I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.   16 ,   No .   5 ,  Octo b er   20 26 ,   p p .   2 6 8 0 ~ 2 6 8 7   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 16 i 5 . pp 2 6 8 0 - 2 6 8 7           2680       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   Bina ry   BAT   a lg o rithm  with  g re ed y  repair for  the  di sco unted    0 - 1  knap sa ck problem       T un g   K ha c  T ruo ng   F a c u l t y   o f   D a t a   S c i e n c e ,  U n i v e r si t y   o f   F i n a n c e   –   M a r k e t i n g ,  H o   C h i   M i n h   C i t y ,   V i e t n a m       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ma y   1 ,   2 0 2 6   R ev is ed   Au g   1 8 ,   2 0 2 6   Acc ep ted   Au g   1 9 ,   2 0 2 6       Th e   d isc o u n te d   0 - 1   k n a p sa c k   p r o b lem   (D0 - 1 KP)  g e n e ra li z e s  th e   c las sic a l   k n a p sa c k   p ro b lem   b y   p a rti ti o n i n g   it e m s  i n to   g r o u p s  o f   th re e ,   in   wh ich   t h e   th ird   i tem   o f  e v e ry   g ro u p   re p re se n ts  a   d isc o u n ted   b u n d le  o f  t h e   first  two   a n d   a t  m o st  o n e   it e m   p e r   g r o u p   m a y   b e   lo a d e d .   T h is  g r o u p i n g   c o n stra i n t  e n larg e s  th e   se a rc h   sp a c e   a n d   m a k e s  th e   p ro b lem   m a rk e d ly   h a r d e r  th a n   it s  c las sic a l   c o u n ter p a rt.   Th is  p a p e r  p re se n ts  BBAT,  a   b in a ry   b a t  a l g o rit h m   fo r  th e   D0 - 1 KP.   Ba t   v e l o c it ies   a re   m a p p e d   t o   se lec ti o n   p r o b a b il it ies   th r o u g h   a   sig m o id   tran sfe r  fu n c ti o n ,   a n d   a   g re e d y   re p a ir - a n d - o p t imiz a ti o n   o p e ra to r  re sto re s  fe a sib il it y   wh i le  ra isin g   th e   p r o fit   o f  e v e ry   c a n d id a te  so l u ti o n .   T h e   a lg o rit h m   k e e p s  th e   sm a ll   p a ra m e ter  se t  o f  th e   o ri g in a l  b a t  m e tah e u risti c ,   wh ich   li m it s   th e   tu n in g   e ffo rt  re q u ired   b e f o r e   d e p lo y m e n t .   BBAT  wa s  a ss e s se d   o n   1 4   b e n c h m a rk   i n sta n c e s  d ra wn   fr o m   th e   in v e rse   stro n g ly   c o rre late d   a n d   stro n g ly   c o rre late d   fa m il ies ,   wit h   3 0   in d e p e n d e n t   ru n s  p e r   in sta n c e .   Ag a in st   two   e li te  g e n e ti c   a lg o rit h m s,  BB AT  imp ro v e d   th e   b e st  p ro fit   f o u n d   o n   1 2   o f   th e   1 4   in sta n c e s  a n d   imp r o v e d   t h e   m e a n   p ro fi t  o n   7   o f  th e m .   T h e   g a i n   in   m e a n   p ro fit   is  c o n c e n trate d   o n   th e   i n v e rse   stro n g ly   c o rre late d   fa m il y ,   wh e re a s  o n   stro n g ly   c o rre late d   i n sta n c e s  BBAT  a tt a in s  b e tt e r  p e a k s  a t  th e   c o st  o f  h i g h e r  r u n - to - ru n   v a rian c e .   Th e se   re su lt s  id e n t ify   BBAT  a s  a   c o m p e ti ti v e   b u t   v a rian c e - se n siti v e   so lv e r  fo r   th e   D 0 - 1 KP .   K ey w o r d s :   B at  alg o r ith m   C o m b in ato r ial  o p tim izatio n   Dis co u n ted   k n a p s ac k   p r o b lem   Gr ee d y   r ep air   o p e r ato r   Me tah eu r is tic   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   T u n g   Kh ac   T r u o n g   Facu lty   o f   Data   Scien ce ,  Un iv er s ity   o f   Fin an ce   –   Ma r k etin g   7 7 8   Ng u y en   Kiem ,   Du c  Nh u a n   W ar d ,   Ho   C h i M in h   C ity ,   Vi etn am   E m ail: tr u o n g k h ac tu n g @ u f m . ed u . v n       1.   I NT RO D UCT I O N   T h e  k n ap s ac k   p r o b lem   ask s   w h ich   s u b s et  o f   a  s et  o f   weig h te d ,   p r o f itab le  item s   s h o u ld   b e  l o ad ed   in to   a  co n tain er   o f   f ix e d   ca p ac ity   s o   th at  to tal  p r o f it  is   m ax im i ze d .   Half   a  ce n tu r y   o f   wo r k   h as  tu r n ed   it  in to   a   r ef er en ce   m o d el  f o r   r eso u r c e  allo ca tio n   u n d er   a  b u d g e t.  Pra ctica l  p r o cu r em en t  r ar ely   f its   th e  p lain   f o r m u latio n ,   h o wev er ,   b ec au s e  v en d o r s   p r ice  b u n d les  b el o w  th e  s u m   o f   t h eir   p ar ts .   Gu l d an   [ 1 ]   ca p tu r ed   th is   ef f ec t  in   th e  d is co u n ted   0 - 1   k n ap s ac k   p r o b lem   ( D0 - 1 KP) ,   i n   wh ich   th e   item   s et  is   p ar titi o n ed   in t o   g r o u p s   o f   th r ee .   W ith in   a  g r o u p ,   th e   f ir s t  two   en tr ies  ar e  in d i v id u al  g o o d s   a n d   th e   th ir d   is   th e  p ai r   s o ld   to g eth er   at  a   d is co u n t,  s o   its   p r o f it  a n d   wei g h t  ar e  th e  s u m s   o f   th e  f ir s t  t wo   wh ile  its   p r ice  to   th e  b u y e r   is   lo wer .   At  m o s t   o n e  en tr y   p er   g r o u p   m a y   en ter   th e  k n a p s ac k .   T h e  g r o u p in g   co n s tr ain t  is   wh at  m ak es  th e  m o d el  d if f icu lt.  E ac h   g r o u p   a d m its   f o u r   s tates  r ath er   th an   two ,   s o   a  p r o b lem   with   n   g r o u p s   s p an s   4 ⁿ  co n f ig u r atio n s   in s tead   o f   th e   2 ⁿ  o f   th e  class ical  ca s e,   an d   th e   ex clu s iv ity   co n d itio n   c o u p les d ec is io n s   th at  wo u ld   o th er wis e  b e  in d ep en d en t.  R o n g   et  a l.   [ 2 ]   a d ap ted   t h e  co r e  co n ce p t   o f   th e   class ical  p r o b l em   to   th e  D 0 - 1 KP  a n d   co m b i n ed   it   with   d y n am ic   p r o g r am m in g .   He   et  a l.   [ 3 ]   in tr o d u ce d   a   s ec o n d   m ath em a tical  m o d el  to g eth er   with   two   elite  g en etic  alg o r ith m s ,   Fir E GA  an d   SecE GA,   an d   r elea s ed   th e   b en c h m ar k   in s tan ce s   th at  later   wo r k   h as  ad o p ted ;  th e   s am e  g r o u p   s u b s eq u en tly   d e r iv ed   ex ac t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         B in a r y  b a t  a lg o r ith m  w ith   g r ee d y  r ep a ir   fo r   th e  d is co u n te d   0 - 1   kn a p s a ck   p r o b lem   ( Tu n g   K h a c  Tr u o n g )   2681   an d   a p p r o x im ate  alg o r ith m s   with   p r o v en   q u ality   b o u n d s   [ 4 ]   an d   a n   ev o lu tio n a r y   al g o r it h m   f o u n d ed   o n   r in g   th eo r y   [ 5 ] .   