Számítógépes döntéstámogatás. Genetikus algoritmusok

Hasonló dokumentumok
Evolúciós algoritmusok

Algoritmusok Tervezése. 9. Előadás Genetikus Algoritmusok Dr. Bécsi Tamás

Universität M Mis is k k olol cic, F Eg a y kultä etem t, für Wi Gazda rts ságcha tudfts o w máis n s yen i scha Kar, ften,

Genetikus algoritmusok

Intelligens Rendszerek Elmélete. Párhuzamos keresés genetikus algoritmusokkal

értékel függvény: rátermettségi függvény (tness function)

Képrekonstrukció 9. előadás

Programozási módszertan. Mohó algoritmusok

Tartalomjegyzék. Tartalomjegyzék... 3 Előszó... 9

Informatikai Rendszerek Tervezése

Dr. habil. Maróti György

A genetikus algoritmus, mint a részletes modell többszempontú és többérdekű "optimálásának" általános és robosztus módszere

Számítógépes döntéstámogatás. Döntések fuzzy környezetben Közelítő következtetések

Intelligens Rendszerek Elmélete. Párhuzamos keresés genetikus algoritmusokkal. A genetikus algoritmus működése. Az élet információ tárolói

Képrekonstrukció 6. előadás

Genetikus algoritmusok az L- rendszereken alapuló. Werner Ágnes

Megkülönböztetett kiszolgáló routerek az

értékel függvény: rátermettségi függvény (tness function)

Hidraulikus hálózatok robusztusságának növelése

Heurisztikák algoritmusok ütemezési problémákra. 1. Állapottér és a megoldások kezelése

HÁLÓZATSZERŰEN MŰKÖDŐ LOGISZTIKÁVAL INTEGRÁLT TERMELÉSÜTEMEZÉS MEGOLDÁSA GENETIKUS ALGORITMUS ALKALMAZÁSÁVAL. OLÁH Béla

Osztott jáva programok automatikus tesztelése. Matkó Imre BBTE, Kolozsvár Informatika szak, IV. Év 2007 január

Mesterséges Intelligencia MI

Mesterséges Intelligencia. Csató Lehel. Csató Lehel. Matematika-Informatika Tanszék Babeş Bolyai Tudományegyetem, Kolozsvár 2007/2008

Számítógépes döntéstámogatás OPTIMALIZÁLÁSI FELADATOK A SOLVER HASZNÁLATA

Újrahasznosítási logisztika. 7. Gyűjtőrendszerek számítógépes tervezése

Keresés képi jellemzők alapján. Dr. Balázs Péter SZTE, Képfeldolgozás és Számítógépes Grafika Tanszék

Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Kar Informatikai Intézet Alkalmazott Informatikai Intézeti Tanszék

Számítógépes képelemzés 7. előadás. Dr. Balázs Péter SZTE, Képfeldolgozás és Számítógépes Grafika Tanszék

Adatbányászati szemelvények MapReduce környezetben

Amortizációs költségelemzés

Programozási segédlet

Evolúciós alapfogalmak, általános algoritmusok

Számítógép és programozás 2

Universität M Mis is k k olol ci c, F Eg a y kultä etem t, für Wi Gazda rts ságcha tudft o sw máis n s yen i scha Kar, ften,

A lineáris programozás alapfeladata Standard alak Az LP feladat megoldása Az LP megoldása: a szimplex algoritmus 2018/

A lineáris programozás alapfeladata Standard alak Az LP feladat megoldása Az LP megoldása: a szimplex algoritmus 2017/

Konjugált gradiens módszer

Követelmények Motiváció Matematikai modellezés: példák A lineáris programozás alapfeladata 2017/ Szegedi Tudományegyetem Informatikai Intézet

Követelmények Motiváció Matematikai modellezés: példák A lineáris programozás alapfeladata 2017/ Szegedi Tudományegyetem Informatikai Intézet

Felvételi tematika INFORMATIKA

angolul: greedy algorithms, románul: algoritmi greedy

Kereső algoritmusok a diszkrét optimalizálás problémájához

9. előadás. Programozás-elmélet. Programozási tételek Elemi prog. Sorozatszámítás Eldöntés Kiválasztás Lin. keresés Megszámolás Maximum.

