متن آموزشی: فصل 1 — مقدمه

1 – مقدمه

1-1 هدف و اهميت مسئله:
بهينه‌سازي اهميت زيادي در بسياري از شاخه‌هاي علوم دارد. به عنوان مثال فيزيک‌دانها، شيمي‌دانها، و مهندسان علاقه دارند تا يک طرح بهينه براي طراحي يک پروسه شيميايي به کار برند و محصول توليد شده را با داشتن شروطي مثل هزينه و آلودگي کم، بيشينه کنند. همچنين در برازش غير خطي مدل و منحني نيز، به نوعي به بهينه‌سازي، نياز داريم. اقتصاددانان و تحقيق‌کنندگان در عمليات نيز بايد جايابي بهينه منابع در جامعه و صنعت را پيدا کنند. روشهاي مطرح شده براي بهينه‌سازي مي‌توانند در دو دسته عمده طبقه‌بندي شوند؛ بهينه‌سازي محلي و بهينه‌سازي فراگير يا عام.براي بهينه‌سازي عام، اغلب از روش‌هاي تکاملي استفاده مي‌شود. اين الگوريتم‌ها شامل الگوريتم‌هاي ژنتيک، بهينه‌سازي گروه ذرات، بازپخت شبيه‌سازي شده و… مي‌باشند. الگوريتم‌هاي ژنتيک شناخته‌شده‌ترين الگوريتم‌هاي تکاملي هستند. قواعد اساسي الگوريتم ژنتيک براي اولين بار در سال 1962 توسط هالند معرفي گرديد و تا به امروز کاربردهاي فراواني در بهينه‌سازي توابع و شناسايي سيستم پيدا کرده‌اند. آنچه که واضح است اين است که تکامل فکري و فرهنگي بشر بسيار سريع‌تر از تکامل جسمي و ژنتيکي او صورت مي‌پذيرد. بنابراين تکامل فرهنگي و ديدگاهي بشر نيز ناديده گرفته نشده و دسته‌اي از الگوريتم‌ها، موسوم به الگوريتم‌هاي فرهنگي معرفي شده‌اند. الگوريتم‌هاي فرهنگي در حقيقت يک دسته کاملاً جديد از الگوريتم‌ها نيستند. بلکه ايده‌ي اصلي اين است که اين الگوريتم‌ها با افزودن قابليت‌ تکامل فرهنگي (با افزودن امکان تبادل اطلاعات ميان اعضاي جمعيت) به الگوريتم‌هاي موجود، سرعت همگرايي آن‌ها را مطابق انتظار افزايش مي‌دهند.
با توجه به اين که اغلب روشهاي عمده و شناخته شده محاسبات تکاملي، شبيه‌سازي کامپيوتري فرايندهاي طبيعي و زيستي هستند، در اين نوشتار يک الگوريتم جديد در زمينه محاسبات تکاملي معرفي مي‌شود که بر مبناي تکامل اجتماعي و سياسي انسان پايه‌گذاري شده است.1-2 الگوريتم توسعه داده شده:
با در نظر گرفتن الگوريتم‌هاي بهينه‌سازي مطرح شده، آن‌چه که قابل توجه است اين است که اغلب روش‌هاي بهينه‌سازي عام مطرح شده، شبيه‌سازي کامپيوتري فرايند‌هاي طبيعي هستند. شايد يک دليل براي اين کار، ملموس بودن و سادگي فرموله کردن و درک تکامل اين فرايند‌ها است. در نقطه مقابل، در ارائه‌ي الگويتم‌هاي بهينه‌سازي، علي‌رغم توجه به تکامل زيستي انسان و ساير موجودات (الگوريتم‌هاي ژنتيک و …)، به تکامل اجتماعي وتاريخي او به عنوان پيچيده‌ترين و موفق‌ترين حالت تکامل، توجه چنداني نشده‌ است. در اين طرح، يک الگوريتم الهام گرفته از تکامل اجتماعي انسان، براي بهينه‌سازي، توسعه داده شده است. الگوريتم جديد معرفي شده با الهام‌گيري از يک فرايند اجتماعي سياسي، نسبت به روش‌هاي مطرح شده داراي توانايي بالايي بوده و تا حد بسيار زيادي نيز، سريع مي‌باشد. شکل 1-1 شماي کلي الگوريتم توسعه داده شده موسوم به الگوريتم رقابت استعماري (ICA) را نشان مي‌دهد.الگوريتم توسعه داده شده، همانند ساير روش‌هاي بهينه‌سازي تکاملي، با تعدادي جمعيت اوليه شروع مي‌شود. در اين الگوريتم، هر عنصر جمعيت، يک کشور ناميده مي‌شود. کشور‌ها به دو دسته مستعمره و استعمار‌گر تقسيم مي‌شوند. هر استعمارگر، بسته به قدرت خود، تعدادي از کشور‌هاي مستعمره را به سلطه خود درآورده و آن‌ها را کنترل مي‌کند. سياست جذب و رقابت استعماري، هسته اصلي اين الگوريتم را تشکيل مي‌دهند. مطابق سياست جذب که به صورت تاريخي، توسط کشور‌هاي استعمارگري همچون فرانسه و انگليس، در مستعمراتشان اعمال مي‌شد، کشورهاي استعمارگر با استفاده از روش‌هايي همچون احداث مدارس به زبان خود، سعي در از خود بي خود کردن کشور مستعمره، با از ميان بردن زبان کشور مستعمره و فرهنگ و رسوم آن داشتند. در ارائه اين الگوريتم، اين سياست با حرکت دادن مستعمرات يک امپراطوري، مطابق يک رابطه خاص صورت مي‌پذيرد. شکل 1-2 اين حرکت را نشان مي‌دهد.

