Введение

Набор всех парето-оптимальных ситуаций.
В многокритериальной оптимизации фронт Парето (также называемый границей Парето или кривой Парето) представляет собой набор всех парето-оптимальных решений. Эта концепция широко используется в инженерии. Она позволяет разработчику сосредоточиться на множестве эффективных вариантов и выбирать компромиссы внутри этого множества, вместо рассмотрения всего диапазона значений каждого параметра.

Определение

Граница Парето, P(Y), может быть более формально описана следующим образом. Рассмотрим систему с функцией, где X – компактное множество допустимых решений в метрическом пространстве, а Y – множество допустимых векторов критериев в, таких что. Мы предполагаем, что известны предпочтительные направления изменения значений критериев. Точка предпочтительнее (строго доминирует) другую точку , что записывается как. Таким образом, граница Парето записывается как:

Маргинальная ставка замещения

Важным аспектом границы Парето в экономике является то, что при парето-эффективном распределении предельная норма замещения одинакова для всех потребителей. Формальное утверждение можно вывести, рассмотрев систему с m потребителями и n товарами, и функцию полезности каждого потребителя как , где – вектор товаров для всех i. Ограничение допустимости выглядит следующим образом: . Для нахождения парето-оптимального распределения максимизируем лагранжиан:

,

где и – векторы множителей. Взятие частной производной лагранжиана по каждому товару для и дает следующую систему условий первого порядка:

,

где обозначает частную производную по отношению к . Теперь зафиксируем любые и . Вышеуказанные условия первого порядка подразумевают, что

.

Таким образом, в парето-оптимальном распределении предельная норма замещения должна быть одинаковой для всех потребителей.

Приблизительные оценки

Поскольку генерация всего фронта Парето часто является вычислительно сложной задачей, существуют алгоритмы для вычисления приближенного фронта Парето. Например, Legriel et al. называют множество S ε-приближением фронта Парето P, если направленное расстояние Хаусдорфа между S и P не превышает ε. Они отмечают, что ε-приближение любого фронта Парето P в d измерениях можно найти, используя (1/ε)ᵈ запросов. Zitzler, Knowles и Thiele сравнивают несколько алгоритмов для приближения множеств Парето по различным критериям, таким как инвариантность к масштабированию, монотонность и вычислительная сложность.