عنوان پروژه: الگوریتم رقابت استعماری(استراتژی بهینه سازی مبتنی بر تکامل اجتماعی سیاسی)

فرمت فایل: word

تعداد صفحات: 133

شرح مختصر:

الگوريتم هاي بهينه‌سازي الهام گرفته از طبيعت به عنوان روشهاي هوشمند بهينه‌سازي در کنار روش‌هاي کلاسيک موفقيت قابل ملاحظه‌اي از خود نشان داده‌اند. از جمله اين روش‌ها مي‌توان به الگوريتم‌هاي ژنتيک[1] (الهام گرفته از تکامل بيولوژيکي انسان و ساير موجودات)، بهينه‌سازي کلوني مورچه‌ها[2] (بر مبناي حرکت بهينه مورچه‌ها) و روش بازپخت شبيه‌سازي شده[3] (با الهام‌گيري از فرايند تبريد فلزات) اشاره نمود. اين روش‌ها در حل بسياري از مسائل بهينه‌سازي در حوزه‌هاي مختلفي چون تعيين مسير بهينه عامل‌هاي خودکار، طراحي بهينه کنترل کننده براي پروسه هاي صنعتي، حل مسائل عمده مهندسي صنايع همانند طراحي چيدمان بهينه براي واحدهاي صنعتي، حل مسائل صف و نيز در طراحي عامل‌هاي هوشمند استفاده شده‌اند.

الگوريتم‌هاي بهينه‌سازي معرفي شده، به طور عمده الهام گرفته از فرايند‌هاي طبيعي مي‌باشند و در ارائه اين الگوريتم‌ها به ساير نمودهاي تکامل انساني توجهي نشده است. در اين نوشتار الگوريتم جديدي براي بهينه‌سازي مطرح مي‌‌شود که نه از يک پديده طبيعي، بلکه از يک پديده اجتماعي – انساني الهام گرفته است. بطور ويژه اين الگوريتم به فرايند استعمار، به عنوان مرحله‌اي از تکامل اجتماعي – سياسي بشر نگريسته و با مدل‌سازي رياضي اين پديده تاريخي، از آن به عنوان منشأ الهام يک الگوريتم قدرتمند در زمينه بهينه‌سازي بهره مي‌گيرد. در مدت کوتاهي که از معرفي اين الگوريتم مي‌گذرد، از آن براي حل مسائل بسياري در حوزه بهينه‌سازي استفاده شده است. طراحي چيدمان بهينه براي واحد‌هاي صنعتي، آنتن‌هاي مخابراتي هوشمند، سيستم‌هاي پيشنهاددهنده هوشمند و نيز طراحي کنترل کننده بهينه براي سيستم‌هاي صنعتي شيميايي تعدادي معدود از کاربردهاي گسترده اين الگوريتم در حل مسائل بهينه‌سازي مي‌باشد.

فهرست مطالب

1 مقدمه......................................................................... 1-2

1-1 هدف و اهميت مسئله:...................................... 1-2

1-2 الگوريتم توسعه داده شده:...................... 1-3

1-3 مزاياي الگوريتم توسعه داده شده:.. 1-5

1-4 ساختار پايان‌نامه............................................ 1-6

2بهينه‌سازي و روشهاي موجود........................................ 2-3

3 استراتژي بهينه‌سازي مبتني بر تکامل اجتماعي‌ـ‌سياسي 3-5

3-1 مقدمه........................................................................... 3-5

3-2 مروري تاريخي بر پديده استعمار........ 3-6

3-2-1 هند......................................................................... 3-8

3-2-2 مالزي................................................................... 3-9

3-2-3 هند و چين فرانسه.......................................... 3-9

3-2-4 هند شرقي (اندونزي)............................. 3-10

3-3 الگوريتم پيشنهادي....................................... 3-11

3-3-1 شکل دهي امپراطوري‌هاي اوليه...... 3-13

3-3-2 مدل‌سازي سياست جذب: حرکت مستعمره‌ها به سمت امپرياليست...................... 3-17

3-3-3 جابجايي موقعيت مستعمره و امپرياليست 3-19

3-3-4 قدرت کل يک امپراطوري....................... 3-20

3-3-5 رقابت استعماري........................................ 3-20

3-3-6 سقوط امپراطوري‌هاي ضعيف................. 3-23

3-3-7 همگرايي........................................................... 3-24

3-4 مثال کاربردي..................................................... 3-25

3-5 نتيجه‌گيري.............................................................. 3-30

