Các hệ cơ sở tri thức Tuần 7: Các ứng dụng của Thuật giải di truyền

Các hệ sở tri thức Tuần 7: Các ứng dụng Thuật giải di truyền Lê Hoàng Thái Các ứng dụng Thuật giải di truyền  Giải toán tối ưu hàm nhiều biến liên tục  Giải toán tối ưu miền liên tục tổng quát  Giải tốn tối ưu hóa học  Giải toán tối ưu hàm nhiều biến rời rạc  Bài toán chứng thực vector  Bài toán người du lịch Thuật giải di truyền giải toán tối ưu hàm nhiều biến liên tục Đặt vấn đề:  Trong chương đề cập chi tiết việc áp dụng giải thuật di truyền cho toán cực tiểu hoá hàm f có n biến, f(x1,x2, ,xn) Biết biến xi lấy giá trị từ miền Di=[ai, bi] tập R yêu cầu độ xác k chữ số thập phân giá trị biến Biễu diễn biến nhờ véc tơ nhị phân:  Tham biến x thuộc [Umin, Umax] biểu diễn chuỗi nhị phân có chiều dài l L bit mã hoá x ứng với giá trị khoảng [0,2l] ánh xạ lên giá trị thuộc miền xác định [Umin, Umax] Theo cách kiểm sốt miền trị biến tính xác chúng Tỷ lệ co dãn ánh xạ cho bởi: Biễu diễn biến nhờ véc tơ nhị phân: U max  U g 2l   giá trị x tương ứng với mã string2 xác định theo công thức: x=Umin+decimal(string2)*g  Decimal(string2) biểu diễn giá trị thập phân chuỗi nhị phân string2, g xác định cơng thức  Ví dụ: decimal(0001)=1; decimal(0011)=3 Biễu diễn biến nhờ véc tơ nhị phân:  Để mã hoá tập biến, ta ghép nối mã biến riêng lẻ lại với Mỗi mã tương ứng với chiều dài bit riêng xác định giá trị tương ứng nằm khoảng [Umin,Umax].Ví dụ mã hố cho 10 biến cho bởi:  0001|0101| |1100|1111  U1 | U2 | | U9 | U10 3.Toán tử chọn lọc cá thể (select ):  Toán tử chọn lọc thao tác xử lý cá thể bảo lưu cho vòng sinh sản tiếp sau tuỳ thuộc vào giá trị thích nghi Trong toán áp dụng toán tử chọn lọc Roulete Tốn tử phiên mơ q trình chọn lọc tự nhiên Giá trị thích nghi f(i) xác định cá thể tập hợp Giá trị lớn cá thể coi hợp lý 3.Toán tử chọn lọc cá thể (select ):  Quá trình xử lý chọn lọc thực theo bước :  1.Tính tổng giá trị thích nghi (fitness) tất thành viên lực lượng gọi tổng thích nghi  2.Phát sinh số n số ngẫu nhiên khoảng từ đến tổng thích nghi  3.Trả lại thành viên tập hợp mà độ thích nghi cộng với độ phù hợp thành viên tập hợp trước lớn n Toán tử lai ghép (crossover):  Toán tử tác động cá thể cha mẹ để tạo lai tốt gọi lai ghép Chúng áp dụng lên cặp cha mẹ chọn lựa với xác suất lai ghép ký hiệu pcross Xác suất cho số lượng pcross*pop_size nhiễm sắc thể dùng cho hoạt động lai ghép, pop_size kích thước quần thể lai tạo Hàm thích nghi  Việc lượng giá nhiễm sắc thể dễ dàng, cho trước khoảng cách thành phố, dễ dàng tính chiều dài lộ trình Chọn hàm mục tiêu chiều dài lộ trình hàm thích nghi có giá trị hàm mục tiêu f(x) = g(x) = length Các phép toán di truyền  Toán tử lai ghép  Phép lai OX (phép lai thứ tự): Cho trước hai cá thể cha mẹ, cá thể có cách chọn thứ tự lộ trình từ cá thể bảo tồn thứ tự tương đối thành phố cá thể Phép lai OX (phép lai thứ tự)(tt)  Ví dụ cá thể cha, mẹ là: ( 10 11 12 ) ( 10 12 11 ) Đoạn chọn (4 7), cá thể phép lai là: (2 10 12 11 1) (4 10 12 11 3) Các phép toán di truyền  Phép lai CX (phép lai chu trình): Mỗi cá thể tạo dựa vị trí, giá trị cha mẹ thứ cha mẹ thứ hai Phép lai CX (phép lai chu trình)…  Parent1 (1 9)  Parent2 (4 5) Sẽ tạo thứ cách lấy thành phố thứ từ cha mẹ thứ O1 = (1 x x x x x x x x)  Tại vị trí thứ cha mẹ thứ hai có giá trị 4, giá trị nằm vị trí thứ tư cha mẹ thứ nên O1 = (1 x x x x x x x), vị trí thứ tư cha mẹ thứ hai có giá trị giá trị nằm vị trí cha mẹ thứ nên : O1 = (1 x x x x x x)  Theo qui luật thành phố gộp vào thứ 2, việc chọn thành phố đòi hỏi việc chọn thành phố – có danh sách – hồn thành chu trình O1 = (1 x x x x) Các giá trị lại lấy từ từ cha mẹ thứ hai : O1 = (1 5) Phép lai CX (phép lai chu trình)…  Tương tự: O2 = (4 9)  Phép lai CX bảo tồn vị trí tuyệt đối phần tử theo thứ tự cha - mẹ Toán tử đột biến      Có thể chọn toán tử sau đây: Đảo: Chọn hai điểm theo chiều dài nhiễm sắc thể, cắt điểm này, chuỗi nằm điểm bị đảo chiều dài hai chuỗi hai đầu bị đảo Ví dụ nhiễm sắc thể: (1 3| 7| 9) Với hai điểm cắt đánh dấu ‘|’ Sau đảo: (1 2|6 3|7 9) Toán tử đột biến  Chèn:  Chọn thành phố chèn vào vị trí ngẫu nhiên  Ví dụ cá thể: ( 10 11 12 ), chọn thành phố chèn vào vị trí 2, ta có cá thể sau đột biến là:  (1 10 11 12 ) Toán tử đột biến  Dời chổ:  Chọn hành trình chèn vào vị trí ngẫu nhiên  Ví dụ cá thể (1 10 11 12) chọn hành trình chèn vào vị trí 2, ta có cá thể sau đột biến là:  (6 10 11 12) Toán tử đột biến  Trao đổi qua lại:  Hoán vị hai thành phố hay hai chuỗi thành phố với nhau:  Ví dụ: Nếu cá thể cha :  (1 10 11 12 13 14) Cá thể :  (1 11 12 13 10 14) Kết luận  Trong phần chúng tơi trình bày số tốn tử di truyền, bạn nghĩ toán tử hay Như cho trước tham số liên quan, thuật giải di truyền thi hành Kết thực nghiệm  Phương pháp lai sử dụng lai OX  Phương pháp đột biến trao đổi qua lại  Các tham số thuật giải di truyền:  Kích cỡ lực lượng popsize=50; xác suất toán tử di truyền Pcross=0,95 Pmu=0,1 số vòng lặp gen=50  Q trình khởi tạo quần thể có sử dụng greedy Kết thực nghiệm  Trường hợp 1: 10 0111111111 1012345678 1101456789 1210156789 1341014567 1455101456 1566410156 1677541017 1788655101 1899766710  Kết tối ưu thật sự: 10  Kết thuật giải di truyền: 10  Đường đi: Kết thực nghiệm  Trường hợp 2: 10 0998111111 9012345678 9105956789 8250156789 1391014567 1455101456 1566410156 1677541087 1788655809 1899766790  Kết thuật giải di truyền: 28  Đường đi: Thảo Luận nhóm Đồ án nhóm  Chú ý làm rõ điểm sau:  Tự nghiên cứu ứng dụng GA trình bày SLIDE, thành viên nhóm nắm bước giải toán ứng dụng?  Việc sử dụng GA cho ứng dụng hiệu nhất?  DAMH#3: Thiết kế cài đặt thử nghiệm Thuật giải di truyền cho toán tối ưu hóa học .. .Các ứng dụng Thuật giải di truyền  Giải toán tối ưu hàm nhiều biến liên tục  Giải toán tối ưu miền liên tục tổng quát  Giải tốn tối ưu hóa học  Giải toán tối ưu hàm nhiều... Bài toán chứng thực vector  Bài toán người du lịch Thuật giải di truyền giải toán tối ưu hàm nhiều biến liên tục Đặt vấn đề:  Trong chương đề cập chi tiết việc áp dụng giải thuật di truyền cho...  giá trị x tương ứng với mã string2 xác định theo công thức: x=Umin+decimal(string2)*g  Decimal(string2) biểu di n giá trị thập phân chuỗi nhị phân string2, g xác định cơng thức  Ví dụ: decimal(0001)=1;