( 11 ) ( TẠP CHÍ KHOA H ỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ TP HCM SỐ 2 (1) 2007 )KHOA HOC KŸ THUAT 47 TIIUAT GIAI DI TRUYEN (GAs) VÀ Ù*NG DUNG TRONG QUÂN LI XÂY DİNG LAI HÁI OĂNG ” LLÏU TRL/ÒNG VĂN “ NGUYEN TÄN BÌN[.]
47 11 KHOA HOCMỞ - KŸ THUAT TẠP CHÍ KHOA H ỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC TP.HCM - SỐ (1) 2007 TIIUAT GIAI DI TRUYEN (GAs) VÀ Ù*NG DUNG TRONG QUÂN LI XÂY DİNG LAI HÁI OĂNG ” LLÏU TRL/ÒNG VĂN “ NGUYEN TÄN BÌNH “*” I) T NG OUAN - Thuât giåi di truyen (Genetic Algorithms- Vi6t tat Ià GAs), John Holland (1975) Goldberg (1989) de xuät phát trìen, Ià thuat giài tìm ki6m dia co ch6 chgn lgc di truyen tiJ nhiên Thueat giåi s’u d? ng nguyên lÿ di truyen ve ski thích nghi stJ sƯng cá the thích nghi nhät tiJ nhiên - Tap hip tät cồ cỏc Iũi gii khụng gian tỡm kiem dcfỗic ggi kieu hình Các kieu hình mã hoá ggi kiéu gen Toán t”u di truyën sé duğc thșc thi dưi tU ¢ing M¿ot ánh xą tù kieu hình sang kieu gen ggi Ià trình mã hố MƯi cá the kieu gen có nhieu nhiëm sac the Trong moi nhië m sac the có chùa nhiëu gen MƯi dțac triJng di trun cu the düğc quy dinh bõi giã tri v| lrí cùa gen nhiëm sac the Bơ thích nghi Ià thiJóc khà sóng sót phát trien cûa cá the mơi trc/ịng doi ngäu nhiên cau trúc cá the, to‘c Iàm thay doi giá tri cúa gen goi dğt bi6n ii) cÂc Tí/vH cHAT QUAN TRONG CPA THUAT GIÅI DI TRUYEN - GAs Imap lucan mang tính chät ngåu nhiên de tìm giåi pháp tƯi Uu cho nhúng vän de phúc tąp, thay xác d!nh nhi tốn hgc giài tích Tuy nhiên dây Ià hình thúc ngåu nhiên có hi óng dan bõi tr| so thích nghi Chính hàm sƯ thích nghi Ià giúp GAs tìm giài pháp tƯi Uu rät nhiëu giài pháp có the có Bliịi tșo qn thfÏ Mã hố bién Dáab giá dğ tkicb •gbi Hinh Sd dư - Tốn tù xác d|nh cá the th6 hỵe hien tąi dcfğc giú Iąi the he ke tiep di c gi I chgn Igc Toỏn tự k6t hỗùp ngau nhiên hai cá the diJcic chgn ggi Ià lai ghép Tốn tù thay * Giàng viên, Trng Dai hgc Bách Khoa, Dąi hqc quöc gia TP.HCM “ Thee si“, Giáng viên, Tri õng Dai hqc Bách Khoa, Dąi hqc q“c gia TP.HCM “’ Th c si”, Giám dćíc TT Bưi dilõng Kê“ tốn, D i hqc Mó TP.HCM 08 Lai ghép Két quå Det bien Dąt ehfin tòi 'u n Ket thúc edu trúc thuat giài dì truyen 12 48 TẠP CHÍ KHOA H ỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ TP.HCM - SỐ (1) 2007 TAP CHI KHOA HQC SƯ 01(11)-2007 -GAs khơng de y den chi tiet vän de, trái Iąi chỵ ÿ den giài pháp cho vän de, hay tìm dieu kien tƯi üu cho viec dié‘u hành, phân nhóm nh“Eng giåi pháp có dcfcic - GAs dUğc sú dung dac biet cho nhú’ng tốn u cau tìm kiem tƯi t/u tồn cuc vói khơng gian tìm ki6m Ión khơng the kiem sốt nhị khå duy/et qua khơng gian tìm ki6m dąi diên mà không thUc sȘ di qua tùng diem cúa tồn b /okhơng gian III) CO CHP THÚC HI N CÚA m1 bit dau tiên bieu dİen giá tr! khoång [ a1,b1 ] , m2 bit ke tiep bieu dien giá