ACA Ant Colony Algorithm Samanehsadegh Zeynab Haji Hadi 1389 پاييز عناوين مطالب درباره مورچه ها بهینه سازی کلونی مورچه فرا مکاشفه ای سازماندهی گورستان و مراقبت از بچه ها بررس ی.
Download ReportTranscript ACA Ant Colony Algorithm Samanehsadegh Zeynab Haji Hadi 1389 پاييز عناوين مطالب درباره مورچه ها بهینه سازی کلونی مورچه فرا مکاشفه ای سازماندهی گورستان و مراقبت از بچه ها بررس ی.
ACA Ant Colony Algorithm Samanehsadegh Zeynab Haji Hadi 1389 پاييز عناوين مطالب درباره مورچه ها بهینه سازی کلونی مورچه فرا مکاشفه ای سازماندهی گورستان و مراقبت از بچه ها بررسی مقايسهای الگوريتم کلونی مورچهها و الگوريتم ژنتيک در حل مسئله فروشنده دورهگرد کاربرد الگوريتم کلونی مورچهها در حل مسائل مسيريابی وسايل نقليه ()MACS-VRPTW ACA Ant Colony Algorithm درباره مورچه ها ACA Ant Colony Algorithm اولین پیشگامان ) ،Eug´ene Marais (1872-1936اولین مطالعات روی کلونی موریانه ها )،Maurice Maeterlinck (1862–1949انتشار زندگی مورچه سفید که بسیار از مقاالت Maraisاستفاده کرده بود )،Pierre-Paul Grass´e (1959مطالعات روی ساخت النه موریانه ها : Grassتعیین فرم ارتباط غیر مستقیم بین افراد به نام stigmergy Deneubourgو همکاران ( ، )1990مطالعه روی ارتباط از طریق فرومون بعنوان مثالی از stigmergy ، Dorigoپیاده سازی اولین مدل الگوریتمی از رفتار تالشگرانه در سال 1992 ACA Ant Colony Algorithm رفتار تالشگرانه مورچه ها چگونگی پیدا نمودن کوتاهترین مسیر بدون بینای ی مرکزیت مکانیسم همکاری فعال نتایج مطالعات اولیه: در ابتدا ،مکانیسم تصادفی برای پیدا نمودن غذا بعد از پیدا شدن منبع غذا ،طرح فعالیت سازمان یافته تر پیروی مورچه های بیشتر و بیشتر از مسیر یکسان جادوی ی و خودکار،کوتاهترین مسیر انتخاب شده رفتار پدید امده نتیجه رد فرومون ACA Ant Colony Algorithm رفتار تالشگرانه مورچه ها(ادامه) رفتار هرج و مرج گرایانه – بازخورد مثبت: ترشح فرومون توسط مورچه های تالشگر احتمال انتخاب بیشتر برای مسیر با غلظت فرومون بیشتر مطلوبیت بیشتر مسیر بوسیله تقویت فرومون ذخیره شده تابعیت سایر مورچه ها برای انتخاب مسیر یاد شده Stigmergy ارتباط غیر مستقیم،تغییر محیط بوسیله ترشح فرومون ،تاثیر روی رفتار سایر مورچه ها ACA Ant Colony Algorithm رفتار تالشگرانه مورچه ها(ادامه) ازمایش پل: احتمال انتخاب مسیر Aبرای مورچه بعدی: nA(t) و):nB(tتعداد مورچه ها روی مسیر Aو Bدر لحظه t c درجه جذب یک مسیر ناشناخته :مقدار بیشتر ، cمقدار فرومون رسوب شده مورد نیازبیشتر برای عدم انتخاب مسیر تصادفی α تحت تاثیر استفاده از فرومون رسوب شده در فرایند تصمیم :مقدار باالتر ،احتمال بیشتر برای عبور مورچه بعدی از مسیر با غلظت فرومون باالتر ACA Ant Colony Algorithm رفتار تالشگرانه مورچه ها(ادامه) توسعه پل باینری: افزایش احتمال انتخاب مسیر کوتاه تر متناسب با طول بین دو مسیر ACA Ant Colony Algorithm رفتار تالشگرانه مورچه ها(ادامه) شبیه سازی مورچه ها بعنوان عاملهای مصنوعی هر مورچه عمل ساده اي انجام ميدهد ،ولي در نهايت کلوني مورچه ها مساله اي پيچيده را حل مي کنند. تفاوت های مورچه های واقعی با مصنوعی: حافظه :براي مورچه هاي مصنوعي مي توان يک حافظه در نظر گرفت که مسيرهاي حرکت را در خود نگه دارند. موانع ساختگي :تغيير دادن جزئيات مساله براي بررسي الگوريتم و رسيدن به جواب هاي متنوع. حيات در محيط گسسته :مورچه هاي واقعي نمي توانند جدا از کلوني به حيات خود ادامه دهند. ACA Ant Colony Algorithm الگوریتم های مورچه الگوریتم های مبتنی بر جمعیت الهام گرفته از رفتار مشاهده شده بوسیله مورچه ها همکاری بین افراد در این الگوریتم ها بر مبنای مکانیسم ارتباط stigmergicمشاهده شده در کلونی مورچه های واقعی الگوریتم ها بر مبنای رفتار تالشگرانه مورچه ها :بهینه سازی فرا مکاشفه ای کلونی مورچه ACA Ant Colony Algorithm ، SACOبهینه سازی کلونی مورچه ساده یک پیاده سازی الگوریتمی از ازمایش پل باینری در نظر گرفتن مسئله عمومی پیدا کردن کوتاهترین مسیر بین دو ند ACA Ant Colony Algorithm الگوریتم، SACO ACA Ant Colony Algorithm ساخت مسیر در SACO براي هر تكرار هر مورچه يك مسير افزايشي مي سازد(راه حل) jرا برمبناي احتمال زير انتخاب مي كند در ند ، iمورچه ، kند بعدي : مجموعه ندهاي در دسترس متصل به ند iبراي مورچه k وقتي به مقصد برسيم حلقه ها پاك مي شوند ACA Ant Colony Algorithm تبخیر فرومون برای بهبود اک تشاف و جلوگیری از همگرای ی زودرس :Pنرخ تبخیر فرومون باعث می شود مورچه ها تصمیمات قبلی را فراموش کنند :Pکنترل تاثیر تاریخچه جستجو برای مقادیر بزرگ تر :تبخیر سریعتر فرومون ،جستجوی تصادفی ACA Ant Colony Algorithm بروز رسانی فرومون که: طول مسیر ساخته شده بوسیله مورچه kدر زمان t :Nk تعداد مورچه ها ACA Ant Colony Algorithm نکات مهم ساخت راه حل نتیجه رفتار همکارانه ایست که از رفتار ساده افراد مورچه پدید امده است پیوند بعدی برای هر مورچه از مسیر بوسیله دیگر مورچه ها فراهم می شود از طریق فرومون رسوب شده اطالعات استفاده شده براي كمك در امر تصميم گيري بوسيله محيط محلي مورچه ها محدود شده است ACA Ant Colony Algorithm سیستم مورچه اولین الگوریتم ACOتوسط Dorigoابداع شده است احتمال گذر که ԏij اثر بخشی بعدی از حرکت از ند iبه jبر اساس شدت فرومون ،ηij تاثیر قبلی از حرکت از ند iبه – jمطلوبیت حرکت ACA Ant Colony Algorithm سازش بین اک تشاف و بهره برداری تعادل بین شدت فرومون τijاطالعات هیوریستیک ηij اگر α= 0یعنی هیچ اطالعات فرومون استفاده نشده و چشم پوشی از نتیجه جستجوی قبلی تبدیل جستجو به جستجوی تصادفی حریصانه اگر β= 0یعنی جذابیت حرکت چشم پوشی شده الگوریتم جستجوی شبیه SACO اطالعات مکاشفه ای یک بایاس صریح به سمت جذابترین راه حل مثال: ACA Ant Colony Algorithm بروز رسانی فرومون در AS سه روش مختلف برای به رسوب فرومون ابداع شده است AS چرخه -مورچه: AS تراکم – مورچه: AS کیفیت -مورچه: ACA Ant Colony Algorithm AS الگوریتم ACA Ant Colony Algorithm سیستم کلونی مورچه ACS در چهار جنبه با ASمتفاوت است: قانون انتقال استفاده شده قانون تعريف شده براي بروز رساني فرومون در ان به روز رساني فرومون محلي تعريف شده است يك ليست كانديد براي ندهاي مخصوص مورد توجه تعريف ميشود ACA Ant Colony Algorithm سیستم کلونی مورچه ACS در چهار جنبه با ASمتفاوت است: قانون انتقال استفاده شده قانون تعريف شده براي بروز رساني فرومون بهترين مورچه سراسري اجازه تقویت غلظت فرومون روي لينكهاي متناظر با بهترين مسير در ان به روز رساني فرومون محلي تعريف شده است يك ليست كانديد براي ندهاي مخصوص مورد توجه