• بازدید : 60 views
  • بدون نظر
این فایل در ۱۱صفحه قابل ویرایش تهیه شده وشامل موارد زیر است:

 هوش جمعی شاخه ای از پژوهش بر اساس جمعیت است که مدل های جمعیتی از عوامل مورد تداخل یا ازدحام که می توانند خود سازماندهی کنند . کلونی مورچه، ازدحام پرندگان و یا زنبورها یک نمونه ساده ای از سیستم جمعیتی است. دیگر نمونه ای از هوش جمعی کلونی زنبور عسل در اطراف کندو است. هوش کلونی زنبور عسل (ABC) یک  الگوریتم است که یک الگوریتم بهینه سازی بر اساس رفتار هوشمندانه جمعیت زنبور عسل است. در این مفاله، الگوریتم ABC برای بهینه سازی توابع چند متغیره مورد استفاده قرار می گیرد. و نتایج تولید شده توسط الگوریتم ABC  مقایسه می شوند.

چندین الگوریتم اکتشافی جدید برای حل مسایل  بهینه سازی عددی و توابع ترکیبی توسعه یافته اند. این الگوریتم ها می توانند به گروههای مختلف طبقه بندی شوند با توجه به ضوابطی  که در نظر گرفته شده: مانند بر اساس جمعیت ، مبتنی بر تکرار شونده ، تصادفی ، قطعی ، و غیره. در حالی که الگوریتم با یک مجموعه راه حل هاکار میکند و در جهت بهبود آنها تلاش می کنند  که  مبتنی بر جمعیت نامیده می شوند ، یکی از کاربرد تکرار های چندگانه برای پیداکردن راه حل مطلوب که به عنوان الگوریتم تکرار شونده نام گذاری شده است. اگر یک الگوریتم یک قانون احتمالی را برای بهبود راه حل بکار بگیرد سپس آن را احتمال  یا اتفاقی نامیده میشود. یکی دیگر از طبقه بندی را می توان بسته به ماهیت پدیده توسط الگوریتم شبیه سازی کرد.این نوع طبقه بندی ، عمدتا دارای دو گروه مهم از الگوریتم جمعیت هستند که براساس : الگوریتم های تکاملی (EA) و الگوریتم های مبتنی بر هوش جمعی. از محبوب ترین الگوریتم های تکاملی الگوریتم ژنتیک(GA) است. درGA تلاش شده است تکامل طبیعی یک پدیده شبیه سازی شود. در تکامل طبیعی ، هر گونه جستجو برای سازگاری سودمند در یک محیط در حال تغییر است. به عنوان یک گونه تکامل یافته ، ویژگی های جدیدی در کروموزوم های فردی کد گذاری می شوند.  این اطلاعات توسط جهش تصادفی تغییرمی یابد ، اما بطورواقعی نیروی محرکه باعث توسعه تکاملی درترکیب و جایگزینی مواد کروموزومی در طول تولید مثل میشود. اگر چه تلاش های متعددی برای گنجاندن این اصول در روال بهینه سازی دراوایل دهه ۱۹۶۰انجام شده ، الگوریتم های ژنتیک برای اولین بار بر یک مبنای نظری صوتی  ایجاد شده بودند. این اصطلاح جمعی در حالت کلی برای اشاره به هر مجموعه دار از تعامل افراد مورد استفاده قرار می گیرد. به عنوان یک مثال کلاسیک از ازدحام زنبورهایی که در اطراف کندوی خود تجمع کردند ، اما در استعاره به راحتی می توان به سیستم هایی معماری مشابهی دارند توسعه داد. در کلونی مورچه ها،مورچه ها می توانند به عنوان گروهی ازعوامل تصور شوند ، همچنین ازدحام پرندگان گروهی از پرندگان است. یک سیستم ایمنی ، گروهی از سلول ها ومولکول ها است در حالی که یک جمعیت شامل گروهی از مردم است. الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات (PSO) شبیه سازی می کند رفتار اجتماعی پرندگان یا ماهی ها توسط ابرهارت و کندی در سال ۱۹۹۵ معرفی شده است. روش های گوناگونی به مدل رفتار هوشمند خاص ازدحام زنبور عسل پیشنهاد شده است و برای حل مسایل از نوع ترکیبی استفاده شده است.آنها یک ایده روبات بر رفتار جستجوی غذا از زنبورها را ایجاد کرده اند . معمولا ، همه این ربات از لحاظ فیزیکی و عملکرد یکسان هستند ، به طوری که هر ربات را می توان به طور تصادفی جایگزین دیگری کرد. ازدحام دارای تحمل قابل توجهی است ؛ شکست در یک عامل عملکرد کل سیستم را متوقف نمی کند. روبات های فردی ، مانند حشرات ، دارای قابلیت های محدود و دانش محدود از محیط زیست است. از سوی دیگر ، توسعه ازدحام هوش جمعی است. آزمایشات نشان داد که رباتها مانند حشرات مانند در انجام وظایف واقعی رباتیک موفق هستند.