l r! khoàng [ a2,b2 ] nhóm mn bit cuoi bieu dien giá tr| khoång [ an,bn J Chęn Ięc ca the - DƯi vói tien trình chgn Igc ( chgn qn the thơa phân bƯ xác st drfa dğ thích nghi), ta dùng bánh xe rulél vói rãnh d0ğc d|nh kích thc theo thích nghi nhiJ sau: THUAT Tính thích nghi eval(vi) cúa mƯi nhiëm sac the vi (i=1 pop-size), vói pop-size Ià kích thc cúa quan the: Ma hoa - GAs bat dau vói quan the, trap cúa nhieu cá the (nhiem sac the) St mã hóa bien phu thc vào tùng tốn Thơng thiJịng có dąng mã sau: mã nh| phân, mã Gray, mã sô thúc mã dąng Khi mã hóa di dąng chi nhi phân, mơi nhiêm săc the duğc kí hieu bang eva1(• ) pop -size vôi f Jà hăm muc tiêu Tim tong giá tr¡ thích nghi F cho tồn qn the : pop -size Nhiem sae the A 1 0 1 Nhiem sac the B 1 1 F- chuÖi bit eva1(ve) I Tfnh xác xuät chgn pi cho mÖi nhiem sac the vi Hinh Mã hóa diJói dąng nh| phân eval{v, ) i' - Giå sù muÖn tÖi iJu hàm n bi6n f(x1,x2, xn), dó mƯi bién xi thuğc mien D=[ ai,bi j tap cùa tap sÖ thúc R yêu cau duo xác Ià k sćỵ thmap phân cho giá t ! bien xi Oe dștt diJğc dğ xác nhiJ vȘay mien [ ai,bi ] duğc phân cat thành (biai)*10k mien bang G?iWmi sƯ ngun nhơ nhát sao: (bi- ai)*10k pop -size Tính xác xuät tích luy qi cho mÖi nhiëm sac the vi pop -size q:= Pi - n ńu vay moi bien xi thuôc [ ai,bi ] d0ğc bieu dien bang mğt chuoi nh| phân có chieu dài mi - Tien trình chgn lgc dr/ğc thi c hien bang cách Phép ãnh xą bi6n nh| phân thành bien thúc xi quay bánh xe rulét pop-size Ian MÖi Ian chgn mğt nhiem sac the tù quan the hiên duğc tfnh theo công thúc : hành vào quán the mói theo cách sau: x, = a; + decimal (string2)* Trong dó decimal (string2) bieu dien giá tr| thap phân cúa chuoi nh| phân string2- Bây giò moi nhiem sac the (là mğt lòi giåi ) du'cic bieu dien bang chuoi nh! phân có chieu dài _ Phát sinh sƯ ngau nhiên r khổng [0,1 ] Neu r< q1 chgn nhiem sac the dau tiên v1, ngiïğc ląi chgn nhiem sac the vi qi1< r = qi TẠP CHÍ KHOA H ỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC-KŸTHUAT MỞ TP.HCM - SỐ (1) 2007 KHOA HOC Lai Ca the cha mę ghép - Toán tù tác dȘong cá the cha mę de tąo nhúng lai tot dUğc ggi Ià lai ghép Các cğp cha mę dUğc chgn It/a lai ghép vói xác suát pc Có dąng lai ghép co bàn: lai Mot V! tfÍ, lai nhieu v/i trí lai deu Vói loąi trên, xác suät cá the tąo lai ghép van hang sÖ - Vói moi nhiem sac the quan the: Phát sinh sƯ ngau nhiên r khổng [0,1 ] Neu r< pc chgn nhiem sac the dó dà lai ghép - Sau dó ghép nhiem sac the dã 13 49 Chuoi lai giå Cá the P¡ = 1 0 1 M=0 1 O =0 1 100 P2 = 1 1 ' 02 =1 0 111 Hình Lai dèu Dğt bi6n - Oğt bien nham tąo nhúng thơng tin mói quan the lai tąo tąi cáC v! trí bit dó moi nhiem sac the Vói xác suät d/ot bien quän the Ià pm sƯ Idling nhiem sac the b! dțot bien sè Ià pm*pop-size Moi bit nhiem sac the có cd hği dğt bi6n nhiJ du'gc thay doí tù thành hay ngcfğc Iąi: düğc chgn m jot cách ngau nhiên BƯi vói moi clap nhiem sac the du'cic - Vói mƯi nhiem sac the ghép dôi, Iąi phát sinh ngau nhiên quan thé moi bit nhiêm mğt sƯ ngun pos khổng [ sac the: 0,m ] (m Ià tÖng sÖ bit m jot Phát sinh sÖ ngau nhiem sac the) SƯ pos cho v| trí nhiên r khổng [0,1 ] diem lai Hai nhiem sac the N6u r 0Q0 1 00 011 11 0Ql 0 1 01 1 Tr0ũng hÂợp lai deu thỡ moi gen cỳa cỏ the 1 11 1 01 10 diJğc chęn mğt cách ngau nhiên gen 11 Vi trí lai Hình Lai dan Cá the cha mę Cá thê 10 010 11 110 11 11 1 01 001 V‘i t “ 1ai Hinh Lai boi tJdng úng vói cá the bƯ hoțac mę Cách tien hành lai deu dr/ğc tien hành nhr/ sau: + Tąo mğt chuoi lai giå M có chiëu dài bàng chieu dài chuoi bÖ, mę Các bit diJğc tąo ngau nhiên + Chuoi O dr/ğc tąo bang cách lay tùng gen tù cá the cha, mę Neu bít thú I chuoi lai già M Ià lay gen ti dng úng cúa cá the P1, ngi ğc ląi läy gen tUdng úng cá the P2 -D e q u t r ì n h d Ș o t b i e n c ó h i e u q u t h ì x c s u ä t d ğ t b i n t h U ị n Hìnhg Dơt d biê“n ğ c c h g n tỵ le n g h ! c h v ói kí c h t h ó c g e n M ğ t x c s u ä t d ğ t bi n t hi J ò n g d cf ğ c s ” U d q ng Ià 1/N (N kích th0óc gen) Hdn nđa xác st dğt bien nên dơc lâp vói kích thiJóc quan the Nghïa sćỵ IiJong cá the quan the tăng hay giàm không ånh hUông den khà dțot bien cá the quan the Hàm thích nghi - Vì hàm thích nghi phãi nhan giá tr! khơng âm, dó phåi xây dung ánh xą hàm mqc tiêu dang xét tốn sang hàm thích nghi thông qua mğt hay nhiáu Ián ánh xą Neu tốn tƯi flu Ià ciJc tieu mơt hàm muc tiêu g(x) viec chuyen hàm g(x) sang hàm thích nghi f(x) de s”U dung GAs nhr/ sau: f(x) = Cmax - g(x) g(x)< Cmax ; TẠP CHÍ KHOA H ỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ TP.HCM - SỐ (1) 2007 TAP CHI KHOA HOC SÖ 01(11)-2007 14 50 Ngr/ğc Iąi f(x)=0 g,(x) , hi(x) 1ă phiröng trinh buoc - Trong dó Cmax Ià tham sƯ dau vào Có the Iäy Cmax Ià giá tr! g(x) Ión nhät quán the hien tąi, hoăc lón nhät sau k vịng leap g ( ) s vói i=1, ,q h;(x) = vói i=q+1, m s,‹t) (c,/)” t : the he văo thõi diêm tính tốn - Khi hàm muc tiêu gƯc tăng ho¿ac tốn m: hang so, có giá tri bang hoțac dang xét ccfc dąi cúa hàm u(x), hàm thích nghi có the dc chuyen sang nhtï sau - Hàm phąt thích nghi: f(x) Cmin + u(x) u(x) +Cmin >0 f¿(x,k) f(x) + Ok d,’ Ngt/ c ląi f(x)=0 VÓ1 È /r +, - Trong dó Cmin tham sƯ däu vào, có the Ià t ! tUyet dƯi cúa u bé nhät quán the hien tąi, hoțac k vịr\g Iăp ci cùng, ho/ac Ià mğt hàm cùa bien quan the - Trong mơt vài tr0ịng hcip hàm thỵch nghi có the Ià ngh|ch cúä hàm muc tiêu hồc sai so trung bình bình phu’dng cùa tap måu quan the kłr / Ș2 B(i ) ø F If — k +1 s i < t Trong dó : F:phan khå thi cû a khơng gian tìm kiem B(i ) :bieu diän cá the tot nhat the he thú i Dieu kiğn kgt thúc Iğp cùa GAs - Be ket thúc vòng leap GAs, thng có the chỵ d| nh trc sƯ the he can tąo sau dó kiem tra ląi duo thích nghi nh”ring phan tù tćít nhät bàng - GAs thích hdp cho tốn tìm cách so sánh vói tốn ban däu kiem tƯi 0u vói dieu kien khơng ràng buDoc Tuy nhiên thúc te bàì tốn có the chúa m jot ho¿ac IV) CÁC ‹/vG Dí NG CUA GAS nhieu ràng buğc phåi thơa Lịi giãi nhân duğc TRONG LỴNH VAC ON LŸ XĂY DĄNG tù chi6n lUğc tìm kiém tƯi Uu nhät thi6t phãi nam vùng khå thi, túc phåi thôa tät cà - Mawdesley [4] dã nghiên cúu úng dung GAs ràng buDoc Thơng th0ịng có the x”U Iÿ cơng tác thiet Imap tÖng meat bang xây ràng buDoc bang hàm phąt Mğt sÖ hàm phąt dúng Trong nghiê n cúu này, Mawdesley dã thUòng dcfğc dùng nhU sau: giåi quy6t yeu tƯ tón tąi cơng tác XÚ Iÿ ràng buğc m Hàm phąt tính! fp(x) = f(x) + Z C ; or i Trong dó : f(x) hàm muc tiêu; =1 neu ràng buğc thú i vi phąm; =0 n6u ràng buğc thú i thơa Ci: he sƯ phąt tcïdng úng ràng buDoc thú i vi phąm - Hàm phąt dong: fp(x,t) = f(x) + I Vịi d -— i d! S • › a, g ,{x ) h,{x) m + Chgn phiJong án thi cơng xây dúng cơng trình tąm vói dieu kien vat tiJ, nhân công hąn che + Chgt V! UI VỊ dien tích tƯi i u d!a diäm cung cäp nguyên vat li¢u nhUkhochÜaxi măng, sat thép, ván khn, trąm bêtơng Thiet ke Iğ trình cung cäp vȘat tU tù d|a diem den ndi tiêu thu du’òng di chuyen cùa máy dät cho dąt d0ğc hițeu quå nhät i 1, q i thiet ke tong meat bang cho nhà máy ô Anh: q +1, - Liên quan den Iïnh vr/c tÖi i u hóa tong meat bang, Tarn [5] dã sù dung GAs de tƯi 0u TẠP CHÍ KHOA H ỌC TRƯỜNG ĐẠI HQC HỌC MỞ TP.HCM - SỐ (1) 2007 KHOA - KŸ THUAT hóa v| trí cung cäp nguyên vȘat lieu xung quanh can truc tháp cho mơt tịa nhà cao tang HƯng Kơng 15 51 tieu hóa chi phí drï án cho thịi gian hồn thành cơng trình Ià ngan nhát Li Love [11] nghiên cúu GAs de tƯi Uu hóa tien dơ vói dieu kiên thơa hiep ve thịi gian - chi phí - Trong cơng trình xây ding Ión nhu: xây dȘap, diJịng cao tƯc, khoan ham, cơng tác dät (dào dät, vȘan chuyen dƯ dät) chiem mğt tỵ - Trong q trình thi cơng, viec cung cäp tài trgng Ión chi phí cúa cơng trình Vì vây viec ngun (vat tiJ, nhân cơng) Ià thiJịng xun IiJa chgn máy móc thiet b|, phiJong pháp thi Oe tránh rúi ro khan hi6m vât lieu, vât lieu tăng công de tƯi iJu hóa cơng tác dät có ÿ nghïa giá, tien dô thi công b! däy nhanh dțot xuät quan trgng de giãm chi phí xây ding cơng làm cho thi6u hqt vȘat tiJ, nhân cơng, nhà thau trình Marzouk [6][7] dã nghiên cúu GAs ket can dș trû nhúng v/at lieu gì? SƯ lhgng bao hop vói mơ phơng máy tính ve dë tài tƯi iJu nhiêu? Vào thịi gian nào? y cơng tác dät Iucan án tien sỵ báo cáo tốn tƯi iJu hóa qn Ií tài ngun Lew [12] dã khoa hgc tąp chí xây dtYng ASCE (My) úng dung GAs de tƯi iJu hóa ke hoąch sù Trong nghiên cúu Marzouk dã áp dung dqng tài nguyên lao d/ong theo tien duo GAs de tÖi iJu viec lcfa chgn tƯ máy móc thi Hegazy [13] úng dqng GAs