اگر در حين حرکت، يک مستعمره، نسبت به استمارگر، به موقعيت بهتري برسد، جاي آن دو با هم عوض مي‌شوند. در ضمن، قدرت کل يک امپراطوري به صورت مجموع قدرت کشور استعمارگر به اضافه درصدي از قدرت ميانگين مستعمرات آن تعريف مي‌شود. يعني

همانگونه که قبلاً نيز بدان اشاره شد، رقابت استعماري، بخش مهم ديگري از اين الگوريتم را تشکيل مي‌دهد. در طي رقابت استعماري، امپراطوري‌هاي ضعيف، به تدريج قدرت خود را از دست داده و به مرور زمان با تضعيف شدن از بين مي‌روند. رقابت استعماري باعث مي‌شود که به مرور زمان، به حالتي برسيم که در آن تنها يک امپراطوري در دنيا وجود دارد که آن را اداره مي‌کند. اين حالت زماني است که الگوريتم رقابت استعماري با رسيدن به نقطه بهينه تابع هدف، متوقف مي‌شود. شکل 1-3 زير شماي کلي رقابت استعماري را نشان مي‌دهد.

1-3 مزاياي الگوريتم توسعه داده شده:
الگوريتم توسعه داده شده، در وهله اول با داشتن يک ديدگاه کاملاً نو به مبحث بهينه‌سازي، پيوندي جديد ميان علوم انساني و اجتماعي از يک سو و علوم فني و رياضي از سوي ديگر، برقرار مي‌کند. ارتباط ميان اين دو شاخه از علم به گونه‌اي مي‌باشد که غالباً رياضيات به عنوان ابزاري قوي و دقيق در خدمت علوم انساني کلي نگر قرار گرفته و به درک و تحليل نتايج آن کمک مي‌کند. اما الگوريتم توسعه داده شده بر خلاف معمول، نقطه‌ي قوت علوم انساني و اجتماعي، يعني کلي‌نگري و وسعت ديد آن را به خدمت رياضيات درآورده و از آن به عنوان ابزاري براي درک بهتر رياضيات و حل بهتر مسائل رياضي استفاده مي‌کند. بنابراين حتي بدون در نظر گرفتن قابليت‌هاي رياضي و عملي روش توسعه داده شده، پيوند ايجاد شده ميان اين دو شاخه به ظاهر جدا از هم، به عنوان يک پژوهش ميان رشته‌اي، در نوع خود داراي ارزش بسياري مي‌باشد.

مزاياي الگوريتم اجتماعي پيشنهادي را مي‌توان به صورت زير خلاصه کرد.

1-4 ساختار متن
در اين نوشتار ابندا در فصل دوم مروري بر بهينه‌سازي و روشهاي مطرح شده براي حل مسائل بهينه‌سازي خواهيم داشت. سپس در فصل سوم الگوريتم معرفي شده بيان شده و جزيئات و نحوه پياده‌سازي آن مورد بررسي قرار مي‌گيرد. در فصل چهارم نيز نمونه‌اي از مسائل حل شده توسط الگوريتم معرفي شده را خواهيم ديد و در نهايت در فصل پنجم، نتيجه‌‌گيري و بررسي مزايا و معيب الگوريتم و پيشنهادات براي ادامه کار را خواهيم داشت. در پيوست هاي 1 و 2 نيز به ترتيب در مورد جعبه ابزار تهيه شده و خلاصه مقالات استخراج شده‌ مطالبي را خواهيم داشت.

