Algorytmy stochastyczne, wykład 01 Podstawowy algorytm genetyczny

Podobne dokumenty
Algorytmy stochastyczne, wykład 02 Algorytmy genetyczne

ALGORYTMY GENETYCZNE ćwiczenia

Algorytmy ewolucyjne NAZEWNICTWO

Algorytmy ewolucyjne - algorytmy genetyczne. I. Karcz-Dulęba

Algorytmy genetyczne

PLAN WYKŁADU OPTYMALIZACJA GLOBALNA OPERATOR KRZYŻOWANIA ETAPY KRZYŻOWANIA

Algorytmy genetyczne. Materiały do laboratorium PSI. Studia niestacjonarne

Algorytmy genetyczne. Paweł Cieśla. 8 stycznia 2009

Algorytm genetyczny (genetic algorithm)-

SCHEMAT ROZWIĄZANIA ZADANIA OPTYMALIZACJI PRZY POMOCY ALGORYTMU GENETYCZNEGO

Algorytm Genetyczny. zastosowanie do procesów rozmieszczenia stacji raportujących w sieciach komórkowych

Obliczenia ewolucyjne - plan wykładu

Zadanie 5 - Algorytmy genetyczne (optymalizacja)

Algorytmy genetyczne. Materiały do laboratorium PSI. Studia stacjonarne i niestacjonarne

Algorytmy genetyczne

Algorytmy genetyczne. Dariusz Banasiak. Katedra Informatyki Technicznej Wydział Elektroniki

6. Klasyczny algorytm genetyczny. 1

Metody Rozmyte i Algorytmy Ewolucyjne

Katedra Informatyki Stosowanej. Algorytmy ewolucyjne. Inteligencja obliczeniowa

Algorytmy ewolucyjne. Łukasz Przybyłek Studenckie Koło Naukowe BRAINS

Algorytmy genetyczne (AG)

Algorytmy genetyczne w optymalizacji

Standardowy algorytm genetyczny

Modyfikacje i ulepszenia standardowego algorytmu genetycznego

PLAN WYKŁADU OPTYMALIZACJA GLOBALNA ZADANIE KOMIWOJAŻERA METODY ROZWIĄZYWANIA. Specyfika zadania komiwojażera Reprezentacje Operatory

PLAN WYKŁADU OPTYMALIZACJA GLOBALNA HISTORIA NA CZYM BAZUJĄ AG

Algorytmy ewolucyjne 1

Metody przeszukiwania

Programowanie genetyczne, gra SNAKE

Odkrywanie algorytmów kwantowych za pomocą programowania genetycznego

Dobór parametrów algorytmu ewolucyjnego

Generowanie i optymalizacja harmonogramu za pomoca

Algorytmy genetyczne

METODY HEURYSTYCZNE wykład 3

Inspiracje soft computing. Soft computing. Terminy genetyczne i ich odpowiedniki w algorytmach genetycznych. Elementarny algorytm genetyczny

METODY HEURYSTYCZNE wykład 3

LABORATORIUM 4: Algorytmy ewolucyjne cz. 2 wpływ operatorów krzyżowania i mutacji na skuteczność poszukiwań AE

Algorytmy genetyczne

Wstęp do Sztucznej Inteligencji

SZTUCZNA INTELIGENCJA

Techniki optymalizacji

ALGORYTMY GENETYCZNE I EWOLUCYJNE

Programowanie genetyczne - gra SNAKE

Strefa pokrycia radiowego wokół stacji bazowych. Zasięg stacji bazowych Zazębianie się komórek

SZTUCZNA INTELIGENCJA

Problemy optymalizacyjne Dana jest przestrzeń X. Znaleźć x X taki, że x spełnia określone warunki. Dana jest przestrzeń X i funkcja celu f: X R.

Algorytmy genetyczne służą głównie do tego, żeby rozwiązywać zadania optymalizacji

ALGORYTMY GENETYCZNE

LABORATORIUM 3: Wpływ operatorów krzyżowania na skuteczność poszukiwań AE

Podejście memetyczne do problemu DCVRP - wstępne wyniki. Adam Żychowski

Automatyczny dobór parametrów algorytmu genetycznego

6. Algorytm genetyczny przykłady zastosowań.

Algorytmy ewolucyjne Część II

Strategie ewolucyjne (ang. evolution strategies)

Algorytmy ewolucyjne (3)

Algorytmy stochastyczne laboratorium 03

Techniki ewolucyjne - algorytm genetyczny i nie tylko

Fizyka w symulacji komputerowej i modelowaniu komputerowym Metody Monte Carlo Algorytmy Genetyczne. Łukasz Pepłowski

Strategie ewolucyjne. Gnypowicz Damian Staniszczak Łukasz Woźniak Marek

INTELIGENCJA OBLICZENIOWA. dr Katarzyna Grzesiak-Kopeć

ALGORYTMY GENETYCZNE (wykład + ćwiczenia)

Teoria algorytmów ewolucyjnych

KARTA MODUŁU KSZTAŁCENIA

Obliczenia Naturalne - Algorytmy genetyczne

Algorytmy ewolucyjne (2)

Algorytmy ewolucyjne. wprowadzenie

Równoważność algorytmów optymalizacji

Teoria ewolucji. Podstawowe pojęcia. Wspólne pochodzenie.

ALGORYTMY EWOLUCYJNE. INTELIGENTNE TECHNIKI KOMPUTEROWE wykład 011. Napór selekcyjny (selektywny nacisk. Superosobniki: SELEKCJA

Algorytmy ewolucyjne `

1 Podstawowe pojęcia z zakresu genetyki. 2 Podstawowy model dziedziczenia

METODY HEURYSTYCZNE 3

Zastosowanie algorytmów genetycznych w prognozowaniu popytu

METODY SZTUCZNEJ INTELIGENCJI algorytmy ewolucyjne

ZARZĄDZANIE POPULACJAMI ZWIERZĄT

GENETYKA POPULACJI. Ćwiczenia 1 Biologia I MGR /

Wybrane podstawowe rodzaje algorytmów

Algorytmy genetyczne Michał Bereta Paweł Jarosz (część teoretyczna)

WAE Jarosław Arabas Pełny schemat algorytmu ewolucyjnego

ALHE Z11 Jarosław Arabas wykład 11

LABORATORIUM 5: Wpływ reprodukcji na skuteczność poszukiwań AE. opracował: dr inż. Witold Beluch

Algorytmy stochastyczne, wykład 08 Sieci bayesowskie

FOLIA POMERANAE UNIVERSITATIS TECHNOLOGIAE STETINENSIS Folia Pomer. Univ. Technol. Stetin., Oeconomica 2017, 337(88)3, 5 12

Program "FLiNN-GA" wersja 2.10.β

Wstęp do sieci neuronowych laboratorium 01 Organizacja zajęć. Perceptron prosty

1 Genetykapopulacyjna

Algorytm hybrydowy dla alokacji portfela inwestycyjnego przy ograniczonych zasobach

Algorytmy memetyczne (hybrydowe algorytmy ewolucyjne)

Wstęp do informatyki- wykład 2

FOLIA POMERANAE UNIVERSITATIS TECHNOLOGIAE STETINENSIS Folia Pomer. Univ. Technol. Stetin. 2009, Oeconomica 275 (57), 53 58

FOLIA POMERANAE UNIVERSITATIS TECHNOLOGIAE STETINENSIS Folia Pomer. Univ. Technol. Stetin. 2011, Oeconomica 285 (62), 45 50

Zaawansowane programowanie

Weryfikacja hipotez statystycznych. KG (CC) Statystyka 26 V / 1

Problem Komiwojażera - algorytmy metaheurystyczne

Systemy Inteligentnego Przetwarzania wykład 4: algorytmy genetyczne, logika rozmyta

Sztuczne sieci neuronowe. Krzysztof A. Cyran POLITECHNIKA ŚLĄSKA Instytut Informatyki, p. 311

OPTYMALIZACJA KSZTAŁTU WYKRESU WÖHLERA Z WYKORZYSTANIEM ALGORYTMÓW EWOLUCYJNYCH W UJĘCIU DIAGNOSTYCZNYM

Zastosowania automatów komórkowych

Ewolucjonizm NEODARWINIZM. Dr Jacek Francikowski Uniwersyteckie Towarzystwo Naukowe Uniwersytet Śląski w Katowicach

5. Algorytm genetyczny przykład zastosowania

Transkrypt:

Algorytmy stochastyczne, wykład 01 J. Piersa Wydział Matematyki i Informatyki, Uniwersytet Mikołaja Kopernika 2014-02-21

In memoriam prof. dr hab. Tomasz Schreiber (1975-2010)

1 2 3 Różne

Orientacyjny program 1 Algorytmy genetyczne i ewolucyjne 2 (??) Optymalizacja mrowiskowa 3 Systemy Liendenmayera 4 Sieci bayesowskie 5 (??) Sieci qussowskie

Literatura Z. Michalewicz Algorytmy genetyczne + struktury danych = programy ewolucyjne, P. Prusinkiewicz, A. Liendenmayer The algorithmic beauty of plants P. Judea, Probabilistic reasoniings in intelligent systems: Networks of plausible inference R. Neapolitan, Learning Bayesian Networks

Wymagania programowanie, algorytmy i struktury danych język programowania wysokiego poziomu (C / C++ / C# / Java / Python...) + biblioteki GUI podstawy rachunku prawdopodobieństwa i statystyki (rozkłady dyskretne, prawdopodobieństwo warunkowe)

Zaliczenie Zaliczenie wykładu: egzamin pisemny pytania opisowe egzamin ustny pytania otwarte wymagane jest laboratoriów przed podejściem do egzaminu

Zaliczenie Zaliczenie laboratoriów: projekty programistyczne (ok. 3 6 programów) ocena BDB+ z laboratorium zwalnia z egzaminu

1 2 3 Różne

Motywacje biologiczne Darwin, The origin of the species Dla zainteresowanych pełen tekst na wikisource: http://en.wikisource. org/wiki/the_origin_ of_species_%281872%29 Źródło: http://en.wikipedia.org/wiki/charles_darwin