3-6 توابع هزينه مورد استفاده.................... 3-31

4پياده‌سازي هاي انجام شده........................................... 4-3

4-1 استفاده از الگوريتم معرفي شده براي طراحي يک کنترل‌کننده PID بهينه 4-3

4-1-1 کنترل‌کننده PID............................................ 4-3

4-1-2 طراحي کنترل‌کننده PID بهينه توسط الگوريتم رقابت استعماري..................... 4-5

4-1-3 نتيجه‌گيري...................................................... 4-10

4-2 استفاده از الگوريتم رقابت امپرياليستي براي طراحي کنترل‌کننده PID چند متغيره براي سيستم صنعتي ستون تقطير 4-10

4-2-1 مقدمه................................................................. 4-10

4-2-2 کنترل‌کننده PID براي فرايند چند متغيره 4-11

4-2-3 نتايج شبيه‌سازي........................................ 4-13

4-2-4 نتيجه‌گيري...................................................... 4-20

4-3 الگوريتم رقابت استعماري؛ ابزاري براي يافتن نقطه تعادل نش 4-20

4-3-1 يک بازي غير خطي استاتيک ساده. 4-20

4-3-2 يک بازي با پيچيدگي بيشتر............ 4-22

4-4 طراحي بهينه آنتهاي آرايه‌اي.............. 4-24

4-5 استفاده از الگوريتم رقابت استعماري براي شناسايي ويژگي مواد از آزمون فرورفتگي4-26

4-5-1 مقدمه................................................................. 4-26

4-5-2 توصيف مسئله معکوس............................... 4-27

4-5-3 حل مسئله معکوس توسط الگوريتم رقابت استعماري4-28

4-5-4 نتيجه‌گيري...................................................... 4-31

4-6 کنترل فازي اتومبيل.................................... 4-31

4-6-1 مدل اتومبيل................................................ 4-31

4-6-2 نتايج................................................................. 4-33

5 خلاصه، نتيجه‌گيري و پيشنهادات.................................... 5-3

6 مراجع........................................................................ 6-2

پيوست: جعبه‌ابزار بهينه‌سازي تهيه‌شده........................................ 3

بيان مسئله................................................................................... 5

تنظيم پارامتهاي الگوريتم............................................ 5

نمايش نتايج................................................................................ 7

انتخاب شيوه نمايش............................................................... 7

پيوست: مقالات مستخرج........................................................... 3

مقالات ژورنال............................................................................. 4

مقالات کنفرانس.......................................................................... 5

فهرست شكل‌ها

شكل ‏1‑1: شماي کلي الگوريتم رقابت استعماري............................................. 1-4

شكل ‏1‑2: حرکت مستعمرات به سمت امپرياليست (سياست جذب).................... 1-4

شكل ‏1‑3: شماي کلي رقابت استعماري.......................................................... 1-5

شكل ‏3‑1: اعمال سياست جذب از طرف استعمارگران بر مستعمرات................... 3-8

شكل ‏3‑2: فلوچارت الگوريتم پيشنهادي........................................................ 3-12

شكل ‏3‑3: اجزاي اجتماعي سياسي تشکيل دهنده يک کشور............................ 3-14

شكل ‏3‑4: چگونگي شکل‌گيري امپراطوري‌هاي اوليه....................................... 3-16

شكل ‏3‑5: شماي کلي حرکت مستعمرات به سمت امپرياليست......................... 3-17

شكل ‏3‑6: حرکت واقعي مستعمرات به سمت امپرياليست................................ 3-18

شكل ‏3‑7: تغيير جاي استعمارگر و مستعمره................................................... 3-20

شكل ‏3‑8: کل امپراطوري، پس از تغيير موقعيت‌ها.......................................... 3-20

شكل ‏3‑9: شماي کلي رقابت استعماري: امپراطوري‌هاي بزرگ‌تر، با احتمال بيشتري، مستعمرات امپراطوري‌هاي ديگر را تصاحب مي‌کنند................................................. 3-21

شكل ‏3‑10: سقوط امپراطوري‌ ضعيف؛ امپراطوري شماره 4، به علت از دست دادن کليه مستعمراتش، ديگر قدرتي براي رقابت ندارد و بايد از ميان بقيه امپراطوري‌ها حذف شود........ 3-25

شكل ‏3‑11: شبه کد مربوط به الگوريتم رقابت استعماري................................. 3-25

شكل ‏3‑12: شماي کلي الگوريتم توسعه داده شده........................................... 3-26

شكل ‏3‑13: نمايش سه بعدي از تابع مسئله ............................................... 3-27