 آنها همچنین یک مدل انتخاب علوفه را توسعه داده اند که منجر به ظهور هوش جمعی می شود که متشکل از سه اجزای ضروری است: منابع غذایی ، کارگرهایی که پی علوفه می گردند و ، کارگرهایی که پی علوفه نمی گردند. این مدل دو رفتار برجسته را تعریف می کند: استفاده به یک منبع شهد و رها کردن یک منبع.

 تئودور واس به استفاده از هوش جمعی زنبوردر توسعه سیستم های مصنوعی با هدف در حل مسایل پیچیده در ترافیک و حمل ونقل پیشنهاد داده است. تئودور واس همچنین پیشنهاد کرد بهینه سازی متا اکتشافی کلونی زنبور عسل (BCO) که قادر به حل قطعی مسائل ترکیبی ، و همچنین مسائل ترکیبی با مشخصه عدم قطعیت است[۱۱]. درایز  و همکاران. معرفی یک رویکرد جدید هوشمند یا متا اکتشافی به نام ازدحام بهینه سازی زنبورها (BSO) است ، که از رفتار زنبور عسل واقعی الهام گرفته است . متا – اکتشافی برای حل مشکل ۳ – بعدی پایه ریزی شده روی روند تولید مثل زنبور عسل معرفی شده است. یک الگوریتم مسیر یابی جدید به نام کندوی عسل که از روش های ارزیابی ارتباطی و مشخص الهام گرفته شده زنبورهای عسل است. در الگوریتم کندوی عسل ، زنبورهای پیشکار از میان مناطق مشخص که مناطق غذایی نامیده می شوند پرواز می کنند. از سوی دیگر، اطلاعاتشان روی مناطق مشخص شده برای به روز رسانی مسیر یابی مناطق محلی تحویل می دهند. آثار ارائه شده در پاراگراف قبلی شامل مسایلی از نوع ترکیبی است.تنها یک الگوریتم بهینه سازی عددی بر اساس رفتار هوش جمعی زنبور عسل وجود دارد.یانگ یک الگوریتم زنبور عسل مجازی (VBA) برای حل توابع بهینه سازی عملکرد توابع عددی توسعه داده است. برای توابع با دو پارامتر، گروهی از زنبورهای مجازی تولید شده و جمعیت به طور تصادفی در فضای مشخص شده به حرکت شروع می کنند . این زنبورها زمانی که مقداری شهد مورد نظر متناظر با ارزش های کد گذاری شده تابع پیدا کردند به تعامل با یکدیگر شروع می کنند. راه حل برای بهینه سازی مسایل می تواند از شدت تعامل زنبور عسل ها  به دست آمده باشد. برای بهینه سازی توابع چند متغیره ، کارابوگا الگوریتم کلونی زنبور عسل مصنوعی (ABC) را بیان کرده است که از الگوریتم زنبور مجازی متفاوت است. 

