Navrženy v 60. letech jako experimentální optimalizační metoda. Velice rychlá s dobrou podporou teorie

Podobné dokumenty
Evolučníalgoritmy. Dále rozšiřována, zde uvedeme notaci a algoritmy vznikléna katedře mechaniky, Fakulty stavební ČVUT. Moderní metody optimalizace 1

Genetické programování

Swarm Intelligence. Moderní metody optimalizace 1

Úvod do stochastických optimalizačních metod (metaheuristik) Moderní metody optimalizace 1

Genetické programování 3. část

Algoritmy pro spojitou optimalizaci

Genetické algoritmy. Vysoká škola ekonomická Praha. Tato prezentace je k dispozici na:

PŘEDNÁŠKA 03 OPTIMALIZAČNÍ METODY Optimization methods

Vícekriteriální optimalizace

5.5 Evoluční algoritmy

Genetické algoritmy. Informační a komunikační technologie ve zdravotnictví

ADAPTIVNÍ ALGORITMUS PRO ODHAD PARAMETRŮ NELINEÁRNÍCH REGRESNÍCH MODELŮ

Užití systému Matlab při optimalizaci intenzity tepelného záření na povrchu formy

Metaheuristiky s populacemi

A0M33EOA: Evoluční optimalizační algoritmy

SPECIFICKÝCH MIKROPROGRAMOVÝCH ARCHITEKTUR


Optimalizace obecný úvod. [proč optimalizovat?] Formalizace problému. [existují podobné problémy?]

PARALELISMUS V DIFERENCIÁLNÍ EVOLUCI A JEJICH ADAPTIVNÍCH VARIANTÁCH

Evoluční algoritmy. Podmínka zastavení počet iterací kvalita nejlepšího jedince v populaci změna kvality nejlepšího jedince mezi iteracemi

Jak se matematika poučila v biologii

Projekční algoritmus. Urychlení evolučních algoritmů pomocí regresních stromů a jejich zobecnění. Jan Klíma

Gramatická evoluce a softwarový projekt AGE

SPOLEHLIVOST KONSTRUKCÍ & TEORIE SPOLEHLIVOSTI část 5: Aproximační techniky

P edpov ny J. Hollandem v 60. letech b hem jeho práce na celulárních automatech

Lineární stabilita a teorie II. řádu

RESEARCH REPORT. ÚTIA AVČR, P.O.Box 18, Prague, Czech Republic Fax: (+420) ,

Rovnovážné modely v teorii portfolia

STOCHASTICKÉ ALGORITMY V ODHADU PARAMETRŮ REGRESNÍCH MODELŮ


1. Úvod do genetických algoritmů (GA)

Optimalizace průtokových poměrů v mazacích obvodech s progresivními rozdělovači pomocí genetických algoritmů

NG C Implementace plně rekurentní

Evoluční výpočetní techniky (EVT)

TVORBA NEZÁVISLÝCH VEKTORŮ S UŽITÍM METODY SIMULOVANÉHO ŽÍHÁNÍ

ANALYTICKÉ PROGRAMOVÁNÍ

1 Přesnost metody konečných prvků

GLOBÁLNÍ OPTIMALIZACE S VYUŽITÍM SOFTWARU MATHEMATICA

Faculty of Nuclear Sciences and Physical Engineering Czech Technical University in Prague

A Parallel Evolutionary Strategy for minimax Evaluation

Vybrané partie z obrácených úloh. obrácených úloh (MG452P73)

ŘEŠENÍ PROBLÉMU LOKACE HUBŮ POMOCÍ GENETICKÉHO ALGORITMU SOLVING THE SINGLE ALLOCATION HUB LOCATION PROBLEM USING GENETIC ALGORITHM

MATEMATICKÁ STATISTIKA - XP01MST

Emergence chování robotických agentů: neuroevoluce

Teorie (ještě teoretičtější)

LINEÁRNÍ MODELY. Zdeňka Veselá

TOPOLOGICKÁ OPTIMALIZACE PŘÍHRADOVÝCH KONSTRUKCÍ

Matematika pro geometrickou morfometrii

Obsah. Zelinka: UI v problémech globální optimalizace BEN technická literatura 3

Pokročilé metody učení neuronových sítí. Tomáš Řehořek

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

AVDAT Klasický lineární model, metoda nejmenších

Grammar-based genetic programming


Pokročilé operace s obrazem

1 Úvod do celočíselné lineární optimalizace

FAKULTA INFORMAČNÍCH TECHNOLOGIÍ

Lineární a logistická regrese

VUT Brno Fakulta informačních technologií Simulační nástroje a techniky (SNT) 2014/2015 Vehicle routing problem Ant colony

Univerzita Karlova v Praze. Matematicko-fyzikální fakulta. Katedra softwarového inženýrství (Matematicko-fyzikální fakulta UK)

Ing. Tomáš MAUDER prof. Ing. František KAVIČKA, CSc. doc. Ing. Josef ŠTĚTINA, Ph.D.