dê Isa chgn bƯ cơng tham gia cơng tác vȘan chuyen 2.5 trieu trí cäu trúc thành phän tƯ dği thi cơng m3 dät khơi cơng trình xây dcfng den ndi cơng tác cho dąt dUğc suät chung chúa cách xa 15 km Ket hqp vói cơng tác Isa cao nhät Ngồi ra, nghiên cúu vë Iỵnh vgc tčíi chęn máy móc thi cơng, trình ttY bien pháp i u hóa k6 hoąch sù dung tài nguyên lao dȘong thi công sè diJ c mơ phơng máy tính cịn có nhiáu nhà nghiên cúu khác nhiJ: Chan chí phí xây dcfng nhơ nhät [14], SyswerdaI15], Satyanarayana [16] - Mơt nhóm nghiên cúu tąi Bąi hgc South Bank - i vói cơng ty thi cơng, vän de kiem sốt [8] (Anh) dã nghiên cúu úng dung GAs de dieu khien nhieu cơng trình thi cơng Iúc Ià tƯi Uu hóa st máy móc phuc vu cơng mơt dieu rat khó khăn Oe hồn thành trình ham theo phcfong pháp dúc mơ; Ket cơng trình dúng tien dğ vói dieu kiên bi hąn ch6 quå cùa nghiên cúu dã dUğc thÿc nghiem qua ve vȘat tt/, nhân cơng, thieu vƯn, dịi hịi cơng trình thÿc t6 de kiem tra tính xác nhà quån lí phåi tính tốn ltïa chgn tƯi uu thtïc cùa de tài cho dąt d«gc ket q tƯt nhät GAs có the giúp giåi quyet tốn tƯi Uu hóa sù dqng - Mơt úng dqng quan trgng cùa GAs Ià tƯi Uu ngn tài ngun (dịng tién te, nhân cơng, hóa tien dơ thi cơng vói ràng buğc ve tài máy móc, vât trY) phân phƯi cho nhieu cơng ngun nhân vât ldc Bây lỵnh vÿc düğc trình khác mot cơng ty xây ding De nhieu nhà quãn lí diJ án quan tâm nhät Oã có tài dã di ğc East [17] nghiên cúu kiem rät nhieu nhà nghiên cúu tìm hieu ve Iïnh nghiem qua dÿ án cúa trng Dąi hgc viJc tƯi cfu hóa ti6n dğ vói viec cåi tien Illinois Lam Gao [18] úng dung GAs de toi GAs de dąt dUğc mô hình hieu q nhät Vói rïu hóa dịng tien phân phƯi cho nhieu cơng st da dąng y6u tƯ tác dğng den ti6n dğ, trình cơng ty xây dtJng cúa Trung Qc tcfdng lai sè cịn nhieu nhà nghiên cúu tìm hieu ve Iïnh vcfc Hegazy [9] úng dung Tóm Iąi, bên cąnh Iïnh vcfc tƯi uu hóa GAs de Imap tien dơ vói dieu kien nhân Icfc qn Ií xây ding, GAs cịn có the duğc b! giói hąn Senouci úng dung Iïnh vIJc qn Ií quy hoąch dơ [10] sù dung GAs de thi6t Imap mơ hình ti6n the, dáu tU xây dqng tài chfnh doanh dğ có xét den yeu tÖ nhU mÖi quan he nghiep Hy vgng trong lai së có nhieu nhà giúa cơng tác, cäu trúc thành phan tÖ nghiên cúu Viet Nam tìm hieu ve Iïnh vÿc tƯi dȘoi, cân bang ngn Iu'c theo ti6n dơ, cfc u’u hóa bang thueat giãi di truyen 16 52 TẠP CHÍ KHOA H ỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ TP.HCM - SỐ (1) 2007 TAP CHI KHOA HQC SO 01(11)-2007 TÀI LI WEU THAM KHÁO Nguyen nh Thú (2001) Leap trình tien hóa, Nhà xuät bån giáo duc Michlaewicz, Z.(1992) Genetic Algorithms -r Data Structures= Evolutionary Programs Second Edition, Springer-Verlag, Cambridge, Mass David E Goldberg.