در الگوریتم کلونی های زنبورعسل (ABC) زنبورها شامل سه گروه می شوند :

زنبورها ی کارگر، تماشاچیان و پیشرو(طلایه دار). زنبور عسلی که در منطقه رقص برای ایجاد تصمیم به انتخاب یک منبع غذایی باقی می ماند زنبور عسل جستجوگر نامیده می شود ، و زنبور عسلی کهبه طرف منابع غذایی از پیش مشخص شده می رود زنبور عسل کارگر نام دارد. زنبور عسلی که جستجوی تصادفی انجام می دهد زنبور عسل پیشرو یا طلایه دار نام دارد.


در الگوریتم ABC ، برای اولین بار نیمی از جمعیت زنبورها زنبور کارگر و نیمی دیگر زنبور جستجوگر هستند. برای هرمنبع غذایی ، فقط یک زنبورعسل کارگر وجود دارد. به عبارت دیگر، تعداد زنبورهای کارگر با تعداد منابع غذایی اطراف کندو با هم برابراند.زنبورعسل کارگر که در کار در منابع غذایی خسته شده اند زنبورهای جستجو گر پیشرو می شوند.

گام های اصلی از الگوریتم ها در زیر آورده شده است :

• مقداردهی اولیه.

• تکرار.

(الف) محل زنبورهای کارگردرمنابع غذایی در حافظه ؛

(ب) محل زنبورهای جستجو گردرمنابع غذایی در حافظه ؛

(ج) ارسال زنبورهای پیشرو برای جستجوی برای منابع غذایی جدید؛

• تا (وضعیت مورد دلخواه بدست آید).

در الگوریتم ABC ، هر چرخه از جستجو از سه مرحله تشکیل شده است : 

ارسال زنبورهای کارگر به روی منابع غذایی و سپس اندازه گیری مقدار شهد آنها ؛ انتخاب منابع غذایی توسط زنبورهای جستجوگر پس از به اشتراک گذاری اطلاعات  توسط زنبورهای  کارگر و تعیین مقدار شهد از غذاها ، تعیین زنبورهای پیشرو و سپس ارسال آنها بر روی منابع غذایی. در مرحله مقداردهی اولیه، مجموعه ای ازمواضع  منبع غذایی به طور تصادفی توسط زنبورها انتخاب شده و مقدار شهد آنها تعیین می شود. سپس ، این زنبورها به کندو می آیند و اطلاعات شهد هرمنابع به زنبورها ی منتظر در منطقه رقص درداخل کندو به اشتراک گذاشته میشود.

در مرحله دوم، پس از به اشتراک گذاری اطلاعات، هر زنبور عسل کارگر به محدوده  منبع غذایی می رود که  خودش در چرخه قبلی بازدید کرده که اون منبع غذایی در حافظه اش وجود دارد، وسپس یک منبع غذایی جدید انتخاب میشود با استفاده از اطلاعات بصری که  در همسایگی ازهمان یکی است. در مرحله سوم، یک زنبورتماشاچی(ناظر) بر میگزیند حوزه منبع غذایی رابسته به نوع اطلاعات شهد توزیع شده توسط زنبورها ی کارگر در منطقه رقص برمی گزیند.به نوعی مقدار شهد منبع غذایی افزایش می یابد ،همچنین به این احتمال که آن منبع غذایی انتخاب شده توسط زنبور تماشاچی نیزافزایش می یابد . از این رو ، زنبورهای کارگررقصنده که  حامل شهد بالاتری هستند زنبورهای تماشاچی را به محدوده منبع غذایی با میزان شهد بالاتر ترغیب می کنند. پس از ورود به حوزه انتخاب شده ، او یک منبع غذایی جدید درهمسایگی اش بسته به اطلاعات بصری انتخاب میکند. اطلاعات بصری بر اساس مقایسه جهت های منبع غذایی است. وقتی شهد یک منبع غذایی توسط زنبورها رها می شود، یک منبع غذایی جدید به صورت تصادفی توسط زنبور طلایه دار تعیین شده و جایگزین آن منبع رهاشده ،میشود. در این مدل ، در هر چرخه در اکثر یک طلایه دار برای جستجوی یک منبع غذایی جدید و تعدادی از زنبورهای کارگر و زنبورهای تماشاچی که برابرند،خارج می رود.

درالگوریتم ABC ، موقعیت یک منبع غذایی یک راه حل مسئله بهینه سازی را نشان می دهند و مقدار شهد از منبع غذا مربوط به شایستگی راه حل همراه میشود. تعداد زنبورهای کارگر یا زنبورهای تماشاچی برابر با  تعداد راه حل ها در جامعه است. دراولین قدم ، ABC جمعیت اولیه را به صورت تصادفی توزیع میکند P (G = 0) راه حل های SN (مواضع منبع غذایی) ، که در آن SN نشان دهنده اندازه جمعیت است.


هر راه حل (منبع غذایی) ( i = 1, 2, . . . , SN ) xi  بردار D –  بعدی است. در اینجا ،D تعداد پارامترهای بهینه سازی است. پس از مقداردهی اولیه ، جمعیت موقعیت ها (راه حل ها) در معرض تکرار چرخه است ، C = 1, 2, . . . ,Cmax؛ که C  فرایندهای جستجوی زنبورهای کارگر و جستجوگر و طلایه دار است.

یک زنبور کارگر یا تماشاچی مصنوعی بطوراحتمالی تولید یک تغییر در موقعیت (راه حل) در حافظه خود برای پیدا کردن یک منبع غذایی جدید و تست میزان شهد (مقدار شایستگی) از منبع جدید (راه حل جدید) میکند. در مورد زنبور عسل واقعی ، تولید منابع غذایی جدید مبتنی بر مقایسه فرآیند منابع غذایی در منطقه وابسته به اطلاعات جمع آوری ، بصری ، توسط زنبور عسل است. دراین مدل ، تولید‍ موقعیت منبع جدید غذا نیز بر اساس یک فرآیند مقایسه  موقعیت منبع غذایی است. با این حال ، در این مدل ، زنبورهای  مصنوعی هر گونه اطلاعات در مقایسه استفاده نمی کنند. آنها به طور تصادفی یک موقعیت منبع غذایی را انتخاب میکنند و تغییراتی را بر روی یکی از منابع موجود در حافظه خود که در  (2.2)  شرح داده شده تولید می کند . به شرطی که مقدار شهد منبع جدید بیشتر از منبع قبلی حفظ شده در حافظه زنبور عسل باشد  موقعیت جدید را حفظ کرده و موقعیت قبلی را فراموش میکند. درغیراین صورت او موضع قبلی را نگه می دارد. پس از اینکه فرایند جستجوی تمام زنبورهای کارگر تکمیل گردید، آنها اطلاعات شهد ازمنابع غذایی(راه حل) و اطلاعات مربوط به موقعیت خود را با زنبورهای تماشاچی در محدوده رقص به اشتراک میگذارند.یک زنبور تماشاچی اطلاعات شهد گرفته شده از همه زنبورهای کارگررا ارزیابی میکند و یک منبع غذایی با احتمال مربوط به مقدار شهد آن انتخاب میشود. همینطور در مورد زنبورکارگر، تولید تغییراتی در موقعیت (راه حل) موجود در حافظه خود و مقدار شهد از منبع انتخابی (راه حل) را چک میکند . آن شهدی که بیشتر از قبلی باشد را ارائه می دهد ، زنبورعسل موقعیت جدید را حفظ میکند و قبلی را فراموش میکند . زنبور تماشاچی یک منبع غذایی را با توجه به مقدار احتمال مرتبط با آن منبع غذایی انتخاب  میکند، pi ، که با عبارت زیر محاسبه میشود :

  


که در آن   fit iمیزان شایستگی از راه حل i توسط زنبور کارگر آن ارزیابی شده است که ارزیابی متناسب با مقدار شهد منبع غذایی در موقعیت  i است و SN تعدادی از منابع غذایی که برابر با تعداد زنبورهای کارگر (BN) است. در این روش، زنبورهای کارگر اطلاعات خود را با زنبورهای  تماشاچی تبادل میکنند . به منظور تولید یک موقعیت غذایی انتخاب شده از قبلی ، ABC عبارت زیررا استفاده میکند :

 

که در آن k ∈ {۱, ۲, . . . , BN}  و  j ∈ {۱, ۲, . . . ,D} شاخص شان به صورت تصادفی انتخاب شده است . هر چندK به صورت تصادفی تعیین شده است ، آن متفاوت از i  می باشد . φi,j یک عدد تصادفی بین -۱,۱]] است. آن تولید موقعیت منبع غذایی همسایه در اطراف xi,j را کنترل میکند ، وتغییرات مقایسه ای موقعیت های غذایی همسایه توسط زنبور عسل به صورت بصری را ارائه می شود . معادله ۲٫۲ پارامترهای مختلفی بین xi,j و xk,j   نشان می دهد ، همچنین تغییرات در موقعیت xi,j ، کاهش می یابد. بنابراین ، به نوعی جستجو به راه حل بهینه در فضای جستجو نزدیک می شود ، گام مرحله طور تتاوقی کاهش می یابد . اگر پارامتر های تولید شده توسط این عملیات بیشتر ازحداز پیش تعیین شده خودش باشد ،پارامتر را می توان به عنوان  مقدار قابل قبول انتخاب کرد. منبع غذایی که شهد آن توسط زنبورها رها شده با یک منبع ماده غذایی جدید توسط زنبورهای طلایه دار جایگزین میشود. در الگوریتم ABC این با تولید موقعیت  به صورت تصادفی شبیه سازی شده و جایگزین آن منبع رها شده میشود. در الگوریتم ABC ، اگر یک موقعیت بیشتر ازیک عدد از پیش تعیین شده چرخه به نام حد بهبود نیابد پس آن منبع غذایی فرض شده ترک خواهد شد.پس از انتخاب هر منبع ، موقعیت vi,j تولید شده و سپس توسط زنبور مصنوعی ارزیابی شد ، عملکرد آن با xi,j مقایسه میشود، اگر مواد غذایی جدید برابریا شهد بهتری از منبع قبلی داشت، آن را با قبلی در حافظه جایگزین میکند. در غیر این صورت ، آن قبلی را نگه میدارد. به عبارت دیگر ، یک مکانیسم انتخاب حریص عمل انتخاب بین منابع غذایی قبلی و فعلی را انجام میدهد.الگوریتم ABC در حقیقت چهار فرآیند مختلف انتخاب را به کار میگیرد : 

(۱) فرآیند انتخاب جهانی توسط زنبورهای تماشاچی مصنوعی برای کشف مناطق امیدبخش که در(۲٫۱) شرح داده شده است ،

(۲) یک فرآیند انتخاب محلی در منطقه توسط زنبورهای کارگرمصنوعی انجام شده و تماشاچیان با توجه به اطلاعات محلی (در مورد زنبور عسل واقعی ،این اطلاعات شامل رنگ ، شکل و عطر گل) (زنبورها قادربه شناسایی نوع منبع شهد نمیشوند تا زمانی که به محل مناسب می رسند و بین منابع در حال رشد بر اساس عطر و بوی آنها تبعیض وجود دارد) برای تعیینیک همسایه منبع غذا در اطراف منبع موجود در حافظه که در (۲٫۲) تعریف شده است ،

 (3) روند انتخاب محلی به نام فرآیند انتخاب حریص توسط تمام زنبورها انجام میشود در آن اگر مقدار شهد منبع کاندید بهتر از فعلی باشد ، زنبورفعلی را فراموش میکند و منبع کاندید را حفظ میکند. در غیر این صورت ، زنبور فعلی را در حافظه نگه می دارد.

(۴) یک فرایند انتخاب تصادفی توسط زنبور طلایه دار انجام میشود.


عتیقه زیرخاکی گنج