چکیده

فصل 1 مقدمه
1-1 هدف و اهميت مسئله
1-2 الگوريتم توسعه داده شده
1-3 مزاياي الگوريتم توسعه داده شده
1-4 ساختار نوشتار

فصل 2 بهينه‌سازي و روشهاي موجود
2-1 انواع مسائل بهينه‌سازي
2-2 روش‌هاي بهينه‌سازي کمينه‌جو
2-2-1 بهينه‌سازي تحليلي
2-2-2 جستجوي خط
2-2-3 روش‌هاي نيوتوني
2-2-4 روش کاهشي نِلدِر ـ ‌ميد با اشکال غير مرکب
2-3 الگوريتم‌ ژنتيک
2-4 الگوريتم بازپخت شبيه‌سازي شده
2-5 بهينه‌سازي گروه ذرات
2-6 کلوني مورچه‌ها
2-7 برنامه‌ريزي ژنتيک

فصل 3 استراتژي بهينه‌سازي مبتني بر تکامل اجتماعي‌ـ‌سياسي
3-1 مقدمه
3-2 مروري تاريخي بر پديده استعمار
3-2-1 هند
3-2-2 مالزي
3-2-3 هندوچين فرانسه
3-2-4 هند شرقي (اندونزي)
3-3 الگوريتم پيشنهادي
3-3-1 شکل دهي امپراطوري‌هاي اوليه
3-3-2 مدل‌سازي سياست جذب: حرکت مستعمره‌ها به سمت امپرياليست
3-3-3 جابجايي موقعيت مستعمره و امپرياليست
3-3-4 قدرت کل يک امپراطوري
3-3-5 رقابت استعماري
3-3-6 سقوط امپراطوري‌هاي ضعيف
3-3-7 همگرايي
3-4 مثال کاربردي
3-5 نتيجه‌گيری
3-6 توابع هزينه مورد استفاده

فصل 4 پياده‌سازي هاي انجام شده
4-1 استفاده از الگوريتم معرفي شده براي طراحي يک کنترل‌کننده PID بهينه
4-1-1 کنترل‌کننده PID
4-1-2 طراحي کنترل‌کننده PID بهينه توسط الگوريتم رقابت استعماري
4-1-3 نتيجه‌گيري
4-2 استفاده از الگوريتم رقابت امپرياليستي براي طراحي کنترل‌کننده PID چند متغيره براي سيستم صنعتي ستون تقطير
4-2-1 مقدمه
4-2-2 کنترل‌کننده PID براي فرايند چند متغيره
4-2-3 نتايج شبيه‌سازي
4-2-4 نتيجه‌گيري
4-3 الگوريتم رقابت استعماري؛ ابزاري براي يافتن نقطه تعادل نش
4-3-1 يک بازي غير خطي استاتيک ساده
4-3-2 يک بازي با پيچيدگي بيشتر
4-4 طراحي بهينه آنتهاي آرايه‌اي
4-5 استفاده از الگوريتم رقابت استعماري براي شناسايي ويژگي مواد از آزمون فرورفتگي
4-5-1 مقدمه
4-5-2 توصيف مسئله معکوس
4-5-3 حل مسئله معکوس توسط الگوريتم رقابت استعماري
4-5-4 نتيجه‌گيری
4-6 کنترل فازي اتومبيل
4-6-1 مدل اتومبيل
4-6-2 نتايج

فصل 5 خلاصه، نتيجه‌گيري و پيشنهادات

فصل 6 مراجع

لازم به ذکر است که فایل PDF جامعتر این متن آموزشی نیز بر روی سایت در این لینک (کلیک کنید) قرار گرفته است. توصیه می شود پس از مطالعه بخش مربوطه در وبسایت، در صورت تمایل متن فایل PDF را نیز مطالعه نمایید.

نکتهدیگر قابل ذکر این است که الگوریتم رقابت استعماری در حال حاضر درنسخه های مختلف و با تغییراتی نسبت به نسخه اولیه آن توسط دانشجویان و محققین حوزه بهینه سازی مورد استفاده قرار می گیرد. متن آموزشی ارائه شده بر روی سایت ورژن اولیه و نسخه ابتدایی الگوریتم رقابت استعماری می باشد. برای آشنایی با نسخه های جدیدتر الگوریتم می توانید به برخی از مقالات ارائه شده بر روی سایت مراجعه نمایید.

• مقالات انگلیسی الگوریتم رقابت استعماری (کلیک کنید)
  
• مقالات فارسی الگوریتم رقابت استعماری (کلیک کنید)
  
• پایان نامه های الگوریتم رقابت استعماری (کلیک کنید)