DETEKCE DISKREDIBILITY SENZORU U KOTLE NA BIOMASU OPTIMALIZAČNÍMI ALGORITMY

FAKULTA INFORMAČNÍCH TECHNOLOGIÍ

Vztahy mezi indikátory sucha

Genetické algoritmy a jejich praktické využití

4. Na obrázku je rozdělovací funkce (hustota pravděpodobnosti) náhodné veličiny X. Jakou hodnotu musí mít parametr k?

Binární vyhledávací stromy pokročilé partie

Adaptace v algoritmu diferenciální evoluce

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

Monte Carlo, genetické algoritmy, neuronové sítě

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

Jaroslav Tuma. 8. února 2010

NEURONOVÉ SÍTĚ A EVOLUČNÍ ALGORITMY NEURAL NETWORKS AND EVOLUTIONARY ALGORITHMS

Optimalizační algoritmy inspirované chováním mravenců

Stavební fakulta Katedra mechaniky. Jaroslav Kruis, Petr Štemberk

Algoritmy pro optimalizaci sítí GAME. Miroslav Janošík

Uni- and multi-dimensional parametric tests for comparison of sample results

Vícerozměrné regulační diagramy. Josef Křepela, Jiří Michálek OSSM

Eva Fišerová a Karel Hron. Katedra matematické analýzy a aplikací matematiky Přírodovědecká fakulta Univerzity Palackého v Olomouci.

IMPLEMENTACE AUTOMATIZOVANÉHO MĚŘENÍ HRTF V MATLABU

1. Vlastnosti diskretních a číslicových metod zpracování signálů... 15

Teorie měření a regulace

Softwarový nástroj CESim pro grafický návrh, simulaci a analýzu C-E Petriho sítí

Postranními kanály k tajemství čipových karet

Optimalizační metody v CFD diferenciální evoluce

Binární faktorová analýza genetickým algoritmem

Princip optimalizačních metod inspirovaných přírodou

Pravděpodobnost a statistika, Biostatistika pro kombinované studium. Jan Kracík

Analytické programování v C#

Statistická analýza jednorozměrných dat

Transformace obrazu Josef Pelikán KSVI MFF UK Praha

Cvičná bakalářská zkouška, 1. varianta

n = 2 Sdružená distribuční funkce (joint d.f.) n. vektoru F (x, y) = P (X x, Y y)

UČENÍ BEZ UČITELE. Václav Hlaváč

Michal Wiglasz* 1. Úvod

Aplikace T -prostorů při modelování kompozičních časových řad

Matematické modelování evoluce infekčních chorob

Matematika pro chemické inženýry

TGH13 - Teorie her I.

ití empirických modelů při i optimalizaci procesu mokré granulace léčivl ková SVK ÚOT

Transkript:

Evoluční strategie Navrženy v 60. letech jako experimentální optimalizační metoda Založena na reálných číslech Velice rychlá s dobrou podporou teorie Jako první zavedla self-adaptation (úpravu sebe sama) jako standardní nástroj Moderní metody optimalizace 1

Nejjednodušší ES 1 t = 0 2 Vytvoř P, ohodnoť P 3 while (not zastavovací podmínka) { 4 t = t+1 5 n i = p i + G(0, ) (mutace) 6 Pokud je N lepší, pak nahradí P 7 } Moderní metody optimalizace 2

Mutace Směrodatná odchylka je nazývána velikost mutace je měněna podle 1/5 pravidla úspěšnosti : změněna každých k iterací = / c pokud p s > 1/5 = c pokudp s < 1/5 = pokud p s = 1/5 kdep s je % úspěšných mutací, 0.8 c 1 Moderní metody optimalizace 3

Ilustrace normálního rozdělení pr. Moderní metody optimalizace 4

Self-adaptation Zavedena velikostí mutací do chromozomu a jejich změnou Několik možností: Jedna směrodatná odchylka pro všechny proměnné Nekorelovaná směrodatná odchylka pro každou proměnnou Korelované směrodatné odchylky Moderní metody optimalizace 5

Mutace Chromosom: x 1,,x n, = exp( N(0,1)) x i = x i + N(0,1) Typický learning rate (učící parametr) 1/ n ½ A omezení nejmenší hodnoty < 0 = 0 Moderní metody optimalizace 6

Mutace Kruh představuje body se stejnou pravděpodobností mutace Moderní metody optimalizace 7

Mutace Chromosom: x 1,,x n, 1,, n i = i exp( N(0,1) + N i (0,1)) x i = x i + i N i (0,1) Dva učící parametry: celkový pro jednotlivé proměnné 1/(2 n) ½ a 1/(2 n ½ ) ½ A opět i < 0 i = 0 Moderní metody optimalizace 8

Mutace Elipsa představuje body se stejnou pravděpodobností mutace Moderní metody optimalizace 9

Mutace Chromosom: x 1,,x n, 1,, n, 1,, k kdek = n (n-1)/2 A kovarianční matice je dána: c ii = 2 i c ij = 0 pokud i a j nejsou korelovány c ij = ½ ( i 2 - j 2 ) tan(2 ij ) pokud i a j jsou korelovány Moderní metody optimalizace 10

Mutace Potom je mutace dána: i = i exp( N(0,1) + N i (0,1)) j = j + N (0,1) x = x + N(0,C ) C je kovarianční matice C po mutaci hodnot 1/(2 n) ½ a 1/(2 n ½ ) ½ a 5 i < 0 i = 0 a j > j = j -2 sign( j ) Moderní metody optimalizace 11

Mutace Elipsa představuje body se stejnou pravděpodobností mutace Moderní metody optimalizace 12

Porovnání Mutace a Moderní metody optimalizace 13

Ilustrace self-adaptation Změna dynamické cílové funkce (vlevo) a změna směrodatné odchylky (vpravo) Moderní metody optimalizace 14

Ilustrace self-adaptation Moderní metody optimalizace 15

Notace ES s populací Dva druhy algoritmů: ( )-ES stará populace nová populace stará populace ( )-ES potomci nová populace potomci Moderní metody optimalizace 16

Doporučení > 1 aby se zachovaly rozdílné strategie > aby se vytvořily rozdílné strategie Ne tak silná selekce, např., 7 (, )-selekce, aby nepřežili jedinci se špatnou Moderní metody optimalizace 17

Diferenciální evoluce Nová metoda, vytvořena v roce 1995 Založena na operacích na reálných vektorech Steady-state algoritmus Pouze jeden operátor a jen dva parametry => jednoduchá a přesto dostatečně robustní Moderní metody optimalizace 18

Diferenciální operátor ch ij ch ij F ( ch ch 1 qj rj ) F 2( chbest j chij ) Existuje více variant operátoru Náhodná selekce Nové řešení nahradí náhodně vybrané pokud je lepší Moderní metody optimalizace 19

Moderní metody optimalizace 20

Obvykle konverguje velice rychle, ale mívá problémy vlivem neexistence pravé mutace Type 0 function Moderní metody optimalizace 21

Reference [1] Rechenberg, I. (1973). Evolution strategy: Optimization of technical systems by means of biological evolution. Fromman-Holzboog, Stuttgart. [2] Schwefel, H.-P. and Bäck, T. (1995). Evolution strategies. In Périaux, J. and Winter, G., editors, Genetic Algorithms in Engineering and Computer Science. John Wiley & Sons Ltd, Chichester. [3] Storn, R. and Price, K. (1995). Differential Evolution : A simple and efficient adaptive scheme for global optimization over continuous spaces. Technical Report TR-95-012, University of Berkeley. [4] Storn, R. (1996). On the usage of differential evolution for function optimization. In NAPHIS 1996, pages 519 523. Berkeley. Moderní metody optimalizace 22

Reference [5] A. E. Eiben, J. E. Smith, Agoston E. Eiben, J. D. Smith (2003). Introduction to Evolutionary Computing. Springer. [6] Storn, R. (WWW). Homepage of Differential Evolution. http://www.icsi.berkeley.edu/~storn/code.html. Moderní metody optimalizace 23

Prosba. V případě, že v textu objevíte nějakou chybu nebo budete mít námět na jeho vylepšení, ozvěte se prosím na matej.leps@fsv.cvut.cz. Datum poslední revize: 16.11.2007 Verze: 001 Moderní metody optimalizace 24