Một l p thuậ t toán phỏng tiến hóa sinh hoc dựa trên thông tin đ±nh hư ng giải bài toán đa cực tr±

BG I Á O DỤCVÀĐÀOTẠO BQ U O C PHÒNGHOCVINKỸTHUTQUÂNSỰ MTLPTHUTTỐNPHỎNGTIENHĨASINHHOCDỰAT RÊNTHƠNGTINбNHHƯNG GIẢIBÀITỐNĐACỰCTR± LU N ÁN TIEN SY TỐN HOC Chuyênn g n h : C s t o n h o c t r o n g ti n h o c Mãso:62.46.01.10 HàNi-Năm2016 BG I Á O DỤCVÀĐÀOTẠO BQ U O C PHỊNGHOCVINKỸTHUTQNSỰ VũChíCưng MTLPTHUTTỐNPHỎNGTIENHĨASINHHOCDỰAT RÊNTHƠNGTINбNHHƯNG GIẢIBÀITỐNĐACỰCTR± Chunn g n h : C s t o n h o c t r o n g ti n h o c Mãso:62.46.01.10 LU N ÁN TIEN SY TOÁN HOC NGƯIHƯNGDANKHOAHOC:PGS.TS.BÙITHULÂM LICAMĐOAN Tơixincamđoanđâylàcơngtrình nghiêncúucủariêngtácgiảdưới hướng dȁn khoa hoc PGS.TS Bùi Thu Lâm Các ket cơngbovớicáctácgiảkhácđeuđượcsựđongýcủađongtácgiảtrướckhiđưavào lu¾n án Các ket nêu lu¾n án trung thực chưa tùngđượccơngbotrongbatcúcơngtrìnhnàokhác HàN ® i , t h n g n ă m Nghiêncáusinh LICẢM ƠN Lu n án thực hi n B® mơn Cơng ngh phan mem, Khoa Cơngngh thơng tin, Hoc vi n Ky thu t Quân sự hướng dan khoa hoccủaPGS.TS.BùiThuLâm Lời đau tiên, tác giả xinđượcbày tỏ kính cảm ơn chânthành nhat đen thay giáohướngdan: PGS.TS Bùi Thu Lâm,ngườiđãđịnhhướngđe tác giả có the tiep c n lĩnh vực nghiên cáu mẻ, khókhăn đay tiem Thay cung cap đay đủ kien tháccũngnhưkinhnghi mnghiêncáu khoahocvôcùngquý báu, thaycũ nglà người đ®ng viên, khích ltác giả suot q trình nghiên cáu đe tácgiảcóthehồnthànhcuonlunánnày Tác giả xin chân thành cảm ơn t p the cán b®, giảng viên B® mônCông ngh phan mem, Khoa Công ngh thông tin Phòng Đào tạo Sauđại hoc, Hoc vi n Ky thutQuân tạo moi đieu ki n thu n lợi, giúpđơtácgiảtrongquátrìnhhoctpvànghiêncáutạiHocvin Tácg i ả c ũ n g x i n c ả m n t pt h e c n b ® , g i ả n g v i ê n K h o a C ô n g n g h thông tin Trung tâm Công nghthông tin, Trường Đại hoc Vinh tạođieu ki n ve thời gian đe tác giả có the thực hi n ke hoạch nghiên cáu vàhồnthànhlunánđúngtienđ® Cuoic ù n g , t c g i ả x i n b y t ỏ l ò n g b i e t n s â u s a c đ e n c c b cs i n h thành kính men nhǎng người thân gia đình, đ c bitlà người vợhetmựcthủychungvàhaiconthânthươngđãlndànhnhǎngtìnhcảmnong am, sẻ chia ủng h® tác giả suot thời gian hoc t p nghiêncáuởxanhà Lu n ánnàynhư làmón q q giá nhat tác giả xinđáplạinhǎngântìnhcủabạnbè,đongnghipvàniem tintưởng,uthươngcủatatcảmoingười M®tlannǎaxinchânthànhcảmơn HàN ® i , t h n g n ă m Nghiêncáusinh Mncl n c Trang Danhsáchkýhiu,chfi viettat Danh sách bảng Danh sách hìnhv ẽ 10 L imđ a u 11 1C Ơ SL Ý THUYET 15 1.1Mđ a u 1.2Toiư u h ó a 1.3Thut t o n ti e n h ó a 1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4 1.3.5 Cáchb i e u d i e n d i t r u y e n l ời i g i ải i c ủabài a b i t o n Cáchkh ởitạoquantheban it ạoquantheban oquantheban đau Cáchđánhgiácáthe Cácp h é p t o n t i e n h ó a Đieuki ¾ n d n g c ủabài