شكل ‏3‑14: امپراطوري‌هاي اوليه؛ هر رنگ نمايش‌دهنده‌ي يک امپراطوري مي‌باشد.3-28

شكل ‏3‑15: امپراطوري‌ها در نسل 10ام؛ 4 تا از امپراطوري‌ها باقي مانده‌اند........ 3-28

شكل ‏3‑16: امپراطوري‌ها در نسل 30ام؛ تنها دو امپراطوري باقي مانده‌اند........... 3-28

شكل ‏3‑17: امپراطوري‌ها در نسل 33ام (همگرايي)؛ تنها يک امپراطوري واحد داريم.3-29

شكل ‏3‑18: هزينه‌ي مينيمم و ميانگين همه‌ي امپراطوري‌هاي مسئله بر حسب تکرار الگوريتم 3-29

شكل ‏3‑19: هزينه‌ي مينيمم و ميانگين همه‌ي امپراطوري‌هاي مسئله ، و ، بر حسب تکرار الگوريتم........................................................................................................ 3-30

شكل ‏3‑20: هزينه‌ي مينيمم و ميانگين همه‌ي امپراطوري‌هاي مسائل و بر حسب تکرار الگوريتم 3-30

شكل ‏4‑1: بلوک دياگرام يک سيستم کنترل فيدبک............................................ 4-3

شكل ‏4‑2: زمان صعود (t_r)، زمان نشست (t_s)، بيشترين فراجهش (M_p) و انتگرال قدر‌مطلق خطا (مساحت ناحيه‌ي تيره رنگ)................................................................................. 4-5

شكل ‏4‑3: امپراطوري‌هاي اوليه در مسئله طراحي کنترل‌کننده PID...................... 4-7

شكل ‏4‑4: امپراطوري‌ها در نسل 30ام؛ دو امپراطوري ضعيف سقوط کرده و تنها 4 امپراطوري باقي مانده‌اند........................................................................................................... 4-7

شكل ‏4‑5: امپراطوري‌ها در نسل 50ام؛ تنها 2 تا از امپراطوري‌ها زنده‌اند و بصورت شديدي براي حذف يکديگر رقابت مي‌کنند........................................................................... 4-8

شكل ‏4‑6: هزينه‌ي مينيمم و ميانگين امپرياليست‌ها بر حسب تکرار الگوريتم، در مسئله طراحي کنترل‌کننده PID.................................................................................................... 4-8

شكل ‏4‑7: هزينه‌ي مينيمم جمعيت الگوريتم ژنتيک، بر حسب تکرار، در مسئله طراحي کنترل‌کننده PID........................................................................................................... 4-9

شكل ‏4‑8: پاسخ پله‌ي سيستم به ورودي پله با استفاده از هر چهار کنترلر موجود در جدول 4-1. 4-11

شكل ‏4‑9: بلوک دياگرام يک سيستم چند متغيره را به همراه کنترل‌کننده............. 4-11

شكل ‏4‑10: شماي ساده‌اي از فرايند تقطير شيميايي........................................ 4-13

شكل ‏4‑11: فلوچارت الگوريتم رقابت استعماري مورد استفاده براي طراحي يک کنترل‌کننده PID براي سيستم ستون تقطير.............................................................................. 4-16

شكل ‏4‑12: هزينه مينيمم ICA و GA را بر حسب تکرار نسل.......................... 4-17

شكل ‏4‑13: پاسخ سيستم ستون تقطير به تاخير‌هاي متفاوت در ورودي پله (الف: ورودي اول، ب: ورودي دوم).................................................................................................. 4-18

شكل ‏4‑14: قدر مطلق خطاي خروجي فرايند ستون تقطير به تأخير‌هاي مختلف در ورودي پله. (الف: قدر مطلق خطاي ورودي اول. ب: قدر مطلق خطاي ورودي دوم).................... 4-19

شكل ‏4‑15: شماي کلي الگوريتم رقابت استعماري، اعمال شده به مسئله تعيين نقطه تعادل نش. ناحيه داخل خط‌چين مربوط به الگوريتم و بقيه مربوط به مسئله مي‌باشد....................... 4-21

شكل ‏4‑16: همگرايي هزينه براي الگوريتم ژنتيک........................................... 4-22

شكل ‏4‑17: همگرايي هزينه براي الگوريتم رقابتي استعماري............................ 4-22

شكل ‏4‑18: نحوه پخش (f1,f2) براي 50000 نقطه تصادفي............................ 4-23

شكل ‏4‑19: همگرايي الگوريتم ژنتيک........................................................... 4-24

شكل ‏4‑20: همگرايي الگوريتم معرفي شده.................................................... 4-24

