الگوریتم رقابت استعماری.یک

الگوریتم رقابت استعماری. یک

 

استراتژي بهينه سازي مبتني بر تكامل اجتماعي سياسي 

 الگوريتم هاي  بهينه سازي الهام گرفته از طبيعت به عنوان روشهاي هوشمند  بهينه سازي در كنار روش هاي كلاسيك موفقيت قابل ملاحظه اي از خود نشان داده اند. از جمله اين  روشها مي توان به الگوريتم هاي ژنتيك (الهام گرفته از تكامل بيولوژيكي انسان و ساير موجودات)، بهينه سازي كلوني مورچه ها (بر مبناي حركت بهينه مورچه ها) و روش بازپخت  شبيه سازي شده (با الهام گيري از فرايند تبريد فلزات) اشاره نمود.  اين روش ها در حل بسياري از مسائل بهينه سازي در حوزه هاي مختلفي چون تعيين مسير بهينه عامل هاي خودكار، طراحي بهينه كنترل كننده براي پروسه هاي صنعتي، حل مسائل عمده مهندسي صنايع همانند طراحي چيدمان بهينه براي واحدهاي صنعتي، حل مسائل صف و نيز در طراحي عامل هاي هوشمند استفاده  شده اند.

الگوريتم هاي بهينه سازي معرفي شده، به طور عمده الهام گرفته از فرايند هاي طبيعي مي باشند و در ارائه اين الگوريتم ها به ساير نمودهاي تكامل انساني توجهي نشده است. در اين نوشتار الگوريتم جديدي براي  بهينه سازي مطرح مي شود كه نه از يك پديده طبيعي، بلكه از يك پديده اجتماعي – انساني الهام گرفته است. به طور ويژه اين الگوريتم به فرايند استعمار، به عنوان  مرحله اي از تكامل اجتماعي – سياسي بشر نگريسته و با  مدل سازي رياضي اين پديده تاريخي، از آن به عنوان منشأ الهام يك الگوريتم قدرتمند در زمينه بهينه سازي بهره  مي گيرد. در مدت كوتاهي كه از معرفي اين الگوريتم  مي گذرد، از آن براي حل مسائل بسياري در حوزه  بهينه سازي استفاده شده است. طراحي چيدمان بهينه براي واحد هاي صنعتي، آنتن هاي مخابراتي هوشمند، سيستم هاي پيشنهاد دهنده هوشمند و نيز طراحي كنترل كننده بهينه براي سيستم هاي صنعتي شيميايي تعدادي معدود از كاربردهاي گسترده اين الگوريتم در حل مسائل  بهينه سازي  مي باشد.

مقدمه :

۱-۱ : هدف و اهمیت مساله

بهينه سازي اهميت زيادي در بسياري از شاخه هاي علوم دارد. به عنوان مثال فيزيك دان ها، شيمي دان ها، و مهندسان علاقه دارند تا يك طرح بهينه براي طراحي يك پروسه شيميايي به كار برند و محصول توليد شده را با داشتن شروطي مثل هزينه و آلودگي كم، بيشينه كنند. همچنين در برازش غير خطي مدل و منحني نيز، به نوعي به بهينه سازي، نياز داريم. اقتصاد دانان و تحقيق كنندگان در عمليات نيز بايد جايابي بهينه منابع در جامعه و صنعت را پيدا كنند. روش هاي مطرح شده براي بهينه سازي  مي توانند در دو دسته عمده طبقه بندي شوند؛ بهينه سازي محلي و بهينه سازي فراگير يا عام.  براي  بهينه سازي عام ، اغلب از  روش هاي تكاملي استفاده مي شود. اين  الگوريتم ها شامل الگوريتم هاي ژنتيك، بهينه سازي گروه ذرات، بازپخت  شبيه سازي شده و…  مي باشند. الگوريتم هاي ژنتيك  شناخته شده ترين الگوريتم هاي تكاملي هستند. قواعد اساسي الگوريتم ژنتيك براي اولين بار در سال ۱۹۶۲ توسط هالند معرفي گرديد و تا به امروز كاربرد هاي فراواني در  بهينه سازي توابع و شناسايي سيستم پيدا كرده اند. آنچه كه واضح است اين است كه تكامل فكري و فرهنگي بشر بسيار  سريعتر از تكامل جسمي و ژنتيكي او صورت مي پذيرد. بنابراين تكامل فرهنگي و ديدگاهي بشر نيز ناديده گرفته نشده و دسته اي از الگوريتم ها، موسوم به الگوريتم هاي فرهنگي معرفي شده اند.