B ec au s e  ex ac t  m eth o d s   s ca le   p o o r ly ,   m o s t  r ec en t  p r o g r ess   h as  co m e  f r o m   m etah eu r is tics .   Dis cr ete  d if f er en tial  ev o lu tio n   with   en co d in g - c o n v e r s io n   o p er at o r s   was  s tu d ied   b y   Z h u   et  a l.   [ 6 ] .   Mo n ar ch   b u tter f ly   o p tim izatio n   was  ad a p ted   in   two   f o r m s ,   u s in g   n eig h b o r h o o d   m u tatio n   with   c r o wd in g   [ 7 ]   an d   m o th   s ea r ch   d y n am ics  [ 8 ] .   W u   et  a l.   [ 9 ]   h y b r id ized   teac h in g - lear n in g - b ased   o p tim izatio n   with   s elf - le ar n in g   f ac to r s ,   wh ile   He  an d   W an g   [ 1 0 ]   d esig n e d   o p er ato r s   f r o m   g r o u p   th eo r y .   On   th e  ex ac t  s id e,   W i lb au t  et  a l.   s h o wed   th at  v ar iab le  n eig h b o r h o o d   s ea r ch   [ 1 1 ]   an d   f ix atio n - b ased   r ed u ctio n   f o llo wed   b y   d y n am ic  p r o g r a m m in g   [ 1 2 ]   s o lv e  th e  p u b lis h ed   in s tan ce s   to   o p tim ality   o r   n ea r   it,  wh ich   r aises   th e  b ar   th at  an y   h eu r is tic  m u s t n o w  clea r .   T h e  b at  alg o r ith m   ( B A)   o f   Ya n g   [ 1 3 ]   o cc u p ies a  u s ef u l p o s itio n   in   th is   lan d s ca p e.   I t  m o d el s   a  co lo n y   th at  lo ca tes  p r ey   b y   ec h o lo ca t io n   [ 1 4 ] :  a   b at   em its   a  s h o r t,   l o u d   p u ls e,   waits  f o r   th e   ec h o   t o   r etu r n ,   a n d   in f er s   th e  d is tan ce   to   th e  tar g et  f r o m   th e  d elay   [ 1 5 ] .   T h e  s am e  m ec h an is m   lets   th e  an im al  s ep ar ate  an   o b s tacle   f r o m   p r ey   a n d   h u n t  i n   co m p lete  d a r k n ess   [ 1 6 ] .   T r a n s lated   in to   a n   o p tim izatio n   r u le,   th is   b eh a v io r   r e q u ir es  o n ly   a   p o p u latio n   s ize,   a  lo u d n ess   an d   a  p u ls e - em is s io n   r ate,   s o   th e  tu n in g   b u r d e n   is   f ar   lig h ter   th an   th at  o f   alg o r ith m s   ca r r y in g   f iv e  o r   m o r e  co n tr o l  p ar am eter s .   B A  h as  s in ce   b ee n   ex te n d ed   to   m u lti - o b jectiv e  d esig n   [ 1 7 ]   an d   ch a o tic  s ea r ch   [ 1 8 ] ,   an d   a p p lied   t o   p r o b lem s   s u ch   as  n etwo r k   p r o t o co l  t u n in g   [ 1 9 ] .   A   b in ar y   v ar ian t   was  f o r m alize d   b y   Mir jalili  et  a l.   [ 2 0 ] ,   an d   R izk - Allah   a n d   H ass an ien   [ 2 1 ]   co m b in ed   a   b in a r y   b at  with   a   lo ca l   s ea r ch   s ch em e  f o r   th e  class ical  0 - 1   k n ap s ac k   p r o b lem .   On e  ea r lier   s tu d y   h as a p p lied   a  b at  m etah eu r is tic  to   th e  D0 - 1 KP: W u   et  a l.   [ 2 2 ]   m u tated   th e  s tan d ar d   b at  o p e r ato r s   to   wo r k   o n   t h e  q u ater n ar y   r e p r esen tatio n   o f   th e   p r o b lem .   T h e   ap p r o ac h   tak en   h er e  d i f f er s   in   two   r esp ec ts .   First,  th e  s ea r ch   o p e r ates  d ir ec tly   o n   a   b in a r y   v ec t o r   o f   len g th   3 n   an d   r ea ch es   f ea s ib ilit y   th r o u g h   a   tr an s f er   f u n ctio n   co m b in ed   w ith   a  r ep air   o p e r ato r ,   r ath er   t h an   th r o u g h   a  q u ater n ar y   en c o d in g .   Seco n d ,   th is   s tu d y   r ep o r ts   th e  f u ll  d is tr ib u ti o n   o f   3 0   r u n s   p e r   in s tan ce   a n d   an aly s es  th e  two   b en ch m ar k   f am ilies   s ep ar ately ,   wh ich   ex p o s es  a  s tab ilit y   p a tter n   th at  a g g r eg ate   co m p ar is o n s   o b s cu r e .   T h e  co n tr ib u tio n   o f   th is   p ap e r   is   th er ef o r e  t h r ee f o l d :  a  b in ar y   b at  f o r m u latio n   o f   th e  D0 - 1 KP  b u ilt  o n   a  s ig m o id   tr a n s f er   f u n ctio n ;  th e   in teg r atio n   o f   a  g r ee d y   r ep air - an d - o p tim izatio n   o p e r ato r   th at   b o th   r esto r es f ea s ib ilit y   an d   i m p r o v es p r o f it; an d   an   ev alu atio n   o n   1 4   in s tan ce s   th at  r ep o r ts   wh er e   th e  m eth o d   is   co m p etitiv e  an d ,   e q u ally ,   w h er e  it is   n o t.   T h is   p ap er   is   s tr u ctu r ed   as  f o l lo ws.  T h e  p r o b lem   d ef in itio n   an d   th e  p r o p o s ed   alg o r ith m   ar e  g iv en   in   s ec tio n   2 .   C o m p u tatio n al  r esu lts   ar e  p r esen ted   an d   an aly ze d   in   s ec tio n   3 .   C o n clu s io n s   an d   p o s s ib le  ex ten s io n s   o f   th e  wo r k   ap p ea r   in   s ec tio n   4.       2.   M E T H O D   2 . 1 .     P r o blem   f o rm ula t io n   L et  th er e  b e  n   g r o u p s ,   ea ch   c o n tain in g   th r ee   item s ,   g iv in g   3 n   item s   in   to tal.   I tem   j   ca r r ies  an   weig h t  wⱼ   an d   an   p r o f it  pⱼ ,   a n d   th e   k n ap s ac k   ca p ac ity   is   C .   A  ca n d id ate  s o lu tio n   is   a  b i n ar y   v e cto r   X   =  ( x₀ ,  x₁ ,   …,   x₃ₙ ₋₁ )  ∈   {0 ,   1 }³ ⁿ  in   w h ich   xⱼ   =  1   m ea n s   th at   item   j   is   lo ad ed   a n d   xⱼ   =  0   m ea n s   t h at  it  is   n o t.   T h e  D0 - 1 KP  is   th en   s tated   as ( 1 )   to   ( 4 ) .       ( ) = ∑ ( 3 ᵢ 3 ᵢ + 3 ᵢ + 1 3 ᵢ + 1 + 3 ᵢ + 2 3 ᵢ + 2 ) − 1 = 0   ( 1 )     s ubj e c t  to  3 + 3 + 1 + 3 + 2 ≤ 1 ,   = 0 , 1 , … , − 1   ( 2 )     ∑ ( 3 ᵢ 3 ᵢ + 3 ᵢ + 1 3 ᵢ + 1 + 3 ᵢ + 2 3 ᵢ + 2 ) − 1 = 0 ≤   ( 3 )     3 , 3 + 1 , 3 + 2 ∈ { 0 , 1 } ,   = 0 , 1 , … , − 1   ( 4 )     Her e  ( )   is   th e  to tal  p r o f it  to   b e  m ax im ized .   C o n s tr ain t  ( 2 )   is   t h e  ex clu s iv ity   co n d itio n   th at  f o r b id s   lo ad in g   m o r e  th an   o n e  item   f r o m   a n y   g r o u p ,   an d   ( 3 )   is   th e  ca p ac ity   co n d itio n .   A  v ec t o r     s ati s f y in g   b o th   ( 2 )   an d   ( 3 )   is   a  f ea s ib le  s o lu tio n ;   a  v e cto r   v i o latin g   eith e r   is   in f e asib le  an d   m u s t  b e   r ep ai r ed   b ef o r e  its   p r o f it  ca n   b e   in ter p r eted .     2 . 2 .     T he  ba t   a lg o rit hm   B A  m ain tain s   a   p o p u latio n   o f   m   ar tific ial  b ats.  B at  i   is   d escr ib ed   b y   a  p o s itio n   xᵢ   in   th e  s ea r ch   s p ac e,   a  v elo city   vᵢ ,   a  p u ls e  f r eq u en c y   f ᵢ ,   a  lo u d n ess   Aᵢ   an d   a  p u ls e - em is s io n   r ate  rᵢ .   At  ea ch   iter atio n   th e  f r eq u e n cy   is   d r awn   f r o m   a   f ix ed   in ter v al  a n d   u s ed   t o   ac ce ler ate  th e   b at  t o war d   th e  b est  p o s itio n   f o u n d   s o   f ar ,   as  in   ( 5 )   to   ( 7 ) .     = + (  − )   ( 5 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   16 ,   No .   5 ,   Octo b e r   20 26 :   2 6 8 0 - 2 6 8 7   2682   ( ) = ( − 1 ) + [ ̂ − ( − 1 ) ]   ( 6 )     ( ) = ( − 1 ) + ( )     ( 7 )     I n   ( 5 )   to   ( 7 ) ,   β   is   a   r an d o m   n u m b er   d r awn   u n if o r m ly   f r o m   [ 0 ,   1 ] ,   t   in d e x es  th e   iter atio n ,   j   in d ex es  th e   d ec is io n   v ar iab le,   an d   x ̂ ʲ   is   th e  j - th   co m p o n e n t  o f   th e  b est  s o lu tio n   lo ca ted   b y   th e  co lo n y   u p   to   iter atio n   t .   W h en   a  r an d o m   d r aw  ex ce e d s   rᵢ ,   th e  b at  ab an d o n s   th e  g lo b al  m o v e  an d   p er f o r m s   a  lo ca l  r an d o m   walk   ar o u n d   th e   in cu m b en t  b est s o lu tio n   x ̂ ,   as i n   ( 8 ) .     ( ) = ̂ + ε ̅   ( 8 )     wh er e  Ā   is   th e  m ea n   lo u d n ess   o f   th e  c o lo n y   at  th e  c u r r en t   iter atio n   an d   ε   is   d r awn   u n if o r m ly   f r o m   [ −1 ,   1 ]   to   s et  th e  d ir ec tio n   an d   len g th   o f   th e  s tep .   A  ca n d id ate  is   ac ce p ted   o n ly   if   it  im p r o v es  o n   th e  in cu m b e n t  an d   a   r an d o m   d r aw  f alls   b elo w  Aᵢ .   L o u d n ess   th en   d ec ay s   an d   th e  p u ls e  r ate  g r o ws  ac co r d in g   to   ( 9 )   an d   ( 1 0 ) ,   wh ich   s h if ts   th e  co lo n y   f r o m   e x p lo r a tio n   to war d   e x p lo itatio n   as th e   r u n   p r o ce e d s .     ( + 1 ) = α ( )   ( 9 )     ( + 1 ) = ( 0 ) [ 1 − −   ]                             ( 1 0 )     T h e  co n s tan ts   α   ∈   ( 0 ,   1 )   an d   γ   >  0   g o v er n   t h e  two   r ates o f   ch an g e.     2 . 3 .     T ra ns f er   f un ct io n a nd   bin a ry   po s it io n upd a t e   E q u atio n s   ( 5 )   to   ( 7 )   ar e  d ef i n ed   o v er   a  c o n tin u o u s   d o m ai n ,   wh er ea s   a  s o lu tio n   o f   th e  D0 - 1 KP  is   a   b in ar y   v ec to r .   B r id g in g   th e  tw o   r eq u ir es  a  tr an s f er   f u n ctio n   th at  co n v e r ts   a  r ea l  v el o city   i n to   a  p r o b a b ilit y   o f   s witch in g   a  b it,  a  d ev ice  i n tr o d u ce d   f o r   b in ar y   p ar ticle  s war m   o p tim izatio n   b y   Ken n ed y   an d   E b er h a r t  [ 2 3 ]   an d   ca r r ied   o v er   to   th e   b at  m etah eu r is tic  b y   Mir jalili  et  a l.   [ 2 0 ] .   T r an s f er   f u n ctio n s   a r e  co m m o n l y   g r o u p ed   in to   S - s h ap ed   an d   V - s h a p ed   f am ilies ,   an d   t h eir   r elativ e  m er its   o n   th is   p r o b lem   h av e   b ee n   ex am in e d   in   [ 2 4 ] .  T h is   wo r k   ad o p ts   th e  S - s h ap e d   s ig m o id   in   ( 1 1 ) .     ( ) = 1 / ( 1 + − 2 ᵛ )   ( 1 1 )     T h e  p o s itio n   o f   b at  i   i n   d im e n s io n   j   is   th en   s et  b y   co m p ar in g   a  u n if o r m   r an d o m   d r aw  ag ai n s t  th is   p r o b ab ilit y ,   as in   ( 1 2 ) .     ( + 1 ) = 1   if   r an d ( )   < ( ( + 1 ) ) ,  ℎ    0     ( 1 2 )     A  v elo city   o f   lar g e  m ag n itu d e  th er ef o r e  d r iv es th e  co r r esp o n d in g   b it to war d   a  d ec is iv e  v alu e,   wh ile  a  v elo city   n ea r   ze r o   leav es  th e  b it  clo s e  to   a  c o in   f lip ,   wh ic h   p r eser v e s   d iv er s ity   in   d im en s io n s   th e  co lo n y   h as  n o t  y et   r eso lv ed .     2 . 4 .     Repa ir  a nd   o pti m iza t io n o pera t o r   A  v ec to r   p r o d u ce d   b y   ( 1 2 )   will  in   g en er al  v io late  ( 2 ) ,   ( 3 )   o r   b o t h .   Dis ca r d in g   s u ch   v ec to r s   wastes   ev alu atio n s ,   an d   p en alizin g   th em   d is to r ts   th e  o b jectiv e  lan d s ca p e;  th e  alter n ativ e  ad o p ted   h er e,   f o llo win g   th e   s tr ateg y   v alid ated   f o r   th is   b en ch m ar k   b y   He  et  a l.   [ 3 ] ,   is   to   r ep air   ev er y   ca n d id ate.   T h e  o p er ato r   r u n s   in   two   s tag es.   T h e  f ir s t  s tag e  r esto r es  f ea s ib i lity .   Gr o u p s   v io latin g   ( 2 )   a r e  r ed u ce d   to   a  s in g le   lo ad ed   item ,   th e  o n e   with   th e  h ig h est  p r o f it - to - weig h t  r atio ,   an d   th e  r e m ain in g   b its   o f   th at   g r o u p   ar e   clea r ed .   I f   th e   ca p ac ity   co n d itio n   ( 3 )   is   s till   v io lated ,   l o ad ed   item s   ar e  v is ited   in   ascen d in g   o r d e r   o f   p r o f it  d en s ity   a n d   r em o v ed   o n e  a t   a  tim e  u n til th e  to tal  weig h t  f a lls   with in   C .   T h e  s ec o n d   s tag e  im p r o v es  th e  r ep air ed   s o lu tio n .   Gr o u p s   th at  h o ld   n o   item   a r e  ex a m in ed   in   d escen d in g   o r d e r   o f   p r o f it  d e n s ity ,   an d   th e  b est - r an k e d   ite m   th at  f its   in   th e  r esid u al  ca p ac ity   is   lo ad ed .   T h e   p ass   r ep ea ts   u n til  n o   f u r th er   item   ca n   b e  ad d ed .   B ec au s e  th e   o p er at o r   n ev er   r etu r n s   an   in f e asib le  v ec to r ,   e v er y   f itn ess   ev alu atio n   ca r r ies  in f o r m atio n ,   an d   b ec a u s e  th e   s ec o n d   s tag e  is   m o n o to n e  in   p r o f it,   th e  r ep air ed   s o lu tio n   is   n ev er   wo r s e  th an   th e  f ea s ib le  co r e  it st ar ted   f r o m .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         B in a r y  b a t  a lg o r ith m  w ith   g r ee d y  r ep a ir   fo r   th e  d is co u n te d   0 - 1   kn a p s a ck   p r o b lem   ( Tu n g   K h a c  Tr u o n g )   2683   2 . 5 .     Alg o rit hm   a nd   co m plex it y   T h e  co m p lete  p r o ce d u r e  is   s h o wn   in   Alg o r ith m   1 .   T h e  p o p u latio n   is   in itialized   at  r an d o m   an d   r ep air ed ,   a f ter   wh ich   th e  m a in   lo o p   a p p lies   ( 5 )   to   ( 1 2 )   to   ev er y   b at,   r ep air s   th e  o u t co m e,   u p d ates  th e   in cu m b en t  b est,  an d   ad ju s ts   lo u d n ess   an d   p u ls e  r ate  t h r o u g h   ( 9 )   an d   ( 1 0 ) .   