تبلیغات
برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات. - 132-بهینه سازی کلونی مورچه یاAnt Colony Optimization"ACO

برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات.

دایره المعارف تاسیسات برق (اطلاعات عمومی برق)

الگوریتم بهینه سازی کلونی مورچه ها ACOبه وسیله ی Marco Dorigoدر پایان نامه ی دکترایش معرفی شد،روشی مبتنی بر احتمال برای حل مسائل الگوریتمی که می تواندبرای مسیری در گراف به خوبی مقدار کمینه را ارائه دهد.این روش از رفتار مورچه ها در پیدا کردن مسیری از خانه به سمت غذا ، الهام گرفته شده است.

مرور

در جهان واقعی مورچه ها{در ابتدا}به صورت تصادفی سرگردان هستند ، و به محض پیدا کردن غذا با به جای گذاشتن ردی از فرمون به سوی کلونی خود باز می گردند. اگر دیگر مورچه ها این ره{علامت گذارده شده با فرمون} را پیدا می کردند،خوشبختانه مجبور نبودندبه جستجوی تصادفی خود ادامه دهند، و در عوض دنبال کردن رد {فرمون} وبازگشت به خانه{از همان مسیر رفتن}، باعث تقویت رد فرمون میشود و این در صورتی است که در انتهای مسیر غذایی موجود باشد.


در هر صورت ، پس از مدتی رد فرمون شروع به بخار شدن می کند، بدین سان نیروی جذب کننده اش کاهش میابد. زمان زیادی طول می کشد تا یک مورچه مسیر را به طور کامل طی کند ودوباره باز گردد ، پس زمان بیشتری طول می کشد تا فرمون تبخیر شود.

یک را ه کوتاه در مقایسه با یک راه طولانی سریعتر پیموده می شود و بنا براین بقایای فرمونکه روی زمین باقی مانده ، به سرعت تبخیر می شود. تبخیر فرمون یک مزیت است چون از همگرایی به راه حل بهینه نسبی پیشگیری می کند. اگر هیچ گاه تبخیری رخ نمی داد،مسیر انتخابی مورچه های اولیه ، همین طور برای مورچه های پیرو خیلی جذب کننده باقی می ماند . در این صورت جستجوی فضای راه حل ها نیاز مند اعمال فشار {دستکاری} از خارج{انسان}است.


پس هنگامی که یک مورچه راه خوب(کوتاهی)از کلونی به منبع غذا پیدا کند، دیگر مورچه ها خوشبختانه از آن مسیر پیروی می کنند و باز خورد مثبت{تقویت اثر شیمیایی فرمون}سرانجام همه ی مورچه ها را به پیروی از آن مسیر هدایت می کند.

ایده ی الگوریتم کلونی مورچه این رفتار را با "مورچه های شبیه سازی شده"، پیرامون گرافی که مسئله را نمایش می دهد، تقلید می کند تا مسئله را حل کند.


الگوریتم بهینه سازی کلونی مورچه برای تولید راه حل های نزدیک به بهینه در مسئله ی "فروشنده دوره گرد"{traveling salesman problem} استفده می شود.
این الگوریتم نسبت به genetic algorithm و simulated annealing در حالتی که گراف ممکن است به صورت دینامیک تغییر کند، در روش نزدیک شدن به راه حل بهینه دارای مزیت است.
اگوریتم مورچه می تواند بطور پیوسته و اجرا شود و در لحظه{ real time} با تغییرات مطابقت پیدا کند.

این ویژگی باعث شده است که اگوریتم مورچه مورد علاقه ی حل کنندگان مسائل مربوط به مسیر یابی شبکه و یا سیستم های حمل و نقل شهری باشد.


به عنوان مثال ، شرکتی به نام "آمریکن ایر لیکوئید"در هوستون، راهبرد مورچه ها را در راستای مدیریت پیچیده ی بازرگانی به کار برده است. این شرکت ، گاز های صنعتی و پزشکی تولید می کند. بخش بزرگی از تولیدات این شرکت شامل نیتروژن، اکسیژن و هیدروژن است. این گاز ها در 100 منطقه از ایلات متحده تولید می شوند و از طریق خطوط لوله ، قطار و 400 دستگاه کامیون ، به شش هزار جایگاه ارسال می شوند.به علاوه نوسانات قیمت انرژی در برخی مناطق به پیچیدگی مسئله توزیع می افزاید.(در بعضی مناطق تگزاس قیمت برق هر 15 دقیقه تغییر می کند.)


"چارلز هارپر" سرپرست سیستم عرضه ی انرژی دراین شرکت ، می گوید"هم اکنون قیمت برق مصرفی برای صنایع به ازای هر مگاوات 44دلار است، در حالی که شب گذشته قیمت آن به 64 دلار افزایش یافته بود. دوشنبه هفته گذشته نیز با ورود توده هوای سرد، قیمت هر مگاوات برق مصرفی به 210 دلار رسید."


