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《地球信息科学学报》是中国科技核心期刊、全国中文核心期刊，同时被以下数据库收录：CSCD、EI、Geobase、Scopus、JST、CNKI。
《地球信息科学学报》由中国科学院主管，由中国科学院地理科学与资源研究所、中国地理学会联合主办，由资源与环境信息系统国家重点实验室（中国科学院地理科学与资源研究所）、虚拟地理环境教育部重点实验室（南京师范大学）、三维信息获取与应用教育部重点实验室（首都师范大学）联合协办，月刊。学报创刊于1996年，创始人为陈述彭院士。学报现任主编徐冠华院士，执行主编陆锋研究员。
《地球信息科学学报》主要刊登以地理系统信息流为研究对象，以地理信息认知理论、地理时空大数据挖掘、地理空间智能分析、地球信息图谱、遥感信息提取、虚拟地理环境、地理空间综合分析等为研究主题的学术论文，以及相关评论与简讯，重点关注地球信息科学理论方法创新成果的报道。学报开办有地球信息科学理论与方法、地理空间分析综合应用、遥感科学与应用技术等栏目，并依托国家重大项目、面向国家战略需求，先后组织了多个专刊。欢迎国内外学者踊跃赐稿，欢迎国家重大科研项目、国内外学术会议组织专辑专栏。
http://www.dqxxkx.cn/CN/1560-8999/home.shtml
010-64889219（稿务）
010-64888891（编务，财务）
dqxxkx@igsnrr.ac.cn
初审：张 琳 复审：宋启凡
终审：金 君
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