M Chương 9: Cáo Bài Tốn Tối Ưu Tổ Hợp Khác
biến hĩa GA.”
9.4. Vạch lộ trình cho rơbơ đi chuyển
"Tìm đường là một khoa học (hay một nghệ thuật) hướng dẫn lộ trình cho rộbơ di chuyển qua mơi trường. Vốn cĩ trong tất cả các kế
hoạch tìm đường là mong muốn đến đích mà khơng bị lạc hay va vào
những đối tượng khác.
248
Tối Ưu Tổ Hợp /M
Thơng thường, một lộ trình được lập trước để rơbơ đi theo, đường đi này cĩ thể đẫn đất rốbơ đến đích của nĩ, ta coi như mơi trường rơbơ đi động đã được biết rõ hồn tồn và khơng thay đổi, và
rơbơ cĩ thể đi-theo một cách hồn hảo, Các bộ vạch lộ trình ban đâu lä các bộ lập kế hoạch trước) hoặc chỉ thích hợp với việc vạch lộ trình trước như vậy. Tuy nhiên, các hạn chế của việc vạch lộ trình trước dẫn dắt các nhà nghiên cứu tìm hiểu việc vạch lộ trình nội tại, phụ thuộc vào trị thức thu được từ việc cảm nhận mơi trường cục bộ để xử lý các chướng ngại chưa biết khi rơbơ băng qua mơi trường.
Chương trình tiến hĩa được mơ tả ở đây, nghĩa là bệ Tìm
Đường Tiến Hĩa (EN), đồng nhất việc vạch lộ trình trước và nội tại
với một-bản để đơn giản cĩ độ trung thực cao và một thuật giải vạch
lộ trình hiệu quả. Phản đâu của thuật giải (bộ vạch lộ trình bên ngồi) tìm lộ trình tồn cục tối ưu từ khởi điểm đến dích, trong khi
phần thứ hai (bộ vạch lộ trình nội tại) cĩ trách nhiệm xử lý những
va chạm cĩ thể xảy ra hay những vật thể chưa được biết trước bằng
cách thay một phần của lộ trình tồn cục gốc bằng một hành trình con tối ưu. Cần chỉ rõ rằng cả hai phần của EN đều cùng một thuật giải tiến hĩa với các giá trị tham số khác nhau. Trong những năm
gắn đây, nhiều nhà nghiên cứu khác đã thử nghiệm với những kỹ
thuật tính tốn máy tiến hĩa cho bài tốn vạch lộ trình. Davidor đã
sử dụng cấu trúc động của nhiễm sắc thể và một tốn tử lai được hiệu chỉnh để tối ưu hĩa một số tiến trình thế giới thực (kể cả ứng dụng về lộ trình rơbơ). Cịn cĩ một thuật giải di truyền khác dành cho bài tốn vạch lộ trình, kể cả các thuật giải di truyền sử dụng chiến lược tìm kiếm đa-heuristic. Cả hai cách tiếp cân đều chấp nhận việc cĩ bản để định nghĩa trước gồm cĩ các điểm nút. Các nhà
nghiên cứu khác đã sử đụng hệ thấng bộ phân loại hoặc lập trình di
truyền để tiếp cận bài tốn vạch lộ trình. Cách tiếp cận của chúng La là duy nhất theo nghĩa là phương pháp Tìm Đường Tiến Hĩa (1) điều hành trong tồn bộ khơng gian trống và khơng tạo bất cứ một giả
Chương 9 : Các Bài Tốn Tối Ưu Tổ Hợp Khác
định trước nào về các điểm thắt nút khả thi trong lộ trình và (2) kết
hợp các thuật giải vạch kế hoạch trước với kế hoạch nội tại.
Trước khi giải thích chỉ tiết thuật giải này, trước hết ta hãy giải thích cấu trúc bản đổ. Nhằm hỗ trợ việc tìm kiếm lộ trình trong
khơng gian trống, liên tục và tồn vẹn, các đồ thị đỉnh được sử dụng để biểu điễn các đối tượng trong mơi trường. Hiện tại, ta giới hạn
mơi trường là khơng gian hai chiều chỉ cĩ các vật thể đa giác và chỉ
cĩ các chuyển động của rơbơ là được phiên dịch. Do đĩ, rơbơ cĩ thể
eo lại thành một điểm trong khi các vật thể trong mơi trường lại theo đĩ mà “lớn lên”. Một rơbơ di động được trang bị bằng các thụ
quan siêu âm (như rơbơ Denning). Một vật thể đã biết được biểu diễn
bằng danh sách thứ tự (theo chiều kim đồng hổ) các đỉnh của nĩ.
Các chướng ngại chưa biết gặp trên đường đi được mơ hình hĩa bằng các mảng “tường”, mà mỗi mảng “tường” là một đoạn thẳng và được biểu diễn bởi danh sách các điểm nút. Biểu diễn này cũng phù hợp với biểu diễn của những vật thể đã biết, trong khi nĩ cũng cung cấp sự kiện là thơng tin từng phần về một chướng ngại chưa biết cĩ thể nhận được bằng cách cảm nhận tại một vị trí cụ thể. Cuối cùng, tồn
bộ mơi trường được định nghĩa là một vùng chữ nhật.
Bây giờ là lúc cần phải định nghĩa các lộ trình mà EN phát sinh. Một lộ trình gồm một hoặc nhiều đoạn thẳng, với vị trí khởi điểm, vị trí đích, và (cĩ thể) các giao điểm của hai đoạn kê định
nghĩa các nút. Một lộ trình hợp lệ chỉ gồm các nút hợp lệ. Một lộ
trình khơng hợp lệ cĩ ít nhất 1 nút khơng hợp lệ. Giả sử cĩ một lộ
trình ø <m;, mạ,.... mạ> (n > 2), với mị Và mụ lần lượt biểu thị nút
khởi điểm và nút đích. Một nút ?n, (¡ = L,..., n —L) khơng hợp lệ nếu nĩ khơng thể nối với nút kế tiếp m¿.; do các chướng ngại vật, hay nĩ
được định vị bên trong (hoặc quá gần với) một chướng ngại vật nào đĩ. Ta giả sử rằng các nút khởi điểm và đích được đặt ngồi các chướng ngại vật và cũng khơng quá gần chúng. Nhưng chú ý là nút
khởi điểm khơng cần hợp lệ (nĩ khơng cần phải nối với nút kế tiếp)
250
Tối Ưu Tổ Hợp [1
trong khi nút đích phải luơn luơn hợp lệ. Cũng chú ý rằng những lộ
trình khác nhau cĩ thể cĩ các số nút khác nhau. Giờ ta sẵn sàng để hiểu thủ tục EN (hình 9.1) “Thủ tục tìm đường tiến hĩa
Bắt đầu
Bắt đầu bộ vạch lộ trình bên ngồi lấy bản để
nhận được tác vụ
thực hiện việc lập kế hoạch:
đường đi hiện hành « FEG (xuất phát, đích}
Kết thúc bộ vạch lộ trình bên ngồi
Nếu đường đi hiện hành là hợp lệ Thì Bắt đầu bộ vạch lộ trình bên trong
Lặp