به نام خالق لوح و قلم

1. موضوع ارائه : الگوريتم ژنتيک توسط دانشجويان : محسن اکبري دانا محمد ميرزائيان دوره : کارشناسي ناپيوسته نام استاد : دکتر داور پناه به نام خالق لوح و قلم 1

2. 2 مقدمه • الگوريتم ژنتيک در سال 1970 توسط هالند ، ديجونگ و گلدبرگ ارايه شده است . • اين الگوريتم براي بهينه سازي مسايل پيچيده با فضاي جستجو ناشناخته مناسب است . • به طور مختصر گفته مي شود که الگوريتم ژنتيک يک تکنيک برنامه نويسي است که از تکامل ژنتيکي به عنوان يک الگوي حل مساله استفاده مي کند . • الگوريتم ژنتيک يک تکنيک جستجو در علم کامپيوتر براي يافتن راه حل بهينه در مسايل جستجو است . • الگوريتم ژنتيک يکي از انواع الگوريتم الگوريتم تکاملي است که از علم زيست شناسي و مسئله انتخاب طبيعي داروين مثل وراثت، جهش ، انتخاب ناگهاني ، انتخاب طبيعي و ترکيب الهام گرفته شده است . محسن اکبري دانا/محمد ميرزائيان تعداد کل صفحات : 18 موضوع :الگوريتم ژنتيک

3. 3 معرفي واژگان الگوريتم ژنتيک از آنجا که الگوريتم ژنتيک از دو علم کامپيوتر و ژنتيک طبيعي نشات گرفته است واژه هاي مورد استفاده اش مخلوطي است از واژه هاي طبيعي و مصنوعي ، مفاهيم اوليه که در فهم الگوريتم ژنتيک بسيار حياتي هستند . محسن اکبري دانا/محمد ميرزائيان تعداد کل صفحات : 18 موضوع :الگوريتم ژنتيک

4. 4 کروموزوم اساس الگوريتم ژنتيک تبديل هر مجموعه جواب به يک کدينگ است . اين کدينگ را اصطلاحا کروموزم مي گويند. به کروموزوم ، فرد ، رشته ، ساخت نيز گفته شده است . همچنين مي توان آنها را ژنوتيپ نيز ناميد کروموزوم انسان محسن اکبري دانا/محمد ميرزائيان تعداد کل صفحات : 18 موضوع :الگوريتم ژنتيک

5. 5 فنوتيپ يا تابع برازندگي هر کروموزوم متناظر با يک مجموعه جواب از مسئله است . مجموعه متناظر با هر کروموزوم را يک فنوتيپ مي گويند . ژن عناصر تشکيل دهنده يک کروموزوم که معمولا اعداد هستند را ژن مي گويند. ژن ها را ترکيب ، نشان و کاشف نيز ناميده اند . محسن اکبري دانا/محمد ميرزائيان تعداد کل صفحات : 18 موضوع :الگوريتم ژنتيک

6. 6 جمعيت مجموعه اي از کروموزوم ها را يک جمعيت مي گويند نسل هر تکرار از الگوريتم را يک نسل مي گويند محسن اکبري دانا/محمد ميرزائيان تعداد کل صفحات : 18 موضوع :الگوريتم ژنتيک

7. 7 مثال ساده با حروف الفبا محسن اکبري دانا/محمد ميرزائيان تعداد کل صفحات : 18 موضوع :الگوريتم ژنتيک

8. 8 ساختار کلي الگوريتم ژنتيک ابتدا بيش از هر چيزي بايد مکانيزمي براي تبديل هر جواب به يک کروموزوم تعريف کرد ، پس از آن که يک مجموعه از کروموزوم ها که در حقيقت مجموعه اي از جواب هاي مسئله هستند به عنوان يک جمعيت آعازين تهيه مي گردند . اين مجموعه که اندازه آن دلخواه است و توسط کاربر تعريف مي شود اغلب به صورت تصادفي ايجاد مي گردند . بعد از اين مرحله بايد با بکارگيري عمليات ژنتيک اقدام به ايجاد کروموزوم هاي جديد موسوم به فرزند نمود . محسن اکبري دانا/محمد ميرزائيان تعداد کل صفحات : 18 موضوع :الگوريتم ژنتيک

9. 9 بعد از ايجاد فرزندان با استفاده از عمل تحول اقدام به انتخاب برازنده ترين کروموزوم ها نمود ، بدين صورت يک نسل از الگوريتم طي شده است ، الگوريتم بعد از چندين نسل بتدريج به سمت جواب بهينه همگرا مي شود . شرط توقف الگوريتم نيز طي کردن تعداد معيني تکرار است که پيش از آغاز الگوريتم توسط کاربر تعيين مي شود . محسن اکبري دانا/محمد ميرزائيان تعداد کل صفحات : 18 موضوع :الگوريتم ژنتيک

10. 10 ايجاد جمعيت اوليه اولين مرحله بعد از تعيين تکنيکي که براي تبديل هر جواب به يک کروموزوم به کار مي رود ايجاد يک جمعيت اوليه از کروموزم هاست . در اين مرحله جواب اوليه معمولا به صورت تصادفي توليد مي شود . البته در بعضي موارد با توجه به نوع مسئله و براي بالا بردن سرعت همگرايي الگوريتم از روش ابتکاري نيز استفاده مي گردد . به هر حال عمومي ترين و فراگير ترين روش ، استفاده از يک رويکرد تصادفي است . محسن اکبري دانا/محمد ميرزائيان تعداد کل صفحات : 18 موضوع :الگوريتم ژنتيک