E ac h   iter atio n   u p d ates  3 n   b its   f o r   ea ch   o f   th e  m   b ats,  an d   th e   r e p air   o p er ato r   s o r ts   at  m o s t  3 n   item s ,   s o   th e  co s t  o f   o n e  iter at io n   is   O ( m   n   lo g   n )  an d   th e  to tal  c o s t is  O ( T   m   n   lo g   n ) .   Me m o r y   is   d o m in ate d   b y   th e  p o p u latio n   its elf ,   at  O ( m   n ).     Alg o r ith m   1 .   B B AT   f o r   th e  D 0 - 1 KP   Input : instance data ( p ,  w ,  C ,  n ), population size  m , loudness  A , pulse rate  r , iteration  limit  T   Output : best feasible solution  x̂   and its profit  f ( x̂ )   1:  initialize position  xᵢ , velocity  vᵢ   and frequency  f ᵢ for every bat  i = 1,.., m   2:  repair every  xᵢ   and evaluate  f ( xᵢ ); set  x̂   to the best solution found   3:  for  t   = 1 to  T   do   4:      for each bat  i   do   5:          update  fᵢ ,  vᵢ   by (5) and (6); update  xᵢ   by (11) and (12)   6:          if rand() >  rᵢ   then generate a local solution around  x̂   by (8)   7:          repair  xᵢ   and evaluate  f ( xᵢ )   8:          if rand() <  Aᵢ   and  f ( xᵢ ) >  f ( x̂ ) then accept  xᵢ ; reduce  Aᵢ   and increase  rᵢ   by  (9) and (10)   9:      end for   10:     update the incumbent best  x̂   11: end for   12: return  x̂   and  f ( x̂ )       3.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N   3 . 1 .     E x perim ent a l set up   B B AT   was  ev alu ated   o n   1 4   i n s tan ce s   f r o m   th e  b en c h m ar k   s et  o f   He  et  a l.   [ 3 ] ,   co m p r is in g   s ev en   in v er s e  s tr o n g ly   co r r elate d   in s tan ce s   ( I DKP1   to   I DKP7 )   an d   s ev en   s tr o n g ly   c o r r elate d   in s tan ce s   ( SDKP1   to   SDKP7 ) .   T h ese  two   f am ilies   ar e  th e  h ar d est  o f   th e  f o u r   p u b lis h ed   g r o u p s ,   b ec au s e  p r o f it  an d   weig h t  a r e   tig h tly   lin k ed   an d   p r o f it  d en s i ty   ca r r ies  litt le  d is cr im in atin g   in f o r m atio n ,   wh ich   is   p r ec is ely   th e  s itu atio n   in   wh ich   a  g r ee d y   r ep air   o p er at o r   is   least  ab le  to   g u id e  th e  s ea r ch .   R esu lts   f o r   FirE GA  an d   SecE GA  ar e  tak en   f r o m   [ 5 ] ,   wh ic h   r ep o r ts   th em   u n d er   t h e  s am e  ex p e r im en tal  p r o to co l.   All  ex p er im en ts   wer e  ca r r ied   o u t  in   MA T L AB   R 2 0 1 8 a  o n   a  lap to p   eq u ip p e d   with   an   I n t el  C o r e  i5 - 8 2 5 0 U  p r o ce s s o r   ( 1 . 6   GHz )   an d   8   GB   o f   R AM ,   r u n n i n g   W in d o ws  1 0 .   A  co lo n y   o f   3 0   b ats  was  u s ed   th r o u g h o u t,  with   th e  lo u d n ess   an d   p u ls e  r ate  b o th   in itialized   to   0 . 9 .   E ac h   in s tan ce   was  allo ca ted   a  n u m b e r   o f   iter atio n s   eq u al   to   its   d im en s i o n   a n d   s o lv ed   o v e r   3 0   in d ep e n d en t  r u n s ,   f r o m   w h ich   t h e  b e s t,  m ea n   a n d   wo r s t  p r o f its   ar e  r e p o r ted   alo n g s id e  t h e  s tan d ar d   d ev iatio n .     3 . 2 .     Co nv er g ence   beha v io r   Fig u r e  1   tr ac es  th e   m ea n   b est - so - f ar   p r o f it  ag ain s t  th e  iter atio n   co u n t  f o r   two   r e p r esen tativ e  in s tan ce s .   Fig u r e  1 ( a)   s h o ws  I DKP1   an d   Fig u r e  1 ( b )   s h o ws  I DKP5 .   On   b o th   i n s tan ce s   th e  cu r v e  r is es  s teep ly   o v er   th e   f ir s t  5 0   to   1 0 0   iter atio n s   an d   t h en   f latten s ,   r ec o v e r in g   th e   b u lk   o f   th e  attain ab le   p r o f it   ea r ly   in   th e   r u n .   T h e  r a p id   in itial  clim b   is   attr ib u tab le  to   th e  r ep air   o p e r a to r ,   wh ich   lifts  ev er y   r an d o m   s tar tin g   v ec to r   to   a  lo ca lly   s en s ib le  co n f ig u r atio n   b ef o r e  t h e  b at  d y n am ics b eg i n   to   ac t.   T h e  f lat  tail  is   less   f av o r a b le.   Af ter   r o u g h l y   iter atio n   1 5 0   t h e  m ea n   b est - so - f ar   p r o f it  is   ess en tiall y   s tatic,   wh ich   in d icate s   th at  th e   co lo n y   h as  c o n v e r g ed   an d   th a t  th e  r em ai n in g   b u d g et  y ield s   litt le  r etu r n .   T h is   is   co n s is ten t  with   th e  lo u d n ess   d ec ay   in   ( 9 ) :  o n ce   Aᵢ   h as  f al len ,   f ew  ca n d id ate  m o v es  a r e  ac ce p ted   a n d   th e  p o p u latio n   lo s es  th e  d iv er s ity   n ee d ed   to   escap e  th e  b asin   it  o cc u p ies.  T h e  o b s er v atio n   s u g g ests   th at  a  r estar t  m ec h an is m   o r   a   lo u d n ess   f lo o r   wo u ld   m ak e  b etter   u s e  o f   th e  iter atio n   b u d g et,   a  p o in t ta k e n   u p   in   s ec tio n   4.     3 . 3 .     Resul t s   o n inv er s e  s t ro ng ly   co rr ela t ed  ins t a nces   T ab le  1   co m p a r es  th e  th r ee   a lg o r ith m s   o n   I DKP1   to   I DKP 7 .   B B AT   d o m in ates  SecE GA   o n   ev er y   in s tan ce   an d   b y   a   wid e  m ar g i n ,   th e  g ap   in   m ea n   p r o f it  r an g in g   f r o m   2 . 9 %  o n   I DKP1   to   9 . 8 %  o n   I DKP7 .   T h e   co m p ar is o n   a g ain s t  FirE GA  is   clo s er   b u t  s till   f av o r ab le:  B B AT   attain s   a  h ig h er   b est  p r o f it   o n   s ix   o f   t h e  s ev en   in s tan ce s   an d   a  h ig h er   m ea n   p r o f it  o n   t h e  s am e  s ix ,   th e  s in g le  ex ce p tio n   in   b o th   ca s es  b ein g   I DKP1 ,   wh er e  FirE GA  r ea ch es th e  k n o wn   o p tim u m   o f   7 0 , 1 0 6   a n d   B B AT   s t o p s   f iv e  u n its   s h o r t.   T h e  m ar g in   wid en s   with   in s tan ce   s ize.   On   I DKP7 ,   th e  lar g est  in s tan ce   in   th e  f am il y ,   B B AT   im p r o v es  th e   m ea n   p r o f it  b y   2 , 2 9 0   u n its   o v er   FirE GA  wh il e  s im u ltan eo u s ly   r e d u cin g   th e   s tan d ar d   d ev iatio n   f r o m   2 , 2 9 4 . 3   t o   9 3 6 . 3 ,   s o   th e  g ain   is   n o t  p u r ch ased   with   a d d itio n al  in s tab ilit y .   On   I DKP5   an d   I DKP7   B B AT   also   r aises   th e  wo r s t - ca s e  p r o f it  ab o v e   th at  o f   FirE GA,   alt h o u g h   o n   th e  o th er   f iv e  i n s tan ce s   o f   th is   f a m ily   FirE GA  s till   g u ar an tees th e  h ig h er   f l o o r .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   16 ,   No .   