بخشی از پاورپوینت
--- پاورپوینت شامل تصاویر میباشد ----
اسلاید 1 :
مقدمه
الگوريتم کلوني مورچه براي اولين بار در سال 1992توسط دوريگو Dorigo) ) و همکارانش به عنوان يک راه حل چند عامله (Multi Agent) براي مسائل مشکل بهينه سازي مثل فروشنده دوره گرد ارائه شد.
عامل هوشند Intelligent Agent) ) موجودي است که از طريق حسگر ها قادر به درک پيرامون خود بوده و از طريق تاثير گذارنده ها مي تواند روي محيط تاثير بگذارد.
آنچه بنيان فكري الگوريتم مورچگان بر آن بنا شده است را مي توان بسادگي و در يك جمله بيان نمود: " مورچه ها در بين موانع و محدوديت هاي موجود در طبيعت هميشه از بين جايگشت هاي متفاوت براي رسيدن به غذا، بهينه ترين راه را انتخاب مي كنند".
اسلاید 2 :
بهینه سازی مسایل بوسیله کلونی مورچه
همانطور که مي دانيم مسئله يافتن کوتاهترين مسير، يک مسئله بهينه سازيست که گاه حل آن بسيار دشوار است و گاه نيز بسيار زمانبر. بعنوان مثال مسئله فروشنده دوره گردTSP)) در اين مسئله فروشنده دوره گرد بايد از يک شهر شروع کرده، به شهرهاي ديگر برود و سپس به شهر مبدا بازگردد بطوريکه از هر شهر فقط يکبار عبور کند و کوتاهترين مسير را نيز طي کرده باشد. اگر تعداد اين شهرها n باشد در حالت کلي اين مسئله از مرتبه (n-1)!است که براي فقط 21 شهر زمان واقعا زيادي مي برد:
روز1013*7/1 = S1016*433/2 = ms10*1018*433/2 = 20!
با انجام يک الگوريتم برنامه سازي پويا براي اين مسئله ، زمان از مرتبه نمايي بدست مي آيد که آن هم مناسب نيست. البته الگوريتم هاي ديگري نيز ارائه شده ولي هيچ کدام کارايي مناسبي ندارند. ACO الگوريتم کامل و مناسبي براي حل مسئله TSP است.
اسلاید 3 :
مورچه ها چگونه می توانند کوتاه ترین مسیر را پیدا کنند؟
مورچه ها هنگام راه رفتن از خود ردي از ماده شيميايي فرومون (Pheromone ) جاي مي گذارند البته اين ماده بزودي تبخير مي شود ولي در کوتاه مدت بعنوان رد مورچه بر سطح زمين باقي مي ماند.
يک رفتار پايه اي ساده در مورچه هاي وجود دارد :
آنها هنگام انتخاب بين دو مسير بصورت احتمالاتيStatistical) ) مسيري را انتخاب مي کنند که فرومون بيشتري داشته باشد يا بعبارت ديگر مورچه هاي بيشتري قبلا از آن عبور کرده باشند. حال می بینیم که همين تمهيد ساده چگونه منجر به پيدا کردن کوتاهترين مسير خواهد شد :
اسلاید 4 :
همانطور که در شکل مي بينيم مورچه ها روي مسير AB در حرکت اند (در دو جهت مخالف)
اگر در مسير مورچه ها مانعي قرار دهیم مورچه ها دو راه براي انتخاب کردن دارند.
اسلاید 5 :
اولين مورچه ازA مي آيد و بهC مي رسد، در مسير هيچ فروموني نمي بيند بنابر اين براي مسير چپ و راست احتمال يکسان مي دهد و بطورتصادفي و احتمالاتي مسير CED را انتخاب مي کند.
اسلاید 6 :
مورچه ها در حال برگشت و به مرور زمان يک اثر بيشتر فرومون را روي CED حس مي کنند و آنرا بطور احتمالي و تصادفي ( نه حتما و قطعا) انتخاب مي کنند. در نهايت مسير CED بعنوان مسير کوتاهتر برگزيده مي شود. در حقيقت چون طول مسير CED کوتاهتر است زمان رفت و برگشت از آن هم کمتر مي شود و در نتيجه مورچه هاي بيشتري نسبت به مسير ديگر آنرا طي خواهند کرد چون فرومون بيشتري در آن وجود دارد.
اسلاید 7 :
مورچه ها چگونه می توانند کوتاه ترین مسیر را پیدا کنند؟
نکته بسيار با اهميت اين است که هر چند احتمال انتخاب مسير پر فرومون تر توسط مورچه ها بيشتر است ولي اين کماکان احتمال است و قطعيت نيست. يعني اگر مسير CED پرفرومون تر از CFD باشد به هيچ عنوان نمي شود نتيجه گرفت که همه مورچه ها از مسيرCED عبور خواهند کرد بلکه تنها مي توان گفت که مثلا 90% مورچه ها از مسير کوتاهتر عبور خواهند کرد. اگر تصادفا اولين مورچه مسير( CFDمسير دورتر) را انتخاب مي کرد و ردي از فرومون بر جاي مي گذاشت آنگاه همه مورچه ها بدنبال او حرکت مي کردند و هيچ وقت کوتاهترين مسير يافته نمي شد. بنابراين تصادف و احتمال نقش عمده اي در ACO بر عهده دارند.
اسلاید 8 :
نکته ديگر مسئله تبخير شدن فرومون بر جاي گذاشته شده است. برفرض اگر مانع در مسير AB برداشته شود و فرومون تبخير نشود مورچه ها همان مسير قبلي را طي خواهند کرد. ولي در حقيقت اين طور نيست. تبخير شدن فرومون و احتمال به مورچه ها امکان پيدا کردن مسير کوتاهتر جديد را مي دهند.
اسلاید 9 :
مزیتهای ACO
همانطور که گقته شد «تبخير شدن فرومون» و «احتمال-تصادف» به مورچه ها امکان پيدا کردن کوتاهترين مسير را مي دهند. اين دو ويژگي باعث ايجاد انعطاف در حل هرگونه مسئله بهينه سازي مي شوند. مثلا در گراف شهرهاي مسئله فروشنده دوره گرد، اگر يکي از يالها (يا گره ها) حذف شود الگوريتم اين توانايي را دارد تا به سرعت مسير بهينه را با توجه به شرايط جديد پيدا کند. به اين ترتيب که اگر يال (يا گره اي) حذف شود ديگر لازم نيست که الگوريتم از ابتدا مسئله را حل کند بلکه از جايي که مسئله حل شده تا محل حذف يال (يا گره) هنوز بهترين مسير را داريم، از اين به بعد مورچه ها مي توانند پس از مدت کوتاهي مسير بهينه(کوتاهترين) را بيابند.
اسلاید 10 :
کاربردهای ACO
از کاربردهاي ACO مي توان به بهينه کردن هر مسئله اي که نياز به يافتن کوتاهترين مسير دارد ، اشاره نمود :
- مسير يابي داخل شهري و بين شهري
- مسير يابي بين پست هاي شبکه هاي توزيع برق ولتاژ بالا
- مسير يابي شبکه هاي کامپيوتري