تعريف ميشود ACA Ant Colony Algorithm سازماندهی گورستان و مراقبت از بچه ها :مورچه های واقعی سازماندهی گورستان: در بسیاری از گونه ها نمایش رفتار اجساد خوشه ای را برای تشکیل گورستان به نظر می رسد هر مورچه انفرادی رفتار می کند ،حرکت تصادفی در فضا برای برداشتن و یا گذاشتن اجساد تصمیم به بلند کردن یا رها کردن جسد در محلی مبتنی براطالعات مربوط به موقعیت فعلی مورچه ها رفتار خیلی ساده فردی و پیدایش یک رفتار پیچیده از تشکیل خوشه مراقبت از فرزندان: الروها مرتب می شوند ،طبقات مختلف با حلقه های متحد المرکز الروهای کوچک تر در مرکز و بزرگ ترها در حاشیه ACA Ant Colony Algorithm الگوریتم خوشه بندی مورچه پایه رفتارهای محلی: ایتم ها در نواحی با تراکم کمتر برداشته می شوند ایتم ها در محل های ی که از همان نوع وجود دارند گذاشته می شوند فرضیات: تنها یک نوع ایتم وجود دارد ایتم ها به صورت تصادفی روی یک گرید دو بعدی قرار می گیرند هر نقطه گرید تنها شامل یک ایتم است مورچه ها هم صورت تصادفی بر روی شبکه قرار داده شده مورچه ها در جهت تصادفی یک سلول در یک زمان حرکت می کنند ACA Ant Colony Algorithm الگوریتم خوشه بندی مورچه پایه(ادامه) یک مورچه بر اساس احتمال تصمیم به برداشتن یک ایتم می کند ʎ بخشی از ایتم هاست که مورچه در همسایگی اش می بیند Ƴ1>0 احتمال انداختن بار توسط مورچه دارای بار Ƴ1>0 ACA Ant Colony Algorithm الگوریتم خوشه بندی مورچه پایه(ادامه) محاسبه فراوانی ایتم: هر مورچه موجودی Tاخرین مرحله زمان را نگه می دارد سپس nλتعداد ایتم های مورد مواجهه توسعه برای بیش از یک ایتم: A,B را بعنوان دو نوع ایتم در نظر می گیریم احتمال برداشتن و گذاشتن را مشابه باال در نظر می گیریم جایگزینی ʎبا ʎAو ʎBوابسته به نوع ایتم مورد مواجهه ACA Ant Colony Algorithm الگوریتم Lumer-Faieta یک مدل عمومی برای بردارهای داده خوشه ای با عناصر یا مقدار حقیقی اندازه گیری شباهت - d(ya, yb)،فاصله اقلیدسی چگونگی گروه بندی ایتم ها فاصله داخل خوشه ها كمينه باشد.به اين معني كه مسافت بين بردارهاي داده با يك خوشه بايد كوچك با شد تا يك خوشه متراكم و جمع و جور تشكيل شود. مسافت بين خوشه ها بيشينه باشد كه خوشه هاي مختلف به خوبي از هم جدا باشند. ACA Ant Colony Algorithm الگوریتم :Lumer-Faieta تخمین تراکم تخمین تراکم محلی با توجه به بردار :ya 𝜸>0 مقياس عدم تشابه بين ایتم های yaو ybرا تعريف مي كند ثابت 𝜸 تعيين مي كند كه چه موقع دو ايتم بايد كنار يكديگر باشند و يا نباشند مقدار 𝜸 خيلي بزرگ :ممكن است ايتم هاي خوشه ها با هم ادغام شوند در صورتي كه متعلق به يك خوشه نيستند 𝜸 خيلي كوچك :خوشه هاي بسياري تشكيل مي شود يعني ايتم ها متعلق به يك خوشه هستند ولي در خوشه هاي جداگانه طبقه بندي مي شوند ACA Ant Colony Algorithm الگوریتم :Lumer-Faieta احتماالت احتمال برداشتن: احتمال گذاشتن: ACA Ant Colony Algorithm :Lumer-Faieta الگوریتم ACA Ant Colony Algorithm الگوریتم :Lumer-Faieta نکات سایز گرید: تعداد سایت ها باید از تعداد بردارهای داده بیشتر باشد اگر تعداد سایتها و بردارهای داده برابر باشند؟ تعداد مورچه ها: باید تعداد مورچه ها کمتر از بردارهای داده باشد اگر تعداد مورچه ها بیشتر از بردارهای داده باشد؟ ACA Ant Colony Algorithm مقايسه ACAو GA حل مسئله فروشنده دورهگرد توسط الگوريتم کلونی مورچهها )(1 + Δ τij(t+1) = (1-ρ) τ )(2 )ij(t)τij(t )(3 ACA Ant Colony Algorithm GA وACA مقايسه : Ant-cycle در سيستم (4) : Ant-quantity در سيستم (5) : Ant-density در سيستم (6) ACA Ant Colony Algorithm مقايسه ACAو GA شروع تعريف پارامترها، مقداردهی اوليه با توجه به فرمول ( ،)1تاوفتی سيکل اتمام نيافتهاست هر مورچه به رأس بعدی حرکت میکند. محاسبه هر مورچه؟ طول مسير و ثبت بهترين راه حل بروزرسانی فرومون با توجه به فرمول 4-2 خير به آخرين اجرا رسيدهاست؟ نمايش بهترين جواب پايان ACA Ant Colony Algorithm مقايسه ACAو GA حل مسئله فروشنده دورهگرد توسط الگوريتم ژنتيک حالت نمايش :نشان دادن مسير در هر عضو : )(7,4,9,5,6,1,2,8,10 برازندگی :طول مسير طی شده ACA Ant Colony Algorithm مقايسه ACAو GA شروع تعريف پارامترها، مقداردهی اوليه پايان محاسبه برازندگی هر عضو نمايش بهترين جواب شرط پايان برآورده شده است؟ خير بله k←0 t ← t+1 بله K≥N خير انتخاب دو والد بر اساس برازندگی اعضا بله ?round[0,1] < pc عمليات جفتگيری دو والد درج والدهها در نسل )P(t+1پس از تغيير درج فرزندان حاصل در نسل )P(t+1پس از تغيير k ← K+1 ACA Ant Colony Algorithm GA وACA مقايسه ACA Ant Colony Algorithm مقايسه ACAو GA هر دو الگوريتم به همگراي ی زودرس تمايل دارند انتخاب مقادير پارامترها از نظر تئوری ثابت نشده است و تنها با استفاده از تجربه میتوان به يک ترکيب بهينه دست يافت هيچ الزام برای جستجوی فضا وجود نداردخاصی ACA Ant Colony Algorithm مقايسه ACAو GA اما فقدان فرومون در مقداردهی اوليه منجر به سرعت کمتر در همگراي ی میشود الگوريتم ژنتيک تواناي ی انجام جستجوی سراسری سريع را دارد ،اما از بازخورد اطالعات سيستم استفاده نمیگردد وقتی تعداد شهرها بسيار زياد باشد ،الگوريتم ژنتيک نمیتواند در تعداد تکرار متناهی به جواب بهينه برسد کلونی مورچهها بهتر عمل میکند ACA Ant Colony Algorithm MACS-VRPTW مجموعهای از وسايل نقليه بايستی به تعدادی از مشتريان سرويس دهند هدف کمينه سازی تعداد وسايل مورد استفاده و مسافت طی شده است جواب مسئله مجموعهای از مسيرها میباشدکه در ان هرکدام از مشتريان فقط يکبار مالقات شدهاند ACA Ant Colony Algorithm MACS-VRPTW ACA Ant Colony Algorithm MACS-VRPTW ← ACS-VEI کمينه نمودن تعداد سفرها (وسايل نقليه) ← ACS-TIME کمينه نمودن زمان کل سفر ACA Ant Colony Algorithm MACS-VRPTW ACA Ant Colony Algorithm MACS-VRPTW ACA Ant Colony Algorithm MACS-VRPTW ACA Ant Colony Algorithm MACS-VRPTW ACA Ant Colony Algorithm منابع MACS-VRPTW: A Multiple Ant Colony System for Vehicle Routing Problems with Time Windows , In D. Corne, M. Dorigo and F. Glover, 1999 Comparative Analysis of Genetic Algorithm and Ant Colony Algorithm on Solving Traveling Salesman Problem , Kangshun Li, Lanlan Kang, Wensheng Zhang, Bing Li, 2008 Computational Intelligence, Second Edition, Andries P. Engelbrecht,2007 Ant Colony Optimization, Marco Dorigo and Thomas Stützle,2003 Ant-based Clustering Algorithms: A Brief Survey, O.A. Mohamed Jafar and R. Sivakumar,2010 ACA Ant Colony Algorithm يک امروز ارزش دو فردا را دارد !Thanks For Your Patience با تشکر از دک تر ميرزاي ی