11. 11 روش هاي انتخاب و ايجاد فرزندان 1- تقاطع ( Crossover ) در اين روش دو کروموزوم براي معاوضه سگمنت هاي کدشان انتخاب مي شوند ، اين فرآيند بر اساس فرآيند ترکيب کروموزوم ها در طول توليد مثل در موجودات زنده شبيه سازي شده است . محسن اکبري دانا/محمد ميرزائيان تعداد کل صفحات : 18 موضوع :الگوريتم ژنتيک

12. 12 2- جهش ژني Mutation قبل از اين که کروموزوم ها در نسل بعدي قرار بگيرند احتمال دارد دچار جهش يا تغيير ناگهاني شوند . جهش يک تغيير ناگهاني در ژن است ، در طبيعت سرطان ها حاصل جهش هاي ژني هستند . محسن اکبري دانا/محمد ميرزائيان تعداد کل صفحات : 18 موضوع :الگوريتم ژنتيک

13. 13 3- جاگذاري (Insertion) در اين روش يک کروموزوم را به صورت تصادفي انتخاب مي کنيم و 2 نقطه تصادفي را از آن کروموزوم بر مي گزينيم سپس ژن انتخاب شده سمت راست را با سمت راست ژن سمت چپ همسايه مي کنيم به صورت شکل زير: محسن اکبري دانا/محمد ميرزائيان تعداد کل صفحات : 18 موضوع :الگوريتم ژنتيک

14. 14 • مراحل الگوريتم ژنتيک • مراحل الگوريتم ژنتيک عبارتند از : • 1- ايجاد جمعيت اوليه • 2- ارزيابي و مرتب سازي جواب ها و حذف اعضاي اضافي جمعيت ( در صورت وجود ) • 3- انتخاب عده اي از بهترين اعضاي جمعيت به عنوان والد ها بر حسب شايستگي ، انجام عمل تقاطع ميان آن ها و ايجاد جمعيتي از فرزندان • 4- انتخاب عده اي از اعضاي جمعيت به صورت تصادفي و انجام عمل • جهش ( Mutaion) • 5- ادغام جمعيت اصلي، جمعيت فرزندان و جهش يافتگان • 6- در صورتي که شرايط خاتمه محقق شده اند ، رفتن به مرحله 7 ، در غير اينصورت بازگشت به مرحله 2 • 7- پايان محسن اکبري دانا/محمد ميرزائيان تعداد کل صفحات : 18 موضوع :الگوريتم ژنتيک

15. 15 در ادامه يک نمونه از مسائل ساده اي که الگوريتم ژنتيک براي آن جواب ارائه مي دهد بررسي خواهيم کرد ، اين مسئله جز مسائل Benchmark Problem مي باشد. تابع Sphere تعريف اين تابع به صورت زير مي باشد : محسن اکبري دانا/محمد ميرزائيان تعداد کل صفحات : 18 موضوع :الگوريتم ژنتيک

16. 16 2 – ارزيابي و مرتب سازي جمعيت و حذف جواب هاي اضافي 1 - ايجاد جمعيت اوليه مشخصا براي ايجاد جمعيت اوليه ، در مورد الگوريتم ژنتيک باينري ، مشکل چنداني نداريم ، فقط کافي است متناظر با هر کدام از اعضاي جمعيت ، يک بردار تصادفي با مولفه هاي صفر و يک ايجاد کنيم . • 1- سپري شدن تعداد معيني از تکرار ( Generation ، نسل ، Iteration) • 2- رسيدن به حد مطلوبي از جواب • 3- سپري شدن تعداد معيني از تکرارها ، بدون مشاهده بهبود خاصي در نتيجه محسن اکبري دانا/محمد ميرزائيان تعداد کل صفحات : 18 موضوع :الگوريتم ژنتيک

17. منابع : [1]الگوريتم هاي فراابتکاري در بهينه سازي ترکيبي ، تاليف دکتر مصطفي زنديه ، دکتر اکبر عالم تبريز ، مهندس عليرضا محمد رحيمي ، انتشارات صفار، اشراقي [2] Goldberg, D.E., 1989, "Genetic algorithm in search ,Optimization and Machine Learning" ,Addison-Wesley ,Wokingham ,England. [3]Chaudhry,S.S and Luo,W.,2005". Application genetic algorithm in production and operation management : a review". International Journal of Production Research, 43,19,4083-4101. [4] پايان نامه کارشناسي ارشد ، ميثم ربيعي ، دانشکده مهندسي صنايع دانشگاه صنعتي خواجه نصير الدين طوسي ، حل مسئله جريان کارگاهي دو مرحله اي انعطاف پذير بدون وقفه. محسن اکبري دانا/محمد ميرزائيان تعداد کل صفحات : 18 موضوع :الگوريتم ژنتيک

18. در پايان جا دارد از توجه شما دانشجويان گرامي و استادگرانقدر دکتر داور پناه کمال تشکر را داشته باشيم . بهار 92 پايان 18