(1989) Genetic Algorithms in Search, Optimization and Machine Learning Addision-Wesley Publishing Compańy, Inc Michael J Mawdesley; Saad H Aljbi Genetic Algorithms for Construction Site Layout in Project Planning ASCE, Journal of Construction Engineering and Management C.M.Tarn.(2001) Genetic Algorithms for Optimizing Supply Locations around Tower Crane City University of HongKong HongKong Mohamed Marzouk; Osama Moselhi.(2004) Multiobjective Optimization of Earthmoving Operations ASCE, Journal of Construction Engineering and Management Mohamed Marzouk.(2002).Optimizing earthmoving operations using computer simulation.PhD thesis, Concordia Univ.MotréaI A.Haidar;S.Naoum;R.Howes.(1999) Genetic Algorithms Application and Testing for Equipment Selection.Sóuth Bank University.UK Tarek Hegazy.(1999) Algorithm for Scheduling with Multiskilled Constrained Resources University of Waterloo Canada 10 Ahmed B Senouci.(2004) Use of Genetic Algorilhms in Resource Scheduling of Comstruction Projects.ASCE, Journal of Construction Engineering and Management 11 H.Li; Peter Love.(1997) Using Improved Genetic Algorithms Facilitate Time-Cost Optimization ASCE, Journal of Construction Engineering and Management 12 Sou-Sen Lew.(1999) GA-Based Multicriteria Optimal Model for Construction Scheduling National Taiwan University of Science and Technology, Taiwan 13 Tarek Hegazy.(1999) Optimization of Resource Allocation and Levelng Using Genetic Algorithms University of Waterloo.Canada 14 Chan, W.T.Chua.(1996) Construction resource scheduling with genetic algorithms ASCE, Journal of Construction Engineering and Management 15 Syswerda,G.,and Palmucci,J.(1991) The Application of Genetic Algorithms to Resource Scheduling Proc, th Int Conf on Genetic Algorithms, R.K Belew and L.B.Booker,Morgan Kaufman.San Mateo, California USA 16 Satyanarayana.(1993).Optimum resource allocation in construction project using genetic algorithms.Proc,3rd Ind.Conf, on the Application of AI to Civil and Structure Engineering, Edinburgh, UK 17 E.W.East(1998) Dynamic, Multi-project Scheduling Under Limited Resources with Uncertain Project Demand Construction Engineering Research Laboratories, ATTN USA 18 K.C.Lam, H.Gao(2003) Optimizing Multi-project Cash Flow for Chinese Construction Firms City University of HongKong HongKong ... tien dơ vói dieu kiên thơa hiep ve thịi gian - chi phí - Trong cơng trình xây ding Ión nhu: xây dȘap, diJịng cao tƯc, khoan ham, cơng tác dät (dào dät, vȘan chuyen dÖ dät) chiem mğt tỵ - Trong q... gian tìm ki6m dąi di? ?n mà không thUc sȘ di qua tùng diem cúa tồn b /okhơng gian III) CO CHP THÚC HI N CÚA m1 bit dau tiên bieu dİen giá tr! khoång [ a1,b1 ] , m2 bit ke tiep bieu dien giá l r! khoàng... cơng ngun nhân vât ldc Bây lỵnh vÿc düğc trình khác mot cơng ty xây ding De nhieu nhà qn lí diJ án quan tâm nhät Oã có tài dã di ğc East [17] nghiên cúu kiem rät nhieu nhà nghiên cúu tìm hieu