Thuật toán di truyền và ứng dụng giải bài toán người du lịch

Trường Đại học Hải Phịng Khoa: Cơng nghệ thơng tin Đề tài: Thuật toán di truyền ứng dụng giải toán người du lịch Giảng viên hướng dẫn: Th.S LÊ ĐẮC NHƯỜNG Sinh viên: Bùi Thị Hạnh Hoàng T.Thu Hiền Trần Hồng Lân TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Nội dung trình bày: TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat2 I: Giải thuật di truyền *Khái niệm, Giải thuật di truyền kỹ thuật khoa học máy tính nhằm tìm kiếm giải pháp thích hợp cho toán tối ưu tổ hợp Giải thuật di truyền phân ngành giải thuật tiến hóa vận dụng nguyên lý tiến hóa di truyền, đột biến, chọn lọc tự nhiên, trao đổi chéo TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat3 I: Giải thuật di truyền * Tư tưởng Mô tượng tự nhiên: Kế thừa đấu tranh sinh tồn để tiến Ví dụ: Sự tiến hóa lồi thỏ Thỏ đần độn, chậm chạp Thỏ bị loại bỏ TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat4 I: Giải thuật di truyền * Tư t ưởng Quần thể ban đầu TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat5 I: Giải thuật di truyền * Tư t ưởng Quá trình sinh sản TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat6 I: Giải thuật di truyền * Tư t ưởng Quần thể cịn lại, bắt đầu q trình sinh sản TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat7 I: Giải thuật di truyền * Tư t ưởng Thế hệ sau TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat8 I: Giải thuật di truyền * Lưu đồ Lưu đồ thuật giải TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat9 I: Giải thuật di truyền * Các toán tử di truyền Biểu diễn cá thể Văn bạn Hàm mục tiêu Đột biến Lai tạo Lai ghép TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat10 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat13 I Giải thuật di truyền * Các bước giải thuật Bước 1: Chọn mô hình cho giải pháp vấn đề Bước 2: Chỉ định cho giải pháp ký hiệu Bước 3: Tìm hàm số thích nghi cho vấn đề tính hệ số thích nghi cho từ ng giải pháp Bước 4: Dựa hệ số thích nghi giải pháp để thực hiệ n tạo sinh (reproduction) biến hóa giải pháp Các phương thức biến hóa gồm: lai ghép (cross over), đột biến (mutation) Bước 5: Tính hệ số thích nghi cho giải pháp loại bỏ giải pháp để cong giữ lại số định giải pháp Bước 6: Nếu chưa tìm giải pháp tối ưu hay tương đối hay chưa hết hạn kỳ ấn định, trở lại bước thứ để tìm giải pháp Bước 7: Tìm giải pháp tối ưu thời gian cho phép để chấm dứt báo cáo kết tính TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat14 II Bài toán người du lịch *Định nghĩa, độ phức tạp Định nghĩa Cho đồ thị đầ y đủ n đỉ nh vơ hướng, có trọng số G = (V, E) Tìm chu trình v1→ v2 →…→vn→v1 Với vi Mộ t chu trình cịn gọi chu trình Hamilton vĐộ phức tạp Bài tốn TSP thuộc lớp tốn NPKhó v TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat15 BI: Ø Ø Ø Giải toán ngườ i du lị ch GA v Mã hóa tốn (đồ thị) Đồ thị mã hóa danh sách mảng điểm tọa độ Trọng số cột số hiệu đỉnh, trọng số thứ hai hoành độ, trọng số thứ ba tung độ Khoảng cách hai đỉnh M(xi, yi) N(xj, yj) đồ thị (trọng số cho cạnh) tính theo cơng thức: TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat16 BI: Giải toán ngườ i du lị ch GA v Ø Mã hóa tốn(chu trình) Chu trình mã hóa mảng có thứ tự số hiệu đỉnh Ví dụ chu trình đồ thị 10 đỉnh: ØMỗi chu trình có thơng số chi phí tồn chu trình Chi phí tính tổng độ dài tất cạnh tạo nên chu trình ØMỗi chu trình lời giải, giải thuật di truyền coi 1cá thể TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat BI: Ø Ø Ø Ø Giải toán người du lịch GA v Khởi tạo quần thể Quần thể ban đầu khởi tạo cách sinh ngẫu nhiên chu trình Số lượng chu trình khởi tạo nửa số kích thước cá thể tối đa Việc sinh ngẫu nhiên sử dụng hàm đột biến Số kích thước cá thể tối đa tùy biến theo số đỉnh đo thị cần giải, chọn kích thước quần thể 100 cá thể TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat18 BI: Ø Ø Ø Ø Giải toán người du lịch GA v Lai ghép Lai ghép thực cá thể đầuvào Thực lai ghép điểm cắt với vị trí cắt ngẫu nhiên : Cắt từ điểm p đến hết chu trình C2 đưa vào chu trình mới, lấy ví dụ p = 5: Xét từ đầu đến cuối chu trình 1, nạp dần điểm chưa có lai theo thứ tự duyệt ta chu trình mới: TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat19 Tính lạ i chi phí cho chu trình mới: Private circle hybridize( circle cl, circle c2) {Circle child =new circle (c1.getLength()); Random rand = new Random(); int p =rand.nextInt(child.length 1) int I =0;j =0,k=0; For(i =p; i< child.length; i++) { child.vertex[j] =c2.vertex[i]; j++; } For(i = 0; i < child.length; i++) { For(j=0;j0 ) { P1 = rand.nextInt(n); P2 = rand.nextInt(n); Temp = nextgen.vertex[p1]; Nextgen.vertex[p1] = nextgen.vertex[p2]; Nextgen.vertex[p2] = temp; Count ; } Return nextgen; } TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat22 Giả i toán ngườ i du lị ch GA v Chọn lọ c tự nhiên BI: Ø Chọnlọc để đả m bảo tính cân bằ ng củ a quần thể [Số cá thể , l hệ ] = [Kích thướ c mặc đị nh] + [Số cá thể sinh] Ø Cách thức chọn lọc cá thể đánh giá dựa chi phí chu trình Cách thức chọn lọc tự nhiên Sắp xếp quần thể theo chi phí tăng dần Lựa chọn ngẫu nhiên l số : a (0 < a < l) 3.Loại bỏ cá thể thứ a thích nghi từ cá thể đứng đầu danh sách quần thể Loại đến số cá thể lại kích thước mặc định TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat23 private void sortList() { int i =0, j =0,min; Circle temp; For(I =0;i