a t h u¾ t t o n 1.4Ketl u n 2N H ữ N G NIDUNG NGHIÊNCỨU LIÊN QUAN 2.1Mđ a u .1.5 1.5 1.9 2.0 2.1 2.2 2.2 2.3 2.5 27 2.7 2.2 Cáct h u tt o n tì m k i e m d fi a t r ê n t h ô n g ti n đ ị n h h ng2.8 2.2.1 Thu¾tt ốn tì mkie mđ ơnhình(Simplex nhìn h(Si mplex S e a rch) 2.8 2.2.2 Thu¾ttốntìmkiemphân tá n(ScatterSearch) .3.0 2.2.3 Toiưu u b a yđ n ( P a rt i c le S wa rm O p t i mi z a t i on ) 3.2 2.2.4 Tienhóa v i p hâ n (D i f fe re n t i a lE vo lu t i on ) .3.4 2.3 Phươngp h p n i c h i n g 3.8 2.3.1 Phưuơnhình(Simplexngp hápchi a sẻgi t rị đ án h gi á(F i t ne sssha ri n g) 3.8 2.3.2 Phưuơnhình(Simplexngphápđámđơng(Crowding) 4.0 2.3.3 Phưuơnhình(Simplexngp hápd ựa a vào lồ i (Specie s-based) 4.2 2.3.4 Phưuơnhình(Simplexngp háp p hâ n c ụm(Clustering-based) m(Clust e ri n g- b a sed ) 4.4 2.4 Kjthutsongsonghóathuttốntien hóa 4.7 2.4.1 Mơhìnhmaster/slave 4.7 2.4.2 Môh ì n h i s l a n d 4.8 2.4.3 Mơh ì n h t e b o ( c e l l u l a r ) .4.9 2.4.4 Mơhìnhlai(hybrid) 5.0 2.4.5 Kỹthu¾tđongtienhóah ợptác(cooperationco-evolution) ptác(cooperationco-evolution) 5.1 2.5Ketl u n 5.2 3T H U TTỐNTIENHĨADỰATRÊNTHƠNGTIN б NHHƯNG 3.1Mđ a u 54 .5.4 3.2Thuttoán D E A L 3.2.1 Đp h c t ạoquantheban p tí n h to án Cáctùychonveb ưuớcnhảyđịnhhướng cnh ải yđ ị nhh ưuớcnhảyđịnhhướng ng 3.2.3 Cácchienl ưuợptác(cooperationco-evolution) claighép 5.6 5.9 6.0 6.0 3.3Songs o n g D E A L v i k j t h u tđ o n g ti e n h ó a h pt c 3.3.1 Mơhìnhsongsong 3.3.2 Thu¾ttốnsongsong 3.3.3 Thờiigianth ựa c thivàh¾sotăngtoc 6.1 6.1 6.3 6.5 3.2.2 3.4Đánhgiáthficnghim 3.4.1 3.4.2 6.9 Thựacnghi ¾m D EA LvàMD EAL 6.9 Thựacnghi¾mDEALsongsong .7.6 3.5Ketl u n 8.1 4T H U T T O Á N T I E N H Ó A D Ự A T R Ê N T H Ô N G T I N бNHHƯNGVI BÀITOÁNTOIƯUĐACỰCTR± 4.1Mđ a u 83 .8.3 4.2DEALv i p h n g p h p F i t n e s s S h a r i n g 8.4 4.3DEALvi phươngp h p C r o w d i n g 8.5 4.4DEALv i p h n g p h p S p e c i e s - b a s e d 4.5DEALv .8.6 i p h n g p h p C l u s t e r i n g - b a s e d .8.8 4.6Thficn g h i m 9.1 4.6.1 Môitr ưuời ngth ựa c nghi¾m .9.1 4.6.2 Thựacnghi¾m1:Hi¾uqu ải c ủabài a SharingDEAL .9.3 4.6.3 Thựacnghi¾m2:Hi¾uqu ải c ủabài aCrowdingDEAL 9.6 4.6.4 Thựacnghi¾m3:Hi¾uquảic ủabài a SpeciesDEAL 1.0.1 4.6.5 Thựacnghi¾m4:Hi¾uquảicủabàiaNBCDEAL 1.0.6 4.6.6 Sosánhcácthu¾ttốnđãđex t 1.1.1 4.7Ketl u n 1.1.6 Ketlun 117 Danhs c h c ô n g t r ì n h c ủ a t c g i ả 119 Tàiliuthamkhảo 120 Phnlnc 131 ACÁCSƠĐOTHUTTOÁN 131 A.1Thutt o n S i m p l e x S e a r c h A.2Thut t o n S c a tt e r S e a r c h A 3ThuttốnParticleSwarmOptimization BCÁCBÀITỐNTHỰCNGHIMMȀU B 1Cácb i t o n t o i u c b ả n B.2Cácb i t o n t o i u đ a c fi c t r ị 1.3.2 1.3.3 1.3.4 135 1.3.5 1.3.9 Danhsáchkjhiu,chfiviettat Kjhiu Diengiải ACO Thut tốn toiưu hóa đànkien AIS Hmiennhiemnhântạo CC Kythutđongtien