5 ,   Octo b e r   20 26 :   2 6 8 0 - 2 6 8 7   2684       ( a)   ( b )     Fig u r e  1 .   Me an   b est - so - f ar   p r o f it o v er   5 0 0   iter atio n s   f o r   ( a)   i n s tan ce   I DKP1   an d   ( b )   in s tan c e  I DKP5       T ab le  1 .   C o m p a r is o n   o f   B B A T ,   FirE GA  an d   SecE GA  o n   th e  in v er s e  s tr o n g l y   co r r elate d   i n s tan ce s   I n st a n c e   O P T   A l g o r i t h m   B e st   M e a n   W o r st   SD   I D K P 1   7 0 1 0 6   F i r EG A   7 0 1 0 6   7 0 0 9 9   7 0 0 9 0   7       S e c EG A   6 8 6 6 3   6 8 0 0 0   6 7 3 6 9   3 2 8       B B A T   7 0 1 0 1   6 9 9 9 9 . 4   6 9 7 5 5   8 6 . 0   I D K P 2   1 1 8 2 6 8   F i r EG A   1 1 8 1 6 9   1 1 7 8 6 9   1 1 7 6 2 5   1 0 2 . 6       S e c EG A   1 1 4 4 3 4   1 1 3 3 8 5   1 1 2 3 0 7   7 4 4 6 . 7       B B A T   1 1 8 2 4 0   1 1 8 0 7 6   1 1 7 4 9 0   1 7 7 . 7   I D K P 3   2 3 4 8 0 4   F i r EG A   2 3 4 4 9 7   2 3 3 9 9 7   2 3 3 6 6 6   1 7 5 . 4       S e c EG A   2 2 0 0 9 6   2 1 7 9 8 2   2 1 6 3 1 3   8 3 5 . 8       B B A T   2 3 4 7 9 0   2 3 4 1 5 4 . 3   2 3 1 2 8 0   7 7 4 . 0   I D K P 4   2 8 2 5 9 1   F i r EG A   2 8 2 1 4 8   2 8 0 6 9 5   2 7 8 8 8 1   8 2 7 . 6       S e c EG A   2 6 3 2 3 8   2 6 0 4 2 5   2 5 8 9 2 2   9 3 3 . 4       B B A T   2 8 2 5 5 0   2 8 1 5 5 4   2 7 8 7 3 0   9 6 7 . 1   I D K P 5   3 3 5 5 8 4   F i r EG A   3 3 5 0 0 4   3 3 3 4 8 4   3 2 9 6 2 1   1 1 7 3 . 9       S e c EG A   3 0 9 5 7 3   3 0 6 8 7 8   3 0 4 8 8 1   9 0 7 . 2       B B A T   3 3 5 5 0 0   3 3 4 7 6 7 . 3   3 3 1 1 3 0   9 2 1 . 7   I D K P 6   4 5 2 4 6 3   F i r EG A   4 5 1 6 8 0   4 4 9 8 6 3   4 4 6 7 0 4   1 1 6 1 . 5       S e c EG A   4 1 4 0 9 0   4 1 1 3 6 7   4 0 8 7 8 8   1 0 9 9 . 3       B B A T   4 5 2 3 6 0   4 5 1 1 8 5 . 7   4 4 6 6 4 0   1 1 9 5 . 5   I D K P 7   4 8 9 1 4 9   F i r EG A   4 8 8 0 0 9   4 8 5 5 9 2   4 7 6 3 8 5   2 2 9 4 . 3       S e c EG A   4 5 1 5 2 8   4 4 4 3 1 6   4 4 2 1 3 3   1 2 8 0 . 3       B B A T   4 8 8 9 7 0   4 8 7 8 8 2   4 8 5 3 4 0   9 3 6 . 3       3 . 4 .     Resul t s   o n str o ng ly   co rr ela t ed  ins t a nces   T ab le  2   r e p o r ts   th e  s tr o n g ly   c o r r elate d   f a m ily ,   an d   th e  p atter n   d if f er s   s h ar p ly .   B B AT   ag ain   r ea ch es  a   h ig h er   b est  p r o f it  th a n   FirE G A   o n   s ix   o f   s ev en   in s tan ce s ,   with   th e  lar g est  s in g le  im p r o v em en t  o n   SDKP7 ,   wh er e  it  f in d s   6 0 4 , 2 5 0   ag ain s t  5 9 9 , 3 6 1 .   On   m ea n   p r o f it,  h o wev er ,   FirE GA  is   ah ea d   o n   s ix   o f   t h e  s ev en   in s tan ce s ,   an d   o n   SDKP6   th e   two   ar e   s ep ar ated   b y   o n ly   3 6   u n its .   T h e   r ev e r s al  is   ex p lain ed   b y   th e   s tan d ar d   d ev iatio n s :  o n   SDKP1   to   SD KP4   th e  FirE GA  s tan d ar d   d e v iatio n   lies   b etwe en   4 2   an d   1 2 3 ,   wh er ea s   B B AT   r an g es  f r o m   3 1 4   to   9 6 5 .   B B A T   ex p lo r es  m o r e   wid ely   a n d   c o n s eq u en tly   f in d s   b etter   p ea k s ,   b u t  its   in d iv id u a l   r u n s   ar e  less   r eliab le.   SDKP5   is   th e  o n e  in s tan ce   wh er e  B B AT   is   b ea ten   o n   ev er y   cr iter io n ,   a n d   it  is   also   t h e  in s t an ce   with   th e  lar g est  o p tim ality   g a p   f o r   all  th r ee   alg o r ith m s ,   FirE GA  f allin g   2 . 2 %  s h o r t  o f   th e  o p tim u m   an d   B B AT   3 . 0 %.  T h e   ex ce p tio n   is   in s tr u ctiv e  r ath er   t h an   in ci d en tal:  s tr o n g ly   co r r elate d   in s tan ce s   m ak e  p r o f it  d e n s ity   n ea r ly   u n if o r m   ac r o s s   item s ,   s o   th e  g r ee d y   s tag e  o f   th e  r ep ai r   o p er ato r   h as littl e  b asis   o n   w h ich   to   ch o o s e,   an d   th e  s ea r ch   is   lef t to   r ely   o n   th e   b at  d y n am ics alo n e.     3 . 5 .     Dis cus s io n   T ab le  3   a g g r e g ates  th e  two   f a m ilies .   Acr o s s   all  1 4   in s tan ce s   B B AT   ac h iev es  th e  b est  p r o f it  o n   1 2   b u t  th e  b etter   m ea n   p r o f it  o n   o n ly   7 ,   s o   th e  claim   th at  B B AT   is   co m p etitiv e  with   th e  elite  g en etic  alg o r ith m s   is   s u p p o r ted ,   b u t  th e  q u alif ica tio n   m atter s :  th e  ad v an tag e  in   m ea n   p r o f it  r ests   alm o s t  en tire ly   o n   th e  in v er s e  s tr o n g ly   co r r elate d   f am ily .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         B in a r y  b a t  a lg o r ith m  w ith   g r ee d y  r ep a ir   fo r   th e  d is co u n te d   0 - 1   kn a p s a ck   p r o b lem   ( Tu n g   K h a c  Tr u o n g )   2685   T wo   lim itatio n s   s h o u ld   b e  s tated   p lain ly .   First,  th e  co m p a r is o n   is   ag ain s t  alg o r ith m s   p u b lis h ed   in   2 0 1 6   an d   2 0 1 9 .   T h e  ex ac t  r e d u ctio n   p r o ce d u r es  o f   W ilb au t  et  a l.   [ 1 2 ]   s o lv e  th ese  in s tan ce s   to   o p tim ality ,   an d   r ec en t  m etah e u r is tics   [ 1 0 ] ,  [ 2 5 ]   r ep o r t  s tr o n g er   r esu lts   th an   e ith er   b aselin e  u s ed   h e r e,   s o   B B AT   is   n o t  claim ed   to   b e  s tate  o f   th e  ar t;  th e  co n tr ib u tio n   is   a  d em o n s tr atio n   th at  a  b at  f o r m u latio n   with   a  s m all  p ar am eter   s et  r ea ch es  a  co m p etitiv e  r eg io n   o f   th e  s ea r c h   s p ac e.   Seco n d ,   t h e  co m p ar is o n   r ests   o n   d escr i p tiv e  s tatis tics   o v er   3 0   r u n s   an d   n o   s ig n i f ican ce   te s t  was  ap p lied .   Giv en   th e  o v er lap   in   th e  d is tr ib u tio n s   o n   th e  s tr o n g ly   co r r elate d   f am ily ,   a   W ilco x o n   s ig n ed - r a n k   test ,   as  a p p lied   to   th is   b e n ch m ar k   in   [ 2 5 ] ,   wo u ld   b e   r eq u ir ed   b ef o r e  a n y   claim   o f   s u p er io r ity   o n   th at  f a m ily   co u ld   b e  d ef e n d ed .       T ab le  2 .   C o m p a r is o n   o f   B B A T ,   FirE GA  an d   SecE GA  o n   th e  s tr o n g ly   c o r r elate d   in s tan ce s   I n st a n c e   O P T   A l g o r i t h m   B e st   M e a n   W o r st   SD   S D K P 1   9 4 4 5 9   F i r EG A   9 3 2 3 5   9 3 1 7 1   9 3 0 7 0   4 2 . 