Chromosomy geny nośniki informacji biologicznej geny łączą się w chromosomy geny w chromosomie ustalają cechy osobnika Źródło: http://en.wikipedia.org/wiki/file:gene.png

Dobór naturalny osobniki walczą o przetrwanie w naturalnych warunkach zagrożenia zewnętrzne i wewnętrzne osobniki słabe giną osobniki najsilniejsze przeżywają i mają potomstwo

Dziedziczenie i zmienność genetyczna crossover (krzyżowanie) wymiana fragmentów materiału genetycznego potomek otrzymuje (częściowo) cechy rodziców mutacje losowa zmiana małych fragmentów łańcucha gdzie wszyscy myślą tak samo, nikt nie myśli zbyt wiele

Nowa populacja osobniki, które przeżyły i potomstwo tworzą nową populację wróć do kroku 1...

Poskładajmy klocki razem Dany mamy... problem osobnik pewne rozwiązanie problemu środowisko mechanizm weryfikujący czy osobnik się nadaje krzyżowanie łączymy dobre osobniki, być może ich potomek będzie jeszcze lepszy mutacje nie chcemy aby rozwiązania skupiły się na jednym fragmencie przestrzeni selekcja odrzucamy słabe i nie rokujące rozwiązania następne pokolenie powinno być lepiej dostosowane niż poprzednie

Poskładajmy klocki razem Rozpocznij ze startową populacją P i=1 do następnej populacji wybierz osobników z prawdopodobieństwem P(X P i+1 ) = F (X )/ Y P i F (Y ) oceń każdego osobnika z prawdopodobieństwem p c wybierz osobników do krzyżowania i utwórz ich potomków z prawdopodobieństwem p m wybierz osobników do mutacji i zmutuj ich genotyp jeżeli zachodzi warunek stopu to zakończ i:= i+1; wróć do 2

Reprezentacja osobnik rozwiązanie problemu np osobnik = [a 1, a 2, a 3,..., a N ] binarnie zakodowane rozwiązanie z osobników {o 1, o 2,...o P } składamy populację (w epoce t=0) dla t = 0 populacja losowa

Krzyżowanie krzyżowanie łączymy dobre osobniki, być może ich potomek będzie jeszcze lepszy krzyżowanie dwuargumentowy operator genetyczny (tzn. bierze dwa zestawy genów i zwraca trzeci) jak? zamiana ogonów w łańcuchach: O o 1...o i o i+1...o n S := o 1...o i q i+1...q n Q q 1...q i q i+1...q n T := q 1...q i o i+1...o n

Krzyżowanie implementacja krzyżowania: ustal punkt cięcia i {1...N 1} rozetnij Q i O na i-tym genie sklej głowę O z ogonem Q, zwróć potomka podobnie można otrzymać drugiego potomka sklejając głowę Q i ogon O p c = prawdopodobieństwo krzyżowania duże

Mutacje mutacje zmienność genetyczna dla każdego bitu z prawdopodobieństwem p m zamień bit na przeciwny implementacja głupia: for po wszystkich bitach wszystkich osobników

Mutacje implementacja lepsza: K = liczba bitów liczba osobników w populacji, wylosuj L Binom(p m, K), tj. gdzie p = p m, P(L = l) = ( K l ) p l (1 p) K l wylosuj L liczb z przedziału 1..K pozycje bitów do mutowania zamień wylosowane bity na przeciwne (licząc od początku populacji) p m małe, ok 1 zmiany na cały chromosom, np. p m 1/dlugosc lancucha

Dostosowanie środowisko mechanizm weryfikujący czy osobnik się nadaje np. funkcja dostosowania jak dobry jest osobnik F : [0, 1] N R jeżeli F (o 1 = [0, 1, 0]) > F (o 2 = [0, 1, 1]), to osobnik o 1 jest lepszy

Selekcja koło ruletki: tworzymy niesymetryczną ruletkę z osobnikami populacji x3 x2 x1 x10 osobnik o i ma prawdopodobieństwo bycia wylosowanym x4 x9 P(o i ) = F (o i ) q P t F (q) x5 x8 utwórz nową populację P t+1 poprzez kolejne losowania kołem x6 x7

Warunki stopu Różne liczba pokoleń dostatecznie dobre rozwiązanie jednolita populacja limit czasu

Przetrwanie najlepszego Różne wymuszamy przeżycie najlepiej dostosowanego osobnika pierwszy slot w nowej populacji jest dla najlepszego reszta według ruletki

Niebinarne geny Różne zamiast ciągu bitów jako można przyjąć ciąg liczb, mutacja zmiana liczby na inną z dopuszczonego zakresu,

Presja genetyczna Różne F funkcja dostosowania (im większe F tym lepiej) i F (O) > 0 Φ(O) zależy od F (O) i C 1, gdzie C 1 presja genetyczna (utrudnia wygranie słabym osobnikom) Φ(O) = (F (O)) C 1 Φ(O) = (F (O)) C 1 C 1 > 1 większa presja 0 < C 1 < 1 mała presja

Zrównoleglenie Różne obliczenie funkcji oceny F mutacje osobników krzyżowania osobników selekcja