بخشی از مقاله
چکیده
امروزه برای حل مسائل بهینهسازی، الگوریتم های جدیدی ارائه می شود تا به جوابهای بهتر و سریعتری دست پیدا کنیم از اینرو الگوریتم قلب - Heart Algorithm - در سال 2014 توسط دکتر عبدالرضا حاتملو ارائه شده است. یکی از الگوریتمهای است که از طبیعت الهام گرفته شده، طبیعت نیز همیشه منبع الهام بخش بوده این بار با الهام از سیستم گردش خون و قلب انسان الگوریتمی برای مسائل بهینهسازی ارائه شده تا با این الگوریتم جوابهای سریع و بهتری بدست آوریم. این الگوریتم پدیده گردش خون و قلب انسان را برای جستجوی فضای مسئله شبیه سازی میکند. در این مقاله مسئله فروشنده دورهگرد را با الگوریتم قلب پیاده سازی شده است. انتخاب پارامترهای الگوریتم قلب ازجمله تعداد جمعیت اولیه، شعاع قلب و تعداد تکرار حائز اهمیت هستند اگر به درستی انتخاب شوند، حتما جوابهای بهتر در زمان کم تولید خواهد کرد. همچنین نتایج شبیهسازی نشان از کارائی و عملکرد عالی این الگوریتم در مقایسه با الگوریتم ازدحام ذرات - PSO - دارد.
واژه گان کلیدی : الگوریتم قلب ، الگوریتم ازدحام ذرات ، الگوریتمهای فراابتکاری ، حل مساله فروشنده دوره گرد
مقدمه
مسائل بهینه سازی به جسنجوی بهترین راه حل از میان تمام گزینه های ممکن می پردازند. مسائل بهینهسازی ترکیبی، فضای جستجوی گسستهای از راهحلهای ممکن را ایجاد کرده و در بسیاری از موارد دارای پیچیدگیهای محاسباتی بالایی میباشند و در کلاس مسائل بهینه سازی سخت طبقه بندی می شوند . - Mohammadi et al, 2009 - مساله فروشنده دوره گرد یا همان TSP به کلاس مسائل بهینهسازی ترکیبی به عنوان NP-Complete شناخته میشود، تعلق دارد . - Punnen,Gutin,2002 - مسالهی فروشنده دوره گرد، مسالهی یافتن کم هزینهترین مسیری است که از یک شهر شروع شود و از تمامی شهرها دقیقاً یکبار عبور کند و به شهر شروع باز گردد. به عبارت دیگر یافتن کم وزن ترین دور همیلتونی در یک گراف کامل و محدود، مسالهی فروشنده دوره گرد را تشکیل میدهد. این مساله یکی از مسائل مهم در تئوری پیچیدگی محاسباتی الگوریتمها میباشد. از راه حل این مساله به عنوان معیاری برای ارزیابی بسیاری از روشهای آماری و ابتکاری در حل مسائل بهینهسازی ترکیبی استفاده میشود . - Punnen,Gutin,2002 - هدف تکنیکهای ابتکاری در مواجهه با مسائل بهینهسازی، یافتن راهحل نزدیک به بهینه - تقریبی - در زمانی منطقی میباشد.
قلب و سیستم گردش خون
عمده کار سیستم گردش خون انسان، پمپاژ خون و رساندن اکسیژن تازه از ششها به تمام اندامهای بدن است. سیستم گردش خون انسان از سه بخش به نامهای قلب، رگهای خونی و خون البته هر کدام با اعمال ویژه تشکیل شده است. قلب به عنوان ایستگاه پمپاژ، خون تازه را به تمام بدن هدایت میکند. رگهای خونی شامل سرخرگها، سیاهرگها، مویرگها و کانالهایی است که مانند شبکههای انتقال عمل کرده خون را منتقل میکنند. خون هم اکسیژن را از ششها به سایر اندامهای بدن منتقل میکند و در عوض دی اکسید کربن موجود در آنها را از بدن دفع میکند . - Hatamlou, 2014 - دستگاه خون دو چرخه دارد به نامهای چرخه ششی یا ریوی و چرخه سیستمی.
اولی مربوط به قلب و ریهها میشود و به رگهایی گفته میشود که بین قلب و ریه ها خون را انتقال میدهند در حالیکه دومی رگهاییاند که بین قلب و اندامهای بدن در ارتباطند و خون را منتقل میکنند. گردش ریوی خون اکسیژن تازه را به قلب منتقل کرده، دی اکسید کربن را دفع میکند. زمانی که خون اکسیژن تازه میگیرد به قلب باز میگیرد و خون تازه را به اندامهای بدن میرساند. آناتومی قلب نشان میدهد که این اندام بدن از چهار حجره به نامهای دهلیز راست، دهلیز چپ و بطنهای راست و چپ تشکیل شده است - شکل . - Hatamlou, 2014 - - 1دهلیزها گیرنده خون هستند، خروج و پمپاژ آن توسط بطن ها صورت میگیرد. خونی که در بطنها جمع میشود توسط گردش ریوی خون یه سمت ریهها رفته، اکسیژن تازه دریافت میکند و توسط گردش سیستمی، خون را توسط سرخرگ قلبی به دهلیز سمت چپ میرساند.
به این ترتیب خون دارای اکسیژن تازه با گردش سیستمی خون و پمپاژ توسط بطن چپ به اندامهای بدن میرسد. گردش سیستمی خون توسط سرخرگها و نهایتاً مویرگها این کار را انجام میدهد. خون اکسیژندار توسط سرخرگها به مویرگها در جایی که اکسیژن لازم است سپرده و دی اکسیدکربن جمع آوری می شود، انجام میشود. خون به نوبه از مویرگها به رگهای بزرگ و از طریق نولها که رگهای کوچکتری هستند حرکت خواهد کرد. رگهایی که منجر به بازگشت خون به قلب می شوند سیاهرگ نامیده میشود که خون بدون اکسیژن را از طریق دهلیز راست به قلب باز میگرداند. این چرخه باز با ورود خون به دهلیز راست و سپس بطن راست ادامه و تکرار میشود. به طور خلاصه، دهلیزها وظیفه دارند خون برگشتی از بدن را گرفته و برعکس، بطنها وظیفه دارند خون را به بدن منتقل کنند. سرخرگها خون قلب را گرفته منتقل میکنند ولی سیاهرگها خون بدن را به قلب منتقل میکنند. گردش ریوی قلب را به ششها و گردش سیستمی قلب را به اندامهای بدن مرتبط میسازد . - Hatamlou, 2014 -
الگوریتم قلب
بیشتر روشهای محاسباتی طبیعی بر اساس مکانیسمها یا مراحل سادهای است که در قوانین طبیعی یافت میشود. دلایل چندی در این ارتباط وجود دارد. اولین و مهمترین دلیل سادگی و نرم بودن ذات این قوانین است. در عین حال که سادگی خاصی در این قوانین وجود دارد، مفید فایده خواهد بود که تک تک مشخصات مفاهیم، مشخص شود و توضیح داده شوند. پس نموداری کردن، مصور کردن و شرح دادن خصوصیات قوانین طبیعی بسیار ساده است. بر اساس آنچه در بالا گفته شد، هدف ما نوع ساده شده و خلاصهای از قلب و سیستم گردش خون انسان است. این الگوریتم با چند راه حل مقدماتی در طول مدت تحقیق شروع میشود. از میان راه حلها، قلب و مولکولهای خونی انتخاب شدهاند. در الگوی الگوریتم قلب، بعد از ایجاد قلب و مولکولهای خونی، قلب شروع میکند به بزرگ شدن و مولکولهای خونی را جذب