Keresési algoritmusok, optimalizáció

Intelligens technikák k a

Algoritmizálás. Horváth Gyula Szegedi Tudományegyetem Természettudományi és Informatikai Kar

Ellenőrző kérdések. 36. Ha t szintű indexet használunk, mennyi a keresési költség blokkműveletek számában mérve? (1 pont) log 2 (B(I (t) )) + t

Multihalmaz, intervallumhalmaz

Intelligens technikák k a

Optimalizálás alapfeladata Legmeredekebb lejtő Lagrange függvény Log-barrier módszer Büntetőfüggvény módszer 2017/

HÁROM KÖR A HÁROMSZÖGBEN

Számítógép és programozás 2

Algoritmusok bonyolultsága

Algoritmusok Tervezése. 6. Előadás Algoritmusok 101 Dr. Bécsi Tamás

Programozási módszertan. Dinamikus programozás: A leghosszabb közös részsorozat

Evolúció. Dr. Szemethy László egyetemi docens Szent István Egyetem VadVilág Megőrzési Intézet

Evolúció. Dr. Szemethy László egyetemi docens Szent István Egyetem VadVilág Megőrzési Intézet

Gyártórendszerek Dinamikája. Gyártórendszerek jellemzése és szerkezete Gyártórendszerekkel kapcsolatos mérnöki feladatok

Mesterséges Intelligencia MI

Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Kar Informatikai Intézet Alkalmazott Informatikai Intézeti Tanszék

Adatmanipuláció, transzformáció, szelekció SPSS-ben

Kereső algoritmusok a diszkrét optimalizálás problémájához

Borgulya I. PTE KTK 1. Fuzzy-rendszerek. Fuzzy rendszerekről általában

Adatszerkezetek Adatszerkezet fogalma. Az értékhalmaz struktúrája

Szakdolgozat. Miskolci Egyetem. A genetikus algoritmus alkalmazási lehetőségei. Készítette: Biró Szilárd 5. Programtervező informatikus

Általános algoritmustervezési módszerek

Totális Unimodularitás és LP dualitás. Tapolcai János

Térinformatikai algoritmusok Elemi algoritmusok

Intelligens Rendszerek Elmélete. Versengéses és önszervező tanulás neurális hálózatokban

Ütemezési problémák. Kis Tamás 1. ELTE Problémamegoldó Szeminárium, ősz 1 MTA SZTAKI. valamint ELTE, Operációkutatási Tanszék

Függvények. Programozás alapjai C nyelv 7. gyakorlat. LNKO függvény. Függvények(2) LNKO függvény (2) LNKO függvény (3)

Programozás alapjai C nyelv 7. gyakorlat. Függvények. Függvények(2)

GROVER-algoritmus. Sinkovicz Péter. ELTE, MSc II dec.15.

Összetett programozási tételek Rendezések Keresések PT egymásra építése. 10. előadás. Programozás-elmélet. Programozás-elmélet 10.

Adatszerkezetek I. 7. előadás. (Horváth Gyula anyagai felhasználásával)

Algoritmusok és adatszerkezetek I. 1. előadás

Számítógépes döntéstámogatás. Fogalmakat is kezelni tudó számítógépes döntéstámogatás A DoctuS rendszer

Fuzzy-rendszerek. Fuzzy halmazm veletek. Fuzzy logika m veletek. Borgulya I. PTE KTK 2. 1.Fuzzy rendszerekr l általában

P 2 P ábra Az f(x) függvény globális minimuma (P 1 ) és egy lokális minimuma (P 2 ).

Bánsághi Anna 2014 Bánsághi Anna 1 of 68

Készítette: Trosztel Mátyás Konzulens: Hajós Gergely

Térinformatikai algoritmusok Elemi algoritmusok

Számítógépes döntéstámogatás. Bevezetés és tematika

Algoritmizálás, adatmodellezés tanítása 8. előadás

Felvételi vizsga mintatételsor Informatika írásbeli vizsga

Változók. Mennyiség, érték (v. objektum) szimbolikus jelölése, jelentése Tulajdonságai (attribútumai):

Regresszió. Csorba János. Nagyméretű adathalmazok kezelése március 31.

A szimplex algoritmus

TARTALOMJEGYZÉK. TARTALOMJEGYZÉK...vii ELŐSZÓ... xiii BEVEZETÉS A lágy számításról A könyv célkitűzése és felépítése...

További programozási esetek Hiperbolikus, kvadratikus, integer, bináris, többcélú programozás

Programozás alapjai 9. előadás. Wagner György Általános Informatikai Tanszék

Dr. Kalló Noémi. Termelés- és szolgáltatásmenedzsment. egyetemi adjunktus Menedzsment és Vállalatgazdaságtan Tanszék. Dr.

A sz.ot.ag. III. Magyar Számítógépes Nyelvészeti Konferencia december 8. Bíró Tamás, ELTE, Budapest / RUG, Groningen, NL 1/ 16

Adatszerkezetek 2. Dr. Iványi Péter

Megerősítéses tanulás 7. előadás

HÁZI FELADAT PROGRAMOZÁS I. évf. Fizikus BSc. 2009/2010. I. félév

Smalltalk 2. Készítette: Szabó Éva

Mesterséges Intelligencia alapjai

... S n. A párhuzamos programszerkezet két vagy több folyamatot tartalmaz, melyek egymással közös változó segítségével kommunikálnak.

Átírás:

BLSZM-10 p. 1/18 Számítógépes döntéstámogatás Genetikus algoritmusok Werner Ágnes Villamosmérnöki és Információs Rendszerek Tanszék e-mail: werner.agnes@virt.uni-pannon.hu

BLSZM-10 p. 2/18 Bevezetés 1950-60-as évek biológiai evolúció - mérnöki problémák - optimalizálási feladatok Darwini evolúciós elmélet Genetika Evolúciós módszerek Genetikus algoritmusok - John Holland (1975) Többpontos, párhuzamos keresés - robosztusság

BLSZM-10 p. 3/18 Optimalizációs feladatok az ellenállás meghatározása a mért áramerősség és feszültség segítségével a sebesség számítása a mért időből és a megtett távolságból a napi beosztások megtervezése két város között az optimális út megkeresése adott erőforrások mellett az eredmény maximalizálása adott gazdasági cél mellett a ráfordítás minimalizálása menükészítés

BLSZM-10 p. 4/18 Optimalizálási feladatok Az optimalizálási feladatok során egy adott halmazon (keresési tér, S) definiált függvény (fitnesz függvény, f) maximumhelyét (vagy minimumhelyét) keressük. Vannak hagyományos módszerek: hegymászó módszer (gradiens módszer) véletlen pontot választunk a keresési térben, szimulált lágyítás (szimulált lehűtés) véletlenszerűen választjuk meg a lépés irányát a keresési térben Evolúciós algoritmusok: evolúciós stratégia evolúciós programozás genetikus algoritmusok genetikus programozás

Általános evolúciós algoritmus pszeudó-kódja t := 0 {kezdeti idő beállítása} initpopulacio P t {kezdeti populáció létrehozása} fitneszszamit P t {fitneszértékek kiszámítása} while amíg nincs kész do P t := szulokivalasztas P t {szülők választása} keresztez P t {a szülők génjeinek keresztezése} mutacio P t {véletlen mutáció} fitneszszamit P t {az új fitnesz kiszámítása} P t+1 := tulelo(p t,p t) {az új populációba kerülnek az egyedek} t := t + 1 end while Az algoritmus konvergál. BLSZM-10 p. 5/18

BLSZM-10 p. 6/18 Genetikus algoritmusok 1975 John Holland a megoldásokat nem az eredeti feladatnak megfelelő formában tárolja - kromoszóma a műveleteket a kromoszómákon hajtjuk végre szelekció rekombináció mutáció egyedek fitneszértéke

BLSZM-10 p. 7/18 GA jellemzői több pontos keresést valósítanak meg flexibilisek robosztusak biztosítják, hogy elfogadható időn belül elfogadhatóan jó megoldást találjunk a problémának nem egy, hanem több különböző, közel optimális megoldását nyújthatja, amelyek közül a felhasználó kiválaszthatja a neki leginkább megfelelőt

A genetikus algoritmus működési sémája BLSZM-10 p. 8/18

BLSZM-10 p. 9/18 Az egyedek ábrázolási formája Bináris vektor Genotípus formát jelent Jelölje az (x 1,x 2,...,x n ) valós (egész) vektor az egyed tulajdonságait. Bináris ábrázolásban az egyed egy sztringként jelenik meg: x 1,x 2,...,x i,...,x n...00 11010111 01... az x i változó kódolt értékei

BLSZM-10 p. 10/18 Szelekció Rulett szelekció: Fitnesz arányos szelekció, amely az egyedeket fitnesz értékük abszolut értékének arányában választja ki a szelekciós állományból. Visszatevéses művelet Egy egyed kiválasztását a szelekciós valószínűség határozza meg: P(E i ) = f(e i) n j=1 f(e j) f a fitnesz függvény, E i (i = 1,...,n) az egyedek

BLSZM-10 p. 11/18 Rulett szelekció veszünk egy rulettet feleltessünk meg minden E i egyednek valamely kiindulási pontból folyamatosan egy-egy körszeletet generálunk egy [0, 1]-beli véletlen számot, a véletlen számot ívhossznak tekintjük azt az egyedet választjuk, amelynek körszeletében az ív végződik egy µ elemű szelekciós halmazból a választást µ-ször kell megismételni, amíg kialakul a szülők állománya A kiválasztott egyedek közt µ p(e i ) (i = 1,...,n) várható számú másolata lesz az E i egyednek.

BLSZM-10 p. 12/18 Versengő szelekció Az egyedek fitnesz értékeinek sorrendjét használja fel. Nem fog növekedni az egyed duplikációk száma. Több egyedből a legjobb fitnesz értékű egyedet választja ki. (Biológiai szelekciót modellezi.)

BLSZM-10 p. 13/18 Versengő szelekció Lépések: 1. Input: A szelekciós állomány E i elemei és f(e i ) fitnesz értékei (i = 1,..., n), tour paraméter 2. Output: A populáció a szelekció után (szülők állománya): E i (i = 1,..., n) 3. for i = 1 to µ do 4. for k = 1 to tour do 5. válasszunk egy j {1,..., n} indexet véletlenszerűen 6. T k = E j 7. od 8. E i = T j ha f(t j ) = max(f(t 1 ),..., f(t tour )) 9. od A kiválasztott egyedek közt µ p(e i ) (i = 1,..., n) várható számú másolata lesz az E i egyednek.

BLSZM-10 p. 14/18 Rekombináció szelekció után keletkező szülő állomány tartalmazhat ismétlődéseket részben vagy egészben azonos lehet a populációval kettő-több szülő felhasználásával képez utódot (jellemzően kettőből egyet vagy kettőt) célja: a szülőkből minél jobb, újabb megoldások összeállítása az átvett, "örökölt" tulajdonságok alapján formáját befolyásolja a változók típusa és a problémák sajátosságai P r 0,7

BLSZM-10 p. 15/18 Bináris sztringek rekombinációja Egypontos keresztezés két szülőből két utód véletlenszerűen választunk keresztezési pontot az {1,2,...,L 1} pozíciók közül Többpontos keresztezés két szülőből két utód n számú keresztezési pontot választunk a kapott keresztezési pontokat növekvő sorrendbe rendezzük, majd a megfelelő, egymás után következő keresztezési pontok közti bitsorozatokat rendre más-más szülőtől választjuk

BLSZM-10 p. 16/18 Mutáció A rekombináció nem alkalmas finom közelítések megvalósítására. A mutáció az utód közvetlen környezetében keres jobb megoldásokat. P m 0,01 Bináris típusú változók mutációja az egyed egy bitsorozat, melynek egyes bitjeit mutációval változtatjuk a mutáció egy x i változónál a következő: z i = { x i,ha Rnd > P m 1 x i,ha Rnd P m

BLSZM-10 p. 17/18 Az EA ciklus kialakítása stratégiai paraméterek megadása populáció mérete a rekombináció alkalmazásának P r valószínűsége a mutáció alkalmazásának P m valószínűsége az utódképzési ráta értéke a visszahelyezési ráta értéke kezdő populáció kialakítása véletlenszerű előállítás előző feladat eredményeinek felhasználása korábbi eredmények módosított felhasználása

BLSZM-10 p. 18/18 Az EA ciklus kialakítása megállási feltétel maximális generációszám elérése maximális futási idő elérése adott idő alatt nem javul a megoldás minősége hasonlóak az egyedek előre adott érték megközelítése fitnesz kiértékelés A problémák legtöbbjénél ismerünk egy célfüggvényt, amely az értelmezési tartomány, azaz a keresési tér pontjaihoz egy valós számot vagy vektort rendel. Az esetek többségében a fitneszfüggvényt azonosnak választjuk a célfüggvénnyel. Sokszor nincs célfüggvényünk és a fitneszfüggvény megfogalmazása a probléma megoldásának egyik fontos kulcseleme. Konkrét formája függ a reprezentációtól.