بنابراین شرکت به راهی نیاز داشت تا کلیه نوسانات را در نظر بگیرد.

این شرکت با همکاری یک گروه متخصص هوش مصنوعی به نام "BIOS" ، یک مدل رایانه ای براساس الگوریتم رفتار مورچه ها ایجاد کرده است. "هارپر" توضیح میدهد:"ما برنامه ای ایجاد کردیم که در آن میلیون ها مورچه نرم افزاری برای یافتن بیشترین فرمون مشغول کار می شوندتا در واقع مسیر مناسبی برای حرکت کامیون ها ی شرکت انتخاب شود."


مورچه ها به روش موثری در پیدا کردن بهترین مسیر دست یافته اند، چرا ما از روش مورچه ها پیروی نکنیم؟
به همین دلیل شرکت ، رویکرد مورچه ها را با انواع تکنیک های هوش مصنوعی درآمیخت تا بتواند تمام تغییرات برنامه ی زمان بندی نیروگاه ها، وضع آب وهوا و مسیر کامیون ها را در نظر داشته باشد.

به این ترتیب میلیون ها تصمیم احتمالی و نتایج حاصل ازآنها در طول یک روز ، پیش بینی تقاضای مشتریان و هزینه های تولید در هر شب، به عنوان اطلاعات اولیه وارد برنامه میشود.


هارپر می گوید:"حتی با فقوی ترین رایانه هایی که در اختیار داریم ، اجرای این برنامه بیش از 4 ساعت طول میکشد اما هر روز ساعت6 صبح نتیجه حاصل از اجرای برنامه راه حلی را یش روی ما می گذارد تا بتوانیم مدیریت صحیحی را داشته باشیم."


کلمات کلیدی: Ant Colony Optimization ,Swarm Intelligence

http://it.ilearn.ir/index.php?topic=48.0;wap2


تحقیقات انجام شده در دانشگاه آریزونا نشان می‌دهد مورچه‌ها می‌توانند عملی را عقلانی‌تر از انسان‌ها انجام دهند.

این به آن معنا نیست كه مورچه‌ها عاقل‌‌تر از انسان‌ها هستند. انسان‌ها و حیوانات زمانی كه در شرایط سخت و چالش‌برانگیز قرار می‌گیرند، ممكن است انتخاب‌های نادرست و نامعقولی انجام دهند.

این پارادوكس در مورچه‌ها در نتیجه جبری آشكار صورت می‌گیرد، چراكه هر مورچه به تنهایی شناختی از یك انتخاب دارد و انتخاب انجام شده از سوی مجموعه‌ای كولونی به صورت خود سازمان یافته و در نتیجه تعامل بین تعداد زیادی مورچه با آگاهی محدود صورت می‌گیرد.

پژوهشگران با آزمایش فرآیند انتخاب لانه در مورچه‌ای به نام Temnodorax Curvispinosus به این نتایج دست یافته‌اند.

این مورچه‌ها در حفره‌های كوچكی به اندازه یك بلوط زندگی می‌كنند و مهارت زیادی در یافتن مكان‌های جدید برای بیتوته كردن دارند. هنگامی كه 2 مكان برای انتخاب با مزایای بسیار نزدیك به هم پیدا كردند، كولونی به بحث می‌نشیند و بهترین را انتخاب می‌كند.

آنچه محققان در این تصمیم‌گیری جمعی یافته‌اند، این است كه نبود انتخاب‌های فردی در نهایت به نتیجه‌ای دقیق‌تر منجر می‌شود و امكان تصمیم‌گیری اشتباه فردی را به حداقل می‌رساند و این یعنی «استفاده ازخرد جمعی در مورچه‌ها.»

اساسا ما انسان‌ها فكر می‌كنیم كه داشتن امكان انتخاب‌های فردی، استراتژی‌ها و روش‌های متفاوت همیشه سودمند است. اما زمانی كه وی بین گزینه‌های مختلف به مقایسه مستقیم می‌پردازد، احتمال وجود یك تصمیم غیرمنطقی و نامعقول افزایش می‌یابد.

مطالعه این‌كه چرا و چگونه تصمیم نامعقولی رخ می‌دهد، می‌تواند نگرشی جدید درباره مكانیسم‌های شناختی و محدودیت‌ها به ما دهد و راهنمای مناسبی در توسعه و پیشرفت هوش مصنوعی باشد.

یكی از ایده‌های مهم در علوم رباتیك این است كه هر ربات به تنهایی ماشین ساده‌ای است اما می‌توان از آن و در سایه به كارگیری گروهی به نتایج هوشمندانه و پیچیده‌ای برسیم.