2       S e c EG A   8 9 7 6 9   8 8 8 3 2   8 7 4 6 3   5 9 4 . 9       B B A T   9 3 3 8 1   9 2 8 7 8 . 8   9 2 1 0 9   3 1 3 . 7   S D K P 2   1 6 0 8 0 5   F i r EG A   1 5 9 1 5 9   1 5 9 0 0 4   1 5 8 8 5 9   6 1 . 5       S e c EG A   1 5 3 8 2 1   1 5 2 0 5 9   1 5 0 7 5 3   4 8 9 . 4       B B A T   1 5 9 2 5 0   1 5 8 7 0 1 . 7   1 5 7 9 7 0   3 8 1 . 4   S D K P 3   2 3 8 2 4 8   F i r EG A   2 3 5 4 5 4   2 3 5 2 4 1   2 3 5 0 4 3   7 9 . 9       S e c EG A   2 2 4 9 9 7   2 2 3 5 8 0   2 2 1 9 1 8   5 4 3 . 4       B B A T   2 3 5 4 8 0   2 3 4 4 2 0 . 7   2 3 3 0 7 0   6 6 5 . 9   S D K P 4   3 4 0 0 2 7   F i r EG A   3 3 6 3 5 3   3 3 5 9 6 3   3 3 5 7 0 9   1 2 2 . 4       S e c EG A   3 1 8 5 1 0   3 1 5 5 1 3   3 1 3 7 4 7   8 5 1 . 1       B B A T   3 3 6 8 4 0   3 3 5 2 8 6 . 3   3 3 3 3 4 0   9 6 5 . 4   S D K P 5   4 6 3 0 3 3   F i r EG A   4 5 2 9 0 0   4 4 7 5 8 7   4 4 4 2 5 5   1 9 7 5 . 0       S e c EG A   4 2 0 2 3 8   4 1 6 9 6 4   4 1 3 9 3 3   1 2 9 1 . 7       B B A T   4 4 9 1 7 0   4 4 4 8 9 5 . 3   4 3 8 0 5 0   2 5 6 2 . 5   S D K P 6   4 6 6 0 9 7   F i r EG A   4 5 9 2 5 4   4 5 8 8 9 3   4 5 8 5 8 4   1 6 2 . 9       S e c EG A   4 3 0 7 3 8   4 2 7 3 0 4   4 2 5 5 0 4   1 0 3 1 . 1       B B A T   4 6 0 0 3 0   4 5 8 8 5 6 . 7   4 5 7 0 6 0   7 9 2 . 9   S D K P 7   6 2 0 4 4 6   F i r EG A   5 9 9 3 6 1   5 9 2 2 7 9   5 7 9 6 7 3   3 9 4 9 . 0       S e c EG A   5 6 1 2 2 4   5 5 6 0 8 3   5 5 2 0 0 7   1 9 2 6 . 3       B B A T   6 0 4 2 5 0   5 9 9 8 1 4 . 3   5 9 4 1 5 0   2 7 0 9 . 1       T ab le  3 .   Nu m b er   o f   in s tan ce s   o n   wh ich   B B AT   o u tp er f o r m s   FirE GA,   b y   cr iter io n   C r i t e r i o n   I D K P 1 - I D K P 7   S D K P 1 - S D K P 7   A l l   i n s t a n c e s   B e st   p r o f i t   6   /   7   6   /   7   1 2   /   1 4   M e a n   p r o f i t   6   /   7   1   /   7   7   /   1 4   W o r st   p r o f i t   2   /   7   1   /   7   3   /   1 4   S t a n d a r d   d e v i a t i o n   2   /   7   1   /   7   3   /   1 4       T h e  v ar ian ce   p atter n   p o in ts   to   a  co n cr ete  im p r o v em en t.  T h e   s tan d ar d   d ev iatio n s   in   T ab le  2   ar e  th r ee   to   eig h t  tim es  th o s e  o f   FirE G A  o n   th e   s m aller   in s tan ce s ,   a n d   th e  c o n v e r g en ce   cu r v es  in   Fig u r e  1   s h o w  th e  co lo n y   s ettlin g   well  b ef o r e  th e  iter atio n   b u d g et  ex p ir es.  B o th   o b s er v atio n s   im p licate  th e  lo u d n ess   d ec ay   s ch ed u le  o f   ( 9 ) ,   wh ich   s u p p r e s s es  ac ce p tan ce   o f   n ew  ca n d id ates  in   th e  later   p a r t  o f   th e  r u n .   I m p o s in g   a  lo we r   b o u n d   o n   Aᵢ ,   o r   r ein itializin g   a  f r ac tio n   o f   th e   co lo n y   wh en   th e   in cu m b en t   s talls ,   wo u ld   ad d r ess   th e  two   s y m p to m s   to g eth er .       4.   CO NCLU SI O N   T h is   p ap er   p r esen ted   B B AT ,   a  b in ar y   b at  alg o r ith m   f o r   th e  d is co u n ted   0 - 1   k n ap s ac k   p r o b lem .   C o n tin u o u s   b at  v elo cities  ar e  co n v er ted   in to   b it - s elec tio n   p r o b ab ilit ies  b y   a  s ig m o id   tr an s f er   f u n ctio n ,   an d   a   two - s tag e  g r ee d y   o p e r ato r   r ep air s   th e  ex clu s iv ity   an d   ca p ac ity   v io latio n s   th at  th is   co n v er s io n   p r o d u ce s   wh ile  r aisi n g   th e  p r o f it  o f   th e  r esu lt in g   f ea s ib le  s o lu tio n .   T h e  alg o r ith m   in h er its   th e  co m p ac t  p ar am eter   s et  o f   th e   o r ig in al  b at  m eta h eu r is tic,   r eq u ir in g   o n ly   a  p o p u latio n   s ize,   an   in itial lo u d n ess   an d   an   in iti al  p u ls e  r ate.   On   1 4   b e n ch m ar k   in s tan ce s   s o lv ed   3 0   tim es  ea ch ,   B B AT   o u tp er f o r m ed   SecE GA  o n   e v er y   in s tan ce   an d   e v er y   cr iter io n .   Ag ai n s t  FirE GA   it  o b tain ed   a   h ig h e r   b est  p r o f it   o n   1 2   o f   t h e  1 4   i n s tan ce s   b u t  a   h ig h e r   m ea n   p r o f it  o n   o n ly   7 .   T h e  a d v an tag e  in   m ea n   p r o f it  is   co n ce n tr ated   alm o s t  en tire ly   o n   th e  in v er s e  s tr o n g ly   co r r elate d   f am ily ,   wh er e  B B AT   wo n   6   o f   7   co m p ar is o n s   an d   r ed u ce d   th e  s tan d ar d   d e v iatio n   o n   t h e  two   lar g est  in s tan ce s ;  o n   th e   s tr o n g ly   co r r elate d   f am ily   it   r ea ch ed   b etter   p ea k s   b u t  wit h   h ig h er   r u n - to - r u n   v ar ian ce ,   an d   FirE GA   r etain ed   th e  b etter   m ea n   o n   s ix   o f   s ev en   in s tan ce s .   B B AT   is   th er ef o r e  b est  ch ar ac ter ized   as a   co m p etitiv e   s o lv er   wh o s e  wea k n ess   is   s tab ilit y   r ath er   th a n   s ea r ch   p o wer .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   16 ,   No .   5 ,   Octo b e r   20 26 :   2 6 8 0 - 2 6 8 7   2686   T h r ee   d ir ec tio n s   f o llo w  f r o m   th ese  r esu lts .   B o u n d in g   th e  lo u d n ess   d ec ay   f r o m   b elo w,   o r   r estar tin g   p ar t  o f   th e  co lo n y   wh e n   th e   in cu m b en t  s talls ,   s h o u ld   ad d r ess   th e  p r em atu r e  co n v er g en ce   v is ib le  in   th e  co n v er g en ce   cu r v es  an d   th e  elev ated   v ar ian ce   o n   s tr o n g l y   co r r elate d   i n s tan ce s .   R ep lacin g   th e  len g t h - 3 n   b in ar y   v ec to r   with   th e  s h o r ter   two - b it - p er - g r o u p   en co d in g   w o u ld   co n tr ac t  th e  s ea r ch   s p ac e   b y   a  f ac to r   o f   two   p er   g r o u p   an d   m ay   im p r o v e  r eliab ilit y   at  n o   co s t  in   ex p r e s s iv en ess .   Fin ally ,   a  co m p ar i s o n   ag ain s t  cu r r en t  s o lv er s   s u p p o r ted   b y   n o n p ar a m etr ic  s ig n if ican ce   test in g   is   n ee d ed   to   p o s itio n   th e  m et h o d   ac cu r ately   with in   th e  p r esen t state  o f   th e  a r t.       F UNDING   I NF O R M A T I O N   T h is   r esear ch   is   f u n d e d   b y   Un iv er s ity   o f   Fin an ce   –   Ma r k etin g .       AUTHO R  CO NT RI B UT I O NS ST A T E M E N T   T h is   jo u r n al  u s es  th e  C o n tr ib u to r   R o les  T ax o n o m y   ( C R ed iT)   to   r ec o g n ize  in d iv id u al  au th o r   co n tr ib u tio n s ,   r ed u ce   au th o r s h ip   d is p u tes,  an d   f ac ilit ate  co llab o r atio n .       