hóahợptác(CooperativeCoevolution) CF ThamsoCrowdingFactorcủaphươngpháp CrowdingDEAL CrowdingThuttốnDEALvớiphươngphápCrowding D Sochieucủahàmmụctiêu(hàmđánhgiá)Thutt ốntien hóaviphân DED Thuttốntienhóadựatrênthơngtinđịnh hướngTh EALE utt o n ti e n h ó a ( E v o l u ti o n a r y A l g o r i t h m ) AED AEPE ThuttốnướclượngcácthuttốnphânphoiQuyh SETS oạchtienhóa( EvolutionaryProgramming) Chie GAG nlượctienhóa (Evolution Strategies) P Tpcáccátheưutú(EliteSet) MaxGensMa Giảithutditruyen(GeneticAlgorithm) xFEs L ptrìnhditruyen(GeneticProgramming)Sothe MDEAL ht o i đa N,P o p S i z e Solantínhgiátrịhàmđánhgiátoiđa (Maximum NBCNBCDEA Fi tnessE v al uatio ns) LPCCDEALPS ThuttốnDEALtheochienlượclaighépcảitienKíchth O ướcquanthe SharingDEAL KythutphâncụmNearest-betterClustering SpeciesDEALSSS ThuttốnDEALvớiphươngphápClusteringbasedThuttốnsongsonghóaDEALtheokythutCCT huttốntoiưubayđàn Thu ttốnDEALvới phương pháp Fitness SharingThuttoánDEALvới phương pháp SpeciesbasedTpcáccáthehạtgiong(SpeciesSeedSet) Danhsáchbảng 3.1 Danhsáchcác bàitoánthựcnghim choDEAL 70 3.2 ThờigianthựcthithuttốnDEAL(Đơnvịtính:giây) 70 3.3 Sosánhgiátrịtoiưutrungbìnhtheocáctùychonbướcnhảy địnhhướng 74 3.4 Sos ánhhaichien lược laighép 74 3.5 SosánhDEALvớicácthuttoánkhác 76 3.6 Danhsáchcácbàitoánthựcnghim choDEALsongsong 77 3.7 Thờigi a nt hự ct h i v i Ev o l u ti o n _Cycle=1( ĐV T : gi â y) .78 3.8 Thờigi a nt hự ct h i v i Ev o l u ti o n _Cycle=5( ĐV T : gi â y) .79 3.9 Thờigi a nt hự ct h iv ới E vo l u ti o n _Cycle=10( ĐVT :g iâ y) 79 3.10 GiátrịtoiưutrungbìnhcủaPCCDEAL .81 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15 4.16 Danhs ách c ác b it o án t h ự cn gh i m .92 KetquảthựcnghimcủaSharingDEAL .94 SosánhSharingDEALvớicácthuttoánkhác .95 KetquảthựcnghimcủaCrowdingDE 98 KetquảthựcnghimcủaCDE .98 KetquảthựcnghimcủaCrowdingDEAL 99 Thongkêsotrườnghợpxephạngnhattheocácđ®đoPRvàSR 99 KetquảthựcnghimcủaSpeciesDEAL_Op1 .102 KetquảthựcnghimcủaSpeciesDEAL_Op2 .102 KetquảthựcnghimcủaSpeciesDEAL_Op3 .103 KetquảthựcnghimcủaSpeciesDEAL_Op4 .103 Sosánhđ®đoPRcủaSpeciesDEALvàcácthuttốnkhác 105 KetquảthựcnghimcủaNBCDEAL_Op1 106 KetquảthựcnghimcủaNBCDEAL_Op2 107 KetquảthựcnghimcủaNBCDEAL_Op3 107 KetquảthựcnghimcủaNBCDEAL_Op4 108 4.17 4.18 4.19 4.20 4.21 4.22 4.23 4.24 4.25 4.26 4.27 TőnghợpxephạngtheocáctùychoncủaNBCDEAL 108 Sosánhđ®đoPRcủaNBCDEALkhiđieuchỉnhφ 110 Sosánhđ®đoPRcủaNBCDEALvàcácthuttốnkhác 111 Giátrịđ® đo PRởđ® xácϵ=1.0E−01của cácthu tto án 112 Giátrịđ® đo PRởđ® xácϵ=1.0E−02của cácthu tto án 113 Giátrịđ® đo PRởđ® xácϵ=1.0E−03của cácthu tto án 113 Giátrịđ® đo PRởđ® xácϵ=1.0E−04của cácthu tto án 114 Giátrịđ® đo PRởđ® xácϵ=1.0E−05của cácthu tto án 114 KiemđịnhFriedman củacácthuttoán 115 TháhạngcủacácthuttoántheokiemđịnhFriedman 115 KiemđịnhWilcoxoncủa cácthu ttoán 116