ALGORYTMY GENETYCZNE (wykład + ćwiczenia)

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

SCHEMAT ROZWIĄZANIA ZADANIA OPTYMALIZACJI PRZY POMOCY ALGORYTMU GENETYCZNEGO

Algorytmy genetyczne

Równoważność algorytmów optymalizacji

Algorytmy ewolucyjne - algorytmy genetyczne. I. Karcz-Dulęba

Algorytm genetyczny (genetic algorithm)-

Algorytmy ewolucyjne NAZEWNICTWO

Algorytmy genetyczne

Algorytmy genetyczne. Paweł Cieśla. 8 stycznia 2009

Algorytmy genetyczne. Dariusz Banasiak. Katedra Informatyki Technicznej Wydział Elektroniki

PLAN WYKŁADU OPTYMALIZACJA GLOBALNA HISTORIA NA CZYM BAZUJĄ AG

SZTUCZNA INTELIGENCJA

PLAN WYKŁADU OPTYMALIZACJA GLOBALNA OPERATOR KRZYŻOWANIA ETAPY KRZYŻOWANIA

6. Klasyczny algorytm genetyczny. 1

Dobór parametrów algorytmu ewolucyjnego

Algorytmy genetyczne (AG)

Standardowy algorytm genetyczny

Obliczenia ewolucyjne - plan wykładu

Wstęp do Sztucznej Inteligencji

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

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

KARTA MODUŁU KSZTAŁCENIA

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

METODY SZTUCZNEJ INTELIGENCJI algorytmy ewolucyjne

Zadanie 5 - Algorytmy genetyczne (optymalizacja)

Algorytmy genetyczne. Materiały do laboratorium PSI. Studia niestacjonarne

Gospodarcze zastosowania algorytmów genetycznych

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

Algorytmy genetyczne służą głównie do tego, żeby rozwiązywać zadania optymalizacji

Rok akademicki: 2013/2014 Kod: JIS AD-s Punkty ECTS: 4. Kierunek: Informatyka Stosowana Specjalność: Modelowanie i analiza danych

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

SZTUCZNA INTELIGENCJA

Algorytmy ewolucyjne 1

LABORATORIUM 3: Wpływ operatorów krzyżowania na skuteczność poszukiwań AE

Algorytmy genetyczne

Obliczenia Naturalne - Algorytmy genetyczne


Generowanie i optymalizacja harmonogramu za pomoca

Algorytmy genetyczne w optymalizacji

Algorytmy stochastyczne, wykład 01 Podstawowy algorytm genetyczny

Teoria algorytmów ewolucyjnych

Metody przeszukiwania

Metody Rozmyte i Algorytmy Ewolucyjne

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

Algorytmy ewolucyjne. wprowadzenie

ALGORYTMY GENETYCZNE I EWOLUCYJNE

Strategie ewolucyjne (ang. evolution strategies)

Katedra Informatyki Stosowanej. Algorytmy ewolucyjne. Inteligencja obliczeniowa

ALGORYTMY GENETYCZNE ćwiczenia

O ALGORYTMACH I MASZYNACH TURINGA

BIOCYBERNETYKA ALGORYTMY GENETYCZNE I METODY EWOLUCYJNE. Adrian Horzyk. Akademia Górniczo-Hutnicza

CZYM SĄ OBLICZENIA NAT A URALNE?

OBLICZENIA EWOLUCYJNE

2.1.M.06: Modelowanie i wspomaganie komputerowe w inżynierii powierzchni

Algorytmy memetyczne (hybrydowe algorytmy ewolucyjne)

OBLICZENIA EWOLUCYJNE

Algorytmy ewolucyjne. Łukasz Przybyłek Studenckie Koło Naukowe BRAINS

Algorytmy genetyczne

Metody symulacji komputerowych Modelowanie systemów technicznych

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

Algorytmy stochastyczne, wykład 02 Algorytmy genetyczne

Optymalizacja parametryczna (punkt kartezjańskim jest niewypukła).

Wykorzystanie metod ewolucyjnych w projektowaniu algorytmów kwantowych

Zaawansowane programowanie

Programowanie genetyczne, gra SNAKE

przetworzonego sygnału

METODY HEURYSTYCZNE wykład 3

METODY HEURYSTYCZNE wykład 3

Jacek Skorupski pok. 251 tel konsultacje: poniedziałek , sobota zjazdowa

WYMAGANIA WSTĘPNE W ZAKRESIE WIEDZY, UMIEJĘTNOŚCI I INNYCHY KOMPETENCJI EFEKTY KSZTAŁCENIA

Automatyczny dobór parametrów algorytmu genetycznego

Metodyki i techniki programowania

Zastosowanie technologii nvidia CUDA do zrównoleglenia algorytmu genetycznego dla problemu komiwojażera

Zadania laboratoryjne i projektowe - wersja β

OPTYMALIZACJA PROCESU OBRÓBKI SKRAWANIEM Z WYKORZYSTANIEM ALGORYTMÓW GENETYCZNYCH

Algorytmy ewolucyjne `

Metody i techniki sztucznej inteligencji / Leszek Rutkowski. wyd. 2, 3 dodr. Warszawa, Spis treści

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

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

6. Projektowanie składu chemicznego stali szybkotn cych o wymaganej twardo ci i odporno ci na p kanie

Faza Określania Wymagań

Algorytmy ewolucyjne

Wybrane podstawowe rodzaje algorytmów

Optymalizacja optymalizacji

SZTUCZNA INTELIGENCJA

LICZEBNOŚĆ POPULACJI OBLICZENIA EWOLUCYJNE. wykład 3. Istotny parametr AG...

ALGORYTMY GENETYCZNE

ZASTOSOWANIE ALGORYTMU GENETYCZNEGO DO WYZNACZANIA OPTYMALNYCH DECYZJI STERUJĄCYCH

Algorytm indukcji klasyfikatora za pomocą EA z automatycznym przełączaniem ukierunkowań

Procesy stochastyczne

WAE Jarosław Arabas Pełny schemat algorytmu ewolucyjnego

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.

Optymalizacja. Wybrane algorytmy

ALGORYTMY EWOLUCYJNE W OPTYMALIZACJI JEDNOKRYTERIALNEJ

Tematy prac magisterskich i doktorskich

Inżynieria danych I stopień Praktyczny Studia stacjonarne Wszystkie specjalności Katedra Inżynierii Produkcji Dr Małgorzata Lucińska

O badaniach nad SZTUCZNĄ INTELIGENCJĄ

Elementy Modelowania Matematycznego Wykład 7 Programowanie nieliniowe i całkowitoliczbowe

Transkrypt:

ALGORYTMY GENETYCZNE (wykład + ćwiczenia) Prof. dr hab. Krzysztof Dems Treści programowe: 1. Metody rozwiązywania problemów matematycznych i informatycznych.. Elementarny algorytm genetyczny: definicja algorytmu genetycznego i jego schemat; analiza działania algorytmu genetycznego. 3. Reprezentacja danych w algorytmie genetycznym, kodowanie binarne i rzeczywiste. 4. Metody selekcji. 5. Operatory genetyczne. 6. Funkcja przystosowania i jej charakterystyka. 7. Reprezentacja genotypu diploid i dominacja 8. Zastosowania algorytmów genetycznych. Literatura: T. Gwiazda, Algorytmy genetyczne, Biblioteka Sztucznej Inteligencji, Warszawa, 1995 J. Cytowski, Algorytmy genetyczne Podstawy i zastosowania, Akademicka Oficyna Wydawnicza, Warszawa, 1996 D. E. Goldberg, Algorytmy genetyczne i ich zastosowania, WNT, Warszawa, 1998

Treść ćwiczeń: Kodowanie binarne i rzeczywiste chromosomu. Przekształcenie i skalowanie funkcji przystosowania. Ograniczenia zbioru rozwiązań. Metody selekcji deterministycznej i stochastycznej. Operatory genetyczne. Analiza działania algorytmu genetycznego.

Metody rozwiązywania problemów matematycznych i informatycznych Rzeczywistość Model fizyczny Model matematyczny Rozwiązanie (min. lub max.) Jedno lub wiele równań Problem optymalizacyjny Rozwiązywanie równań można sprowadzić do rozwiązania problemu optymalizacyjnego lub f i ( x f ( x) = 0 [ f ( x)] min. n 1, x,..., xn) = 0 i = 1,,..., n i= 1 [ fi( x1, x,..., xn) ] min. Przykład: 10 8 x ( x 1 4x + 3 = 0 = 1, x = 3) c g( x) = ( x 4x + 3) min. g(x) 6 4 0 0 1 3 4 x 3

Metody rozwiązania: Analityczne Enumeracyjne Losowe Metody analityczne: nieskończona przestrzeń poszukiwań - (1) pośrednie - () bezpośrednie Ad. (1): poszukuje się lokalnych minimów rozwiązując układ równań wynikający z warunku zerowania się gradientu funkcji celu. Ad. (): skakanie po wykresie funkcji w kierunku wskazywa-nym przez lokalny gradient w celu osiągnięcia lokalnego maximum (wierzchołka). Wady: Zakres lokalny. Wymagana gładkość i ciągłość funkcji. 4

Metody enumeracyjne: skończona przestrzeń poszukiwań Oblicza się kolejno wartości funkcji celu przeglądając wszystkie możliwe punkty przestrzeni. Wady: Metoda nieefektywna wraz ze wzrostem rozmiaru problemu. Niech będzie danych n niewiadomych, z których każda może przyjąć m wartości: Ilość możliwych rozwiązań: n m Np.: n 5 1. n = 5, m =10 m = 10 = 100 tys. rozwiązań. 1000 rozwiązań jest sprawdzanych w ciągu 1 sekundy czas znalezienia rozwiązania: 100 sek. n 0 8. n = 0, m =10 m = 10 = 10 bilionów rozwiązań. 1000 rozwiązań jest sprawdzanych w ciągu 1 sekundy czas znalezienia rozwiązania: 3,17x10 9 lat. 5

Metody losowe: skończona przestrzeń poszukiwań Oblicza się kolejno wartości funkcji celu przeglądając losowo wybrane punkty przestrzeni czas znalezienia rozwiązania może być istotnie skrócony w porównaniu z metodami enumeracyjnymi. Cechy: Ocena jak największej liczby rozwiązań w różnych obszarach przestrzeni. Dokładne zbadanie najbardziej obiecujących obszarów. Rodzaje: Metody czysto losowe metoda Monte Carlo. Algorytmy genetyczne wybór losowy jest traktowany jako przewodnik w prowadzeniu wysoce ukierunkowanego poszukiwania w przestrzeni rozwiązań. Efektywność metod: 6

ALGORYTMY GENETYCZNE (AG) Teoria AG powstała w oparciu o analogie do procesów obserwowanych w ewolucji naturalnej. Przyroda ożywiona: W jądrach komórkowych żywych organizmów znajdują się łańcuchy genów (chromosomy) w których zakodowana jest informacja o strukturze danego organizmu. W wyniku krzyżowania się organizmów, dobieranych w wyniku selekcji, powstaje nowe potomstwo, któremu rodzice przekazują geny tworząc nową strukturę chromosomu a więc informacje o strukturze organizmu który powstaje (proces reprodukcji). Pojawiający się rzadko proces mutacji zmienia łańcuch genów, a więc i strukturę organizmu (proces reprodukcji). Naturalna selekcja jest pomostem łączącym chromosomy i jakość organizmów przez nie opisywanych. Reprodukcja jest momentem w którym następuje ewolucja organizmu. Ewolucja nie posiada pamięci wiedza o metodzie stworzenia nowego organizmu zdolnego do wygrania walki o przetrwanie jest zawarta w genach chromosomów przez nią wytwarzanych. 7

Algorytmy genetyczne: Początki zastosowań datują się od roku 1975. Za ojca AG jest uważany J. Holland, który postawił tezę, że poprzez odpowiednie zaimplementowanie procesów ewolucyjnych występujących w przyrodzie ożywionej w formie algorytmu komputerowego otrzymamy metodę rozwiązywania złożonych problemów tą samą drogą jaką kroczy natura drogą ewolucji. (J. Holland, Adaptation In natural and artifical systems, University of Michigan Press, 1975) Klasyczny model algorytmu genetycznego 8