Na m e  o f   Aut ho r   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   T u n g   Kh ac   T r u o n g   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓     C   :    C o n c e p t u a l i z a t i o n   M   :    M e t h o d o l o g y   So   :    So f t w a r e   Va   :    Va l i d a t i o n   Fo   :    Fo r mal   a n a l y s i s   I   :    I n v e s t i g a t i o n   R   :    R e so u r c e s   D   :   D a t a   C u r a t i o n   O   :   W r i t i n g   -   O r i g i n a l   D r a f t   E   :   W r i t i n g   -   R e v i e w   &   E d i t i n g   Vi   :    Vi su a l i z a t i o n   Su   :    Su p e r v i s i o n   P   :    P r o j e c t   a d mi n i st r a t i o n   Fu   :    Fu n d i n g   a c q u i si t i o n         CO NF L I C T   O F   I N T E R E S T   ST A T E M E NT   T h e  au th o r   d ec lar es n o   co n f lict o f   in ter est.       DATA AV AI L AB I L I T Y   All  in s tan ce s   ex am in ed   in   th i s   wo r k   co m e  f r o m   th e  p u b licly   av ailab le  b en ch m a r k   s et  in tr o d u ce d   in   [ 3 ] .   T h e  co m p u tatio n al  r esu lts   g en er ated   d u r i n g   th e  s tu d y   m ay   b e  r e q u ested   f r o m   th e  a u th o r .         RE F E R E NC E S   [ 1 ]   B .   G u l d a n ,   “ H e u r i s t i c   a n d   E x a c t   A l g o r i t h ms   f o r   D i sc o u n t e d   K n a p s a c k   P r o b l e ms, ”   U n i v .   o f   Er l a n g e n - N ü r n b e r g ,   Er l a n g e n ,   G e r man y ,   2 0 0 7 .   [ 2 ]   A .   R o n g ,   J.  R .   F i g u e i r a ,   a n d   K .   K l a mr o t h ,   “ D y n a m i c   p r o g r a mm i n g   b a se d   a l g o r i t h ms f o r   t h e   d i sc o u n t e d   { 0 - 1 }  k n a p sa c k   p r o b l e m, ”   Ap p l i e d   M a t h e m a t i c s  a n d   C o m p u t a t i o n ,   v o l .   2 1 8 ,   n o .   1 2 ,   p p .   6 9 2 1 – 6 9 3 3 ,   F e b .   2 0 1 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . a m c . 2 0 1 1 . 1 2 . 0 6 8 .   [ 3 ]   Y .   C .   H e ,   X .   Z .   W a n g ,   W .   B i n   L i ,   X .   L .   Zh a n g ,   a n d   Y .   Y .   C h e n ,   “ R e s e a r c h   o n   g e n e t i c   a l g o r i t h ms   f o r   t h e   d i s c o u n t e d   { 0 - 1 }   k n a p s a c k   p r o b l e m , ”   J i s u a n j i   X u e b a o / C h i n e s e   J o u r n a l   o f   C o m p u t e r s ,   v o l .   3 9 ,   n o .   1 2 ,   p p .   2 6 1 4 – 2 6 3 0 ,   2 0 1 6 ,   d o i :   1 0 . 1 1 8 9 7 / S P . J. 1 0 1 6 . 2 0 1 6 . 0 2 6 1 4 .   [ 4 ]   Y .   C .   H e ,   X .   Z.   W a n g ,   Y .   L.   H e ,   S .   L.   Z h a o ,   a n d   W .   B i n   L i ,   “ E x a c t   a n d   a p p r o x i m a t e   a l g o r i t h ms  f o r   d i s c o u n t e d   { 0 - 1 }   k n a p s a c k   p r o b l e m, ”   I n f o rm a t i o n   S c i e n c e s ,   v o l .   3 6 9 ,   p p .   6 3 4 – 6 4 7 ,   N o v .   2 0 1 6 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . i n s. 2 0 1 6 . 0 7 . 0 3 7 .   [ 5 ]   Y .   H e ,   X .   W a n g ,   a n d   S .   G a o ,   “ R i n g   Th e o r y - B a se d   E v o l u t i o n a r y   A l g o r i t h m   a n d   i t s   a p p l i c a t i o n   t o   D { 0 - 1 }   K P , ”   A p p l i e d   S o f t   C o m p u t i n g   J o u rn a l ,   v o l .   7 7 ,   p p .   7 1 4 – 7 2 2 ,   A p r .   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . a so c . 2 0 1 9 . 0 1 . 0 4 9 .   [ 6 ]   H .   Zh u ,   Y .   H e ,   X .   W a n g ,   a n d   E.   C .   C .   Tsa n g ,   “ D i scre t e   d i f f e r e n t i a l   e v o l u t i o n s  f o r   t h e   d i sc o u n t e d   {0 - 1 }  k n a p sa c k   p r o b l e m, ”   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   B i o - I n sp i re d   C o m p u t a t i o n ,   v o l .   1 0 ,   n o .   4 ,   p p .   2 1 9 – 2 3 8 ,   2 0 1 7 ,   d o i :   1 0 . 1 5 0 4 / I JB I C . 2 0 1 7 . 0 8 7 9 2 4 .   [ 7 ]   Y .   F e n g ,   G .   G .   W a n g ,   W .   L i ,   a n d   N .   Li ,   “ M u l t i - st r a t e g y   m o n a r c h   b u t t e r f l y   o p t i mi z a t i o n   a l g o r i t h m  f o r   d i sc o u n t e d   { 0 - 1 }   k n a p s a c k   p r o b l e m, ”   N e u ra l   C o m p u t i n g   a n d   Ap p l i c a t i o n s ,   v o l .   3 0 ,   n o .   1 0 ,   p p .   3 0 1 9 – 3 0 3 6 ,   N o v .   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 0 0 5 2 1 - 0 1 7 - 2 9 0 3 - 1.   [ 8 ]   Y .   H .   F e n g   a n d   G .   G .   W a n g ,   “ B i n a r y   m o t h   s e a r c h   a l g o r i t h m   f o r   d i s c o u n t e d   0 - 1   k n a p sa c k   p r o b l e m,”   I EEE   A c c e ss ,   v o l .   6 ,   p p .   1 0 7 0 8 – 1 0 7 1 9 ,   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / A C C ESS . 2 0 1 8 . 2 8 0 9 4 4 5 .   [ 9 ]   C .   W u ,   J.  Zh a o ,   Y .   F e n g ,   a n d   M .   Le e ,   “ S o l v i n g   d i sc o u n t e d   { 0 - 1 }   k n a p s a c k   p r o b l e ms b y   a   d i scr e t e   h y b r i d   t e a c h i n g - l e a r n i n g - b a se d   o p t i m i z a t i o n   a l g o r i t h m, ”   A p p l i e d   I n t e l l i g e n c e ,   v o l .   5 0 ,   n o .   6 ,   p p .   1 8 7 2 – 1 8 8 8 ,   Ju n .   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 1 0 4 8 9 - 020 - 0 1 6 5 2 - 0.   [ 1 0 ]   Y .   H e   a n d   X .   W a n g ,   “ G r o u p   t h e o r y - b a s e d   o p t i mi z a t i o n   a l g o r i t h m  f o r   so l v i n g   k n a p sa c k   p r o b l e ms , ”   K n o w l e d g e - Ba s e d   S y s t e m s ,  v o l .   2 1 9 ,   M a y   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . k n o sy s . 2 0 1 8 . 0 7 . 0 4 5 .   [ 1 1 ]   C .   W i l b a u t ,   R .   T o d o s i j e v i ć ,   S .   H a n a f i ,   a n d   A .   F r é v i l l e ,   “ V a r i a b l e   n e i g h b o r h o o d   s e a r c h   f o r   t h e   d i sc o u n t e d   {0 - 1 }  k n a p s a c k   p r o b l e m, ”   A p p l i e d   S o f t   C o m p u t i n g ,   v o l .   1 3 1 ,   D e c .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . a so c . 2 0 2 2 . 1 0 9 8 2 1 .   [ 1 2 ]   C .   W i l b a u t ,   R .   To d o si j e v i c ,   S .   H a n a f i ,   a n d   A .   F r é v i l l e ,   “ H e u r i s t i c   a n d   e x a c t   r e d u c t i o n   p r o c e d u r e s   t o   s o l v e   t h e   d i sc o u n t e d   0 – 1  k n a p s a c k   p r o b l e m , ”   E u r o p e a n   J o u rn a l   o f   O p e r a t i o n a l   R e se a rc h ,   v o l .   3 0 4 ,   n o .   3 ,   p p .   9 0 1 – 9 1 1 ,   F e b .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . e j o r . 2 0 2 2 . 0 4 . 0 3 6 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         B in a r y  b a t  a lg o r ith m  w ith   g r ee d y  r ep a ir   fo r   th e  d is co u n te d   0 - 1   kn a p s a ck   p r o b lem   ( Tu n g   K h a c  Tr u o n g )   2687   [ 1 3 ]   X .   S .   Y a n g ,   “ A   n e w   me t a h e u r i s t i c   B a t - i n s p i r e d   A l g o r i t h m , ”   S t u d i e s  i n   C o m p u t a t i o n a l   I n t e l l i g e n c e ,   v o l .   2 8 4 ,   p p .   6 5 – 7 4 ,   2 0 1 0 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / 9 7 8 - 3 - 6 4 2 - 1 2 5 3 8 - 6 _ 6 .   [ 1 4 ]   D .   R .   G r i f f i n ,   F .   A .   W e b s t e r ,   a n d   C .   R .   M i c h a e l ,   “ Th e   e c h o l o c a t i o n   o f   f l y i n g   i n sec t s  b y   b a t s, ”   A n i m a l   Be h a v i o u r ,   v o l .   8 ,   n o .   3 – 4 ,   p p .   1 4 1 – 1 5 4 ,   1 9 6 0 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / 0 0 0 3 - 3 4 7 2 ( 6 0 ) 9 0 0 2 2 - 1.   [ 1 5 ]   A .   W .   M e t z n e r   a n d   W .   M e t z n e r ,   “ E c h o l o c a t i o n   b e h a v i o u r   i n   b a t s  Ec h o l o c a t i o n   b e h a v i o u r   i n   b a t s,”   S c i e n c e   Pr o g ress ,   v o l .   7 5 ,   n o .   3 ,   p p .   4 5 3 – 4 6 5 ,   2 0 1 9 .   [ 1 6 ]   H .   U .   S c h n i t z l e r   a n d   E .   K .   V .   K a l k o ,   “ Ec h o l o c a t i o n   b y   i n s e c t - e a t i n g   b a t s,”   Bi o S c i e n c e ,   v o l .   5 1 ,   n o .   7 ,   p p .   5 5 7 – 5 6 9 ,   Ju l .   2 0 0 1 ,   d o i :   1 0 . 1 6 4 1 / 0 0 0 6 - 3 5 6 8 ( 2 0 0 1 ) 0 5 1 [ 0 5 5 7 : E B I EB ] 2 . 0 . C O ; 2 .   [ 1 7 ]   X .   S .   Y a n g ,   “ B a t   a l g o r i t h m  f o r   m u l t i - o b j e c t i v e   o p t i m i sa t i o n , ”   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   Bi o - I n s p i r e d   C o m p u t a t i o n ,   v o l .   3 ,   n o .   5 ,   p p .   2 6 7 – 2 7 4 ,   2 0 1 1 ,   d o i :   1 0 . 1 5 0 4 / I JB I C . 2 0 1 1 . 0 4 2 2 5 9 .   [ 1 8 ]   A .   H .   G a n d o mi   a n d   X .   S .   Y a n g ,   “ C h a o t i c   b a t   a l g o r i t h m , ”   J o u rn a l   o f   C o m p u t a t i o n a l   S c i e n c e ,   v o l .   5 ,   n o .   2 ,   p p .   2 2 4 – 2 3 2 ,   M a r .   2 0 1 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . j o c s. 2 0 1 3 . 1 0 . 0 0 2 .   [ 1 9 ]   X .   C a i ,   S .   G e n g ,   D .   W u ,   L .   W a n g ,   a n d   Q .   W u ,   “ A   u n i f i e d   h e u r i st i c   b a t   a l g o r i t h m   t o   o p t i mi z e   t h e   LEA C H   p r o t o c o l , ”   C o n c u rre n c y   a n d   C o m p u t a t i o n :   Pra c t i c e   a n d   E x p e r i e n c e ,   v o l .   3 2 ,   n o .   9 ,   M a y   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 2 / c p e . 5 6 1 9 .   [ 2 0 ]   S .   M i r j a l i l i ,   S .   M .   M i r j a l i l i ,   a n d   X .   S .   Y a n g ,   “ B i n a r y   b a t   a l g o r i t h m , ”   N e u r a l   C o m p u t i n g   a n d   A p p l i c a t i o n s ,   v o l .   2 5 ,   n o .   3 – 4 ,   p p .   6 6 3 – 6 8 1 ,   S e p .   2 0 1 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s0 0 5 2 1 - 013 - 1 5 2 5 - 5.   [ 2 1 ]   R .   M .   R i z k - A l l a h   a n d   A .   E.   H a ssa n i e n ,   “ N e w   b i n a r y   b a t   a l g o r i t h m   f o r   s o l v i n g   0 – 1   k n a p s a c k   p r o b l e m, ”   C o m p l e x   &  I n t e l l i g e n t   S y s t e m s ,   v o l .   4 ,   n o .   1 ,   p p .   3 1 – 5 3 ,   M a r .   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 4 0 7 4 7 - 017 - 0 0 5 0 - z.   [ 2 2 ]   H .   Y i c h a o ,   “ M u t a t e d   b a t   a l g o r i t h m   f o r   so l v i n g   d i s c o u n t e d   {  0 - 1   }  k n a p sa c k   p r o b l e m  w   w   w   o , ”   J o u r n a l   o f   C o m p u t e r   Ap p l i c a t i o n s ,   v o l .   3 7 ,   n o .   M a y ,   p p .   1 2 9 2 – 1 2 9 9 ,   2 0 1 7 .   [ 2 3 ]   J.  K e n n e d y   a n d   R .   C .   E b e r h a r t ,   “ D i scret e   b i n a r y   v e r si o n   o f   t h e   p a r t i c l e   sw a r m  a l g o r i t h m , ”   i n   Pr o c e e d i n g s   o f   t h e   I E EE   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   S y s t e m s,   Ma n   a n d   C y b e rn e t i c s ,   1 9 9 7 ,   v o l .   5 ,   p p .   4 1 0 4 – 4 1 0 8 .   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / i c sm c . 1 9 9 7 . 6 3 7 3 3 9 .   [ 2 4 ]   T.   K .   Tr u o n g ,   “ D i f f e r e n t   t r a n sf e r   f u n c t i o n s f o r   b i n a r y   p a r t i c l e   sw a r m  o p t i mi z a t i o n   w i t h   a   n e w   e n c o d i n g   s c h e me  f o r   d i s c o u n t e d   {0 - 1 }  k n a p s a c k   p r o b l e m, ”   Ma t h e m a t i c a l   Pro b l e m s i n   En g i n e e ri n g ,   v o l .   2 0 2 1 ,   A p r .   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 5 / 2 0 2 1 / 2 8 6 4 6 0 7 .   [ 2 5 ]   B .   T.   D a n g   a n d   T .   K .   Tr u o n g ,   “ B i n a r y   sal p   sw a r m  a l g o r i t h m  f o r   d i sc o u n t e d   {0 - 1 }  k n a p sa c k   p r o b l e m, ”   PL o S   O N E ,   v o l .   1 7 ,   n o .   4   A p r i l ,   A p r .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 3 7 1 / j o u r n a l . p o n e . 0 2 6 6 5 3 7 .       B I O G RAP H Y   O F   AUTHO R         Tu n g   K h a c   Tr u o n g           wa s  b o rn   in   Qu a n g   Tri ,   Vie tn a m ,   in   1 9 7 9 .   He   re c e iv e d   t h e   B. S .   d e g re e   in   m a th e m a ti c s  in   2 0 0 1   a n d   t h e   M . S .   d e g re e   in   c o m p u ter  sc ien c e   in   2 0 0 8 ,   b o t h   fro m   Hu e   Un i v e rsity ,   Hu e ,   Vie t n a m ,   a n d   th e   P h . D.   d e g re e   i n   c o m p u ter  sc ien c e   fro m   Hu n a n   Un iv e rsity ,   C h a n g s h a ,   Ch in a ,   in   2 0 1 3 .   He   is   c u rre n tl y   a   Lec tu r e r  with   th e   F a c u lt y   o f   Da ta   S c ien c e ,   Un iv e rsit y   o f  F in a n c e   –   M a rk e ti n g ,   Ho   C h i  M in h   Cit y ,   Vie t n a m .   His  re se a rc h   in tere sts  in c lu d e   o p ti m iza ti o n   a lg o rit h m s,  m a c h in e   lea rn in g ,   a n d   p a ra ll e l  c o m p u ti n g .   He   c a n   b e   c o n tac ted   a t  e m a il :  tr u o n g k h a c tu n g @u fm . e d u . v n .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.