الگوريتم هاي فرهنگي در حقيقت يك دسته كاملاً جديد از  الگوريتم ها نيستند. بلكه ايده ي اصلي اين است كه اين  الگوريتم ها با افزودن  قابليت تكامل فرهنگي (با افزودن امكان تبادل اطلاعات ميان اعضاي جمعيت) به الگوريتم هاي موجود، سرعت همگرايي آن ها را مطابق انتظار افزايش مي دهند.  با توجه به اين كه اغلب روش هاي عمده و شناخته شده محاسبات تكاملي، شبيه سازي كامپيوتري فرايندهاي طبيعي و زيستي هستند، در اين نوشتار يك الگوريتم جديد در زمينه محاسبات تكاملي معرفي مي شود كه بر مبناي تكامل اجتماعي و سياسي انسان پايه گذاري شده است.

۲-۱ : الگوريتم توسعه داده شده

با در نظر گرفتن الگوريتم هاي بهينه سازي مطرح شده،  آنچه كه قابل توجه است اين است كه اغلب  روش هاي  بهينه سازي عام مطرح شده،  شبيه سازي كامپيوتري فرايند هاي طبيعي هستند. شايد يك دليل براي اين كار، ملموس بودن و سادگي فرموله كردن و درك تكامل اين فرايند ها است. در نقطه مقابل، در  ارائه ي  الگويتم هاي بهينه سازي، علي رغم توجه به تكامل زيستي انسان و ساير موجودات (الگوريتم هاي ژنتيك و …)، به تكامل اجتماعي و تاريخي او به عنوان  پيچيده ترين و  موفق ترين حالت تكامل، توجه چنداني نشده  است. در اين طرح، يك الگوريتم الهام گرفته از تكامل اجتماعي انسان، براي بهينه سازي، توسعه داده شده است. الگوريتم جديد معرفي شده با  الهام گيري از يك فرايند اجتماعي سياسي، نسبت به  روشهاي مطرح شده داراي توانايي بالايي بوده و تا حد بسيار زيادي نيز ، سريع  مي باشد. شكل ۱-۱ شماي كلي الگوريتم توسعه داده شده موسوم به الگوريتم رقابت استعماري (ICA) را نشان  ميدهد.

الگوريتم توسعه داده شده، همانند ساير  روش هاي  بهينه سازي تكاملي، با تعدادي جمعيت اوليه شروع  مي شود. در اين الگوريتم، هر عنصر جمعيت، يك كشور ناميده مي شود. كشور ها به دو دسته مستعمره و استعمار گر تقسيم مي شوند. هر استعمارگر، بسته به قدرت خود، تعدادي از  كشورهاي مستعمره را به سلطه خود درآورده و آن ها را كنترل  ميكند. سياست جذب و رقابت استعماري، هسته اصلي اين الگوريتم را تشكيل مي دهند. مطابق سياست جذب كه به صورت تاريخي، توسط  كشورهاي استعمارگري همچون فرانسه و انگليس، در مستعمراتشان اعمال مي شد، كشورهاي استعمارگر با استفاده از  روش هايي همچون احداث مدارس به زبان خود، سعي در از خود بي خود كردن كشور مستعمره، با از ميان بردن زبان كشور مستعمره و فرهنگ و رسوم آن داشتند. در ارائه اين الگوريتم، اين سياست با حركت دادن مستعمرات يك امپراطوري، مطابق يك رابطه خاص صورت مي پذيرد. شكل ۱- ۲ اين حركت را نشان مي دهد.

شکل 1-1 : شمای کلی الگوریتم رقابت استعماری

شکل ۱-۱ : شمای کلی الگوریتم رقابت استعماری

شكل 1-2: حركت مستعمرات به سمت امپرياليست (سياست جذب)

شكل ۱-۲: حركت مستعمرات به سمت امپرياليست (سياست جذب)

اگر در حين حركت، يك مستعمره، نسبت به استمارگر، به موقعيت بهتري برسد، جاي آن دو با هم عوض  مي شوند. در ضمن، قدرت كل يك امپراطوري به صورت مجموع قدرت كشور استعمارگر به اضافه درصدي از قدرت ميانگين مستعمرات آن تعريف مي شود. يعني

                                                                                                                   {(T C. .n =Cost imperialist( n)+ξmean Cost coloniesof empire{ ( n     همان گونه كه قبلاً نيز بدان اشاره شد، رقابت استعماري، بخش مهم ديگري از اين الگوريتم را تشكيل مي دهد. در طي رقابت استعماري، امپراطوري هاي ضعيف، به تدريج قدرت خود را از دست داده و به مرور زمان با تضعيف شدن از بين  ميروند. رقابت استعماري باعث مي شود كه به مرور زمان، به حالتي برسيم كه در آن تنها يك امپراطوري در دنيا وجود دارد كه آن را اداره مي كند. اين حالت زماني است كه الگوريتم رقابت استعماري با رسيدن به نقطه بهينه تابع هدف، متوقف مي شود. شكل ۱-۳ زير شماي كلي رقابت استعماري را نشان  ميدهد.

شكل 1-3 :شماي كلي رقابت استعماري

شكل ۱-۳ :شماي كلي رقابت استعماري

 ۳-۱ :مزاياي الگوريتم توسعه داده شده

الگوريتم توسعه داده شده، در وهله اول با داشتن يك ديدگاه كاملاً نو به مبحث  بهينه سازي، پيوندي جديد ميان علوم انساني و اجتماعي از يك سو و علوم فني و رياضيات سوي ديگر، برقرار  مي كند. ارتباط ميان اين دو شاخه از علم به گونه اي مي باشد كه غالباً رياضيات به عنوان ابزاري قوي و دقيق در خدمت علوم انساني كلي نگر قرار گرفته و به درك و تحليل نتايج آن كمك مي كند. اما الگوريتم توسعه داده شده بر خلاف معمول، نقطه ي قوت علوم انساني و اجتماعي، يعني كلي نگري و وسعت ديد آن را به خدمت رياضيات درآورده و از آن به عنوان ابزاري براي درك بهتر رياضيات و حل بهتر مسائل رياضي استفاده  مي كند. بنابراين حتي بدون در نظر گرفتن  قابليت هاي رياضي و عملي روش توسعه داده شده، پيوند ايجاد شده ميان اين دو شاخه به ظاهر جدا از هم، به عنوان يك پژوهش ميان رشته اي، در نوع خود داراي ارزش بسياري مي باشد.

مزاياي الگوريتم اجتماعي پيشنهادي را مي توان به صورت زير خلاصه كرد.

  • توانايي بهينه سازي هم تراز و حتي بالاتر در مقايسه با الگوريتم هاي مختلف بهينه سازي، در مواجهه با انواع مسائل بهينه سازي
  • سرعت مناسب يافتن جواب بهينه
  • نو بودن ايده ي پايه اي الگوريتم: به عنوان اولين الگوريتم بهينه سازي مبتني بر يك فرايند اجتماعي ـ سياسي                                                                   در ادامه به آموزش های بعدی الگوریتم رقابت استعماری می پردازیم.
مجله اینترنتی چی گه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *