CHƢƠNG III: NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG ẢNH BẰNG PHƢƠNG PHÁP TèM XƢƠNG VÀ LÀM MẢNH
3.3.3.4Tỡm kiếm di truyền
Cấu trỳc của thuật toỏn được mụ tả trong Hỡnh 3.3; Chu trỡnh xử lý đơn gồm 4 giai đoạn:
Hỡnh 3.3
Toỏn tử lựa chọn: Lựa chọn hai cỏ thể trong quần thể vỡ mục đớch tỏi tạo;
Toỏn tử di truyền hai ngụi: Kết hợp theo cỏc cỏch khỏc nhau, cỏc nhiễm sắc thể của cha để nhận được con (tức là một hoặc hai con);
Cỏc toỏn tử so sỏnh: Lập phộp đối sỏnh giữa bố mẹ và con kể cả cỏc thế hệ tiếp theo;
Toỏn tử di truyền một ngụi: Biến đổi nhiễm sắc thể của cỏc cỏ thể trội ở giai đoạn trước.
Khi danh sỏch chứa cỏc cỏ thể của quần thể hiện tại được vột cạn, tức là mỗi cỏ thể đó được lựa chọn để tỏi sinh, quần thể vừa mới được tạo ra trải qua cựng một cỏch xử lý giống nhau: Quỏ trỡnh hỡnh thành cỏc thế hệ này ngừng khi Y
N
Các toán tử l-ạ chọn
Các toán tử di truyền hai ngôi
Các toán tử so sánh
Các toán tử di
số cực đại cho phộp cỏc thế hệ đó đạt tới2. Dưới đõy túm tắt lại cỏc toỏn tử đó được trỡnh bày.
3.3.3.4.1. Toỏn tử lựa chọn
Toỏn tử dựa trờn sơ đồ lựa chọn thi đấu như đó được đưa ra trong [22] với kớch thước vũng đấu của hai bờn. Sơ đồ cài đặt tận dụng một phiờn bản được hiệu chỉnh nhỏ của kỹ thuật đỏm đụng lựa chọn di truyền (genic selective crowding) [21] buộc cỏc cỏ thể thi đấu với cỏ thể khỏc cú ớt nhất cỏc điểm ảnh chung.
Theo cỏch như vậy, một ỏp lực được duy trỡ làm cho đối tượng giống nhau thi đấu với đối tượng giống nhau, và bằng cỏch này làm tăng ý nghĩa của vũng đấu.
3.3.3.4.2. Cỏc toỏn tử di truyền hai ngụi:
Để nhận được cỏc cỏ thể phủ phần tử cấu trỳc trong pha khởi tạo, chỳng ta cần một toỏn tử biến đổi một cỏch đỏng kể độ dài cỏc nhiễm sắc thể của cỏ thể. Ngược lại, sau pha này khi độ dài trung bỡnh của cỏc cỏ thể xấp xỉ với cỏ thể tối ưu, chỳng ta quan tõm về chất lượng của nhiễm sắc thể; vỡ lý do này, hai toỏn tử khỏc nhau đó được hỡnh thành.
Toỏn tử đầu tiờn dựa trờn toỏn tử cắt và ghộp nối [23]. Cho là số gen tạo nờn nhiễm sắc thể: Toỏn tử này cắt ngẫu nhiờn nhiễm sắc thể tương ứng với một trong điểm cú thể. Nếu một trong -1 điểm nối hai gen liờn tục được chọn, thỡ nhiễm sắc thể bị tỏch thành hai phần; ngược lại với xỏc suất 1/, khụng thay đổi. Hai, ba hoặc bốn đoạn nhiễm sắc thể của hai cỏ thể khỏc nhau được đặt trong ngăn xếp (stack); giai đoạn lai ghộp hoặc hợp hai phần tử đầu tiờn ở đỉnh ngăn xếp này theo cỏch này tạo nờn một con đơn nhất, hoặc cải biến mỗi phần
2
Như đó mụ tả, tiờu chuẩn kết thỳc khỏc ở dưới giỏ trị hiện tại.
(21)
C om m e nt [e c2 6 ]: R.Van den Boomgaard,
Mathem atical Morphology: E xtensions Com puter V ision, P hD thesis, U niversiteit A msterdam, 1992
C om m e nt [e c2 7 ]: R.Van den Boomgaard van Balen, “Methods f or fast Morphology Im ages Tranform s U sing B itm ap B inary
“ Com puter V ision, G raphic and Im age P rocessing: G raphic Modes and Im ages P rocessing, Vol.54. N o. 3, pp. 252-258, May 1992.
tử thành cỏ thể đầy đủ. Điều này chỉ ra cỏch mà số cỏ thể trong thế hệ theo sau cú thể được thay đổi. Vớ dụ được chỉ ra trong hỡnh 3.4a
Toỏn tử thứ hai đối ngẫu với toỏn tử trước: nú cố gắng cải thiện hệ số thớch nghi của bố mẹ bằng cỏch trộn cỏc nhiễm sắc thể của chỳng, tỡm kiếm khớa cạnh cải tiến nhỏ bằng phộp thử và sai. Một gen bao gồm bố đầu tiờn được tiờm
vào cỏc nhiễm sắc thể của bố khỏc, thay thế một trong cỏc gen của nú, do đú khụng làm thay đổi độ dài của nhiễm sắc thể mà chỉ biến đổi nội dung của nú. Thủ tục được thực hiện hai lần trao đổi vai trũ của hai cha. Số cỏc con được tạo ra luụn bằng 2, mặc dầu trong một vài trường hợp nú cú thể trựng với cha. Chẳng hạn trong hỡnh 3.4b (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.3.3.4.3. Toỏn tử so sỏnh:
ở giai đoạn này toỏn tử lựa chọn trong số cỏc bố mẹ và con những cỏ thể được chốn vào trong thế hệ tiếp theo. Sơ đồ dưới đõy dựa trờn sơ đồ đa số quyết định được trỡnh bày trong [24].
3.3.3.4.4. Toỏn tử di truyền một ngụi
Trong GA chuẩn, toỏn tử một ngụi là sự đột biến, nú chỉ đảo ngẫu nhiờn một hay nhiều bit của xõu biểu diễn nhiễm sắc thể. Mặt khỏc cài đặt của chỳng ta về phộp đột biến cú mục tiờu chủ yếu là chốn lại cỏc gen đó bị bỏ trước đú và những gen bị mất; tiờu biểu đõy là trường hợp phõn hoạch nhỏ mà sự đúng gúp của nú để cải thiện hệ số thớch nghi bị đỏnh giỏ thấp trong pha thực hiện trước. Đúng gúp này cú thể là cần sau này để đạt được phủ của toàn bộ B. Gen được rỳt ra từ mảng gen (chứa tất cả cỏc gen cú thể) và được lưu trữ trong bộ nhớ để cho mỗi gen được lựa chọn theo chu kỳ. Hai toỏn tử đó được tạo:
Hỡnh 3.4 Vớ dụ về cắt và ghộp nối. (a) Lai ghộp thay thế. (b) Cỏc toỏn tử
C om m e nt [e c2 8 ]: S.S W ilson, “ Theory Matrix Morphology,” IE E E Transactions on P attern A nalysis and Machine Intelligence;
Đột biến 1: Toỏn tử này so sỏnh mỗi gen tạo ra nhiễm sắc thể của cỏc cỏ thể với gen g của mảng. Gen g thay thế một gen giống nhất trong chuỗi, đú là gen làm cực đại phần giao giữa hai gen như vớ dụ dưới đõy.
Đột biến 2: Toỏn tử này buộc gen g phải được tớnh đến việc loại bỏ cỏc gen trựng lờn nú. Nú cú thể làm cho kộm thớch nghi nhưng nú cú lợi để tăng sự đa dạng của nhiễm sắc thể như trong vớ dụ dưới đõy:
1-p2 1-p3
1-p1
p1 p2 p3
Y
N
Việc xử lý đầy đủ được chỉ ra trong hỡnh 3.5 nơi cú sự lựa chọn đơn giản (mà nú khụng sử dụng sơ đồ thi đấu (Tournament scheme) được thờm vào. Cú thể duyệt đồ thị theo 23con đường và quyết định được tạo ra tương ứng với cỏc giỏ trị xỏc suất tương ứng p1, p2, p3. Cỏc tham biến này được tớnh toỏn từ đầu của mỗi thế hệ xuất phỏt từ tham biến mụ tả tỡnh trạng của thế hệ hiện tại; chỳng cú thể được xem như cỏctham biến thớch nghi [26].
Hỡnh 3.5. Một sơ đồ tỏi tạo của việc xử lý thế hệ: ở mỗi thế hệ cỏc cỏ thể được ghộp thành cặp, và với từng giỏ trị xỏc suất tương ứng cỏ thể p1, p2 và p3, lựa chọn, cỏc toỏn tử di truyền hai ngụi và cỏc toỏn tử một ngụi được ỏp dụng. Đó Định giỏ? Cắt & nối Thay thế lai ghộp Đỏm đụng xỏc định Con chỏu Đột biến 1 Đột biến 2 Lựa chọn thi đấu Lựa chọn đơn giản C om m e nt [e c2 9 ]: X. Zhuang and R.M> Haralick, “ Morphology Structuring E lem ent D ecom position.” Computer Vision, Graphic Image P rocessing, Vol. 35, pp. 370-382, Sept.1986
(22)