شكل ‏4‑21: شماي کلي يک آنتن آرايه اي..................................................... 4-24

شكل ‏4‑22: نمودار همگرايي الگوريتم رقابت استعماري و الگوريتم ژنتيک........ 4-25

شكل ‏4‑23: مقايسه LMS با الگوريتم ژنتيک.................................................. 4-26

شكل ‏4‑24: مقايسه الگوي الگوريتم ژنتيک و الگوريتم معرفي شده.................... 4-26

شكل ‏4‑25: فلوچارت ICA، اعمال شده به آناليز معکوس آزمون فرورفتگي....... 4-28

شكل ‏4‑26: امپراطوري‌هاي اوليه.................................................................. 4-29

شكل ‏4‑27: امپراطوري‌ها در نسل 35............................................................ 4-29

شكل ‏4‑28: امپراطوري‌ها در نسل 77 (همگرايي). جواب نهايي مسئله............... 4-29

شكل ‏4‑29: هزينه ميانگين و مينيمم همه‌ي امپرياليست‌ها بر حسب تکرار الگوريتم.4-29

شكل ‏4‑30: مقايسه جواب‌هاي دقيق و نتايج الگوريتم معکوس براي يک دسته از نتايج آزمون فرورفتگي به دست آمده از FEA............................................................................. 4-30

شكل ‏4‑31: مقايسه جواب‌هاي دقيق و نتايج الگوريتم معکوس براي يک دسته از نتايج آزمون فرورفتگي به دست آمده از FEA، در صفحه‌ي ................................................. 4-30

شكل ‏4‑32: مقايسه جواب‌هاي دقيق و نتايج الگوريتم معکوس براي يک دسته از نتايج آزمون فرورفتگي به دست آمده از FEA، در صفحه‌ي .................................................. 4-30

شكل ‏4‑33: مقايسه جواب‌هاي دقيق و نتايج الگوريتم معکوس براي يک دسته از نتايج آزمون فرورفتگي به دست آمده از FEA، در صفحه‌ي ................................................ 4-30

شكل ‏4‑34: اتومبيل در جاده شيب‌د‌ار............................................................ 4-32

شكل ‏4‑35:توابع عضويت مربوط به متغير سرعت.......................................... 4-33

شكل ‏4‑36:توابع عضويت متغير ............................................................... 4-33

شكل ‏4‑37:توابع عضويت متغير T............................................................... 4-34

شكل ‏4‑38: سرعت خروجي براي V(0)=0 و =1....................................... 4-34

شكل ‏4‑39: سرعت خروجي براي V(0)=0 و =5....................................... 4-34

شكل ‏4‑40: سرعت خروجي براي V(0)=100 و =7................................... 4-34

شكل ‏4‑41: سرعت خروجي براي V(0)=100 و =-6.................................. 4-34

شكل ‏0‑1: شماي کلي جعبه ابزار گرافيکي تهيه شده بر مبناي الگوريتم رقابت استعماري 3

شكل ‏0‑2: صفحه انتخاب الگوريتم مورد نظر براي بهينه‌سازي................................ 4

شكل ‏0‑3: صفحه راهنماي مربوط به الگوريتم ژنتيک............................................ 4

شكل ‏0‑4: بخش مربوط به بيان مسئله................................................................. 5

شكل ‏0‑5: بخش مربوط به تنظيم پارامترهاي الگوريتم رقابت استعماري.................. 6

شكل ‏0‑6: الگوريتم رقابت استعماري در حال بهينه‌سازي تابع GUI_Testfunction. 6

شكل ‏0‑7: انتخاب شيوه نمايش نتايج.................................................................. 7

فهرست جدول‌ها

جدول ‏4‑1: پارامترهاي کنترل‌کننده‌هاي مختلف طراحي شده، به همراه ميزان هزينه‌هاي مختلف آن‌ها 4-9

جدول ‏4‑2: مقادير پارامتر‌هاي کنترل‌کننده‌هاي به دست آمده از اعمال الگوريتم رقابت استعماري، الگوريتم ژنتيک و روش DRF 4-17

جدول ‏4‑3: بخش‌هاي مختلف تابع هزينه به دست آمده از روش‌هاي ICA، GA و DRF 4-18

جدول ‏4‑4: پارامتهاي مورد استفاده در الگوريتم رقابت استعماري 4-25

جدول ‏4‑5: پارامتهاي مورد استفاده در الگوريتم ژنتيک 4-25

جدول ‏4‑6: قوانين فازي مورد استفاده در کنترل سرعت اتومبيل 4-33