توانایی كار با سیستم‌های مصنوعی بدون اعمال كنترل مركزی پیچیده، مورد نظر بسیاری از كارشناسان این رشته است و این ایده كه محدودیت در سطوح فردی می‌تواند بالقوه در سطوح گروهی و تیمی مفید و قابل استفاده باشد.

محققان معتقدند؛ وجود محدودیت‌های استراتژیك در آگاهی‌های فردی می‌تواند باعث افزایش كارآیی یك گروه پیچیده و بزرگ كه سعی در انجام دادن برخی كارها به صورت جمعی هستند شود.




گروهی از دانشمندان اتریشی در بررسیهای خود دریافتند که مورچه ها در کلونی های خود پزشک دارند که بچه های آنها را واکسیناسیون می کند.

در یک کلونی مورچه ها زمانی که نقش هر یک از اعضا مشخص می شود کسی نیز شغل پزشکی را انتخاب می کند.

در واقع این شغل یک نقش عمومی نیست که تمام اعضا توانایی انجام آن را داشته باشند، بلکه پزشک مورچه ها متخصص بیماریهای عفونی و واگیردار است.

این پزشک در واقع یک مورچه بیمار است که در سراسر کلونی می چرخد و از آن درمان بیماریها برای سایر مورچه ها گرفته می شود.

دانشمندان موسسه علم و فناوری اتریش در وین با کشف این اثر از آن به عنوان نوعی واکسیناسیون یاد کرده اند که در حفظ سلامت کل خانواده مورچه ها نقش بسیار مهمی ایفا می کند.

برای درک بهتر اینکه این سیستم بهداشتی بسیار موثر تا چه حد در داخل لانه مورچه ها اهمیت دارد کافی است که جایی مثل یک کلان شهر شلوغ و پرجمعیت را تصور کنید که در آن خطر ابتلا به یک همه گیری بسیار بالا است و یک عفونت احتمالی می تواند به تمام شهروندان سرایت کند.

به گفته این محققان، مورچه ها در مواجهه با عوامل بیماریزا به بهترین روش یعنی به صورت تیمی واکنش نشان می دهند.

درحقیقت، مورچه ها دارای یک سیستم ایمنی دسته جمعی هستند که شامل یک سری از رفتارهای بهداشتی گروهی است که تغییر در بسامد تماسهای متقابل را پیش بینی می کند.

این مطالعه جدید نشان می دهد که این حشرات در مبارزه با بیماریها علاوه بر سیستم ایمنی ذاتی خود (سیستم ایمنی که هر فرد در بدن خود دارد) با واکسیناسیون عمومی و ساخت یک سیستم ایمنی دسته جمعی از خود در برابر بیماریها محافظت می کنند. 

این واکسیناسیون زمانی شروع می شود که یک عضو کلونی به یک عامل بیماریزا آلوده می شود. همراهانش تحت راهنمایی یک حس مشارکت عمومی تا آنجا که می توانند از آن دوری می کنند و سعی می کنند آن را درمان و عامل بیماریزا را از سطح بدن خود دور کنند.

این شکل همکاری که احتمال نجات بیمار را افزایش می دهد به طور اجتناب ناپذیری مورچه های پرستار و در نهایت تمام اجتماع را در معرض بیماری قرار می دهد.

این دانشمندان به منظور دستیابی به این نتایج، چند مورچه را به یک عفونت قارچی که از طریق فلورسانت قابل ردیابی بود آلوده کردند.

پس از یک دوره مشخص، مشاهده کردند که قارچ در تمام محیط زندگی مورچه ها پراکنده شده است اما به دلیل پراکندگی بالا و حداکثر خرده- عفونتها تمرکز بیماری کاهش یافت و به سختی به یک بیمار مرگبار و مهلک تبدیل شد.

برپایه برخی از تحلیلهای میکروبیولوژیکی، محققان دریافتند که در مورچه های آلوده، ژنهای متخصص ایمنی که برای ارگانیسم در ضعیف کردن قارچ بیماریزا بسیار مفید هستند در حداکثر بیان خود قرار دارند.

برپایه مدلهای ریاضی، ایمنی که کلونی با این سیستم واکسیناسیون عمومی به دست آورده است به تمام اعضای گروه اجازه می دهد که به سرعت دوره عفونت را پشت سر بگذارند.

صفحات جانبی

نظرسنجی

    لطفاً نظرات خود را درمورد وبلاگ با اینجانب در میان بگذارید.(iman.sariri@yahoo.com)نتایج تاکنون15000مفید و 125غیرمفید. با سپاس


  • آخرین پستها

آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :