Разработка и исследование вероятностных эволюционных алгоритмов для моделирования и оптимизации сложных систем
Диссертация - Менеджмент
Другие диссертации по предмету Менеджмент
истема GA lab
Программная система GA lab, реализует работу стандартного ГА с возможностью выбора различных параметров алгоритма. В качестве тестовых задач использованы функции, описанные в п.1.1. (см. приложение 1).
Приложение имеет следующие опции:
-Выбор одинарного прогона или набора статистики;
-Стандартное бинарное кодирование или рефлексивный код Грея с возможностью выбора точности кодирования (шага дискретизации);
-Вероятность мутации: высокая, равномерная, низкая или отсутствует;
-Селекция: турнирная, пропорциональная или ранговая;
-15 тестовых задач;
-Визуализация изменения пригодности: средней по популяции, лучшего и худшего индивидов;
Приложение разработано в среде визуального программирования Borland Builder C++ 5.0. Системные требования: IBM PC Pentium совместимый, 1Мб дискового пространства, 32 Мб ОЗУ, ОС Windows 9x, Me, 2000, NT, XP.
Работа начинается с окна выбора режима работы: одинарный прогон ГА или набор статистики (рис. 19). В обоих режимах предоставляется одинаковый выбор параметров за исключением выбора количества прогонов в режиме статистики.
Рис. 19. Стартовый диалог в приложении GA lab.
Далее появляется окно, содержащее настройки алгоритма, органы управления и слежения за динамикой алгоритма (рис. 20).
Рис. 20. Главное окно приложения GA lab.
В режиме набора статистики по результатам частных прогонов алгоритма на выбранной тестовой задаче, пользователю предоставляется оценка надежности (число успешных запусков к общему числу запусков алгоритма) и среднего числа итераций (среднее число итераций до нахождения оптимума в успешных прогонах).
3.1.2Программная система ProbGA lab
Программная система ProbGA lab реализует работу вероятностного ГА с возможностью выбора различных параметров алгоритма. В качестве тестовых задач использованы функции, представленные в приложении 1.
Приложение имеет следующие опции:
-Выбор одинарного прогона или набора статистики;
-Стандартное бинарное кодирование или рефлексивный код Грея с возможностью выбора точности кодирования (шага дискретизации);
-Вероятность мутации: высокая, равномерная, низкая или отсутствует;
-Тип мутации: новая популяция, старая популяция или обе популяции;
-Селекция: пропорциональная, элитарная, ранговая или турнирная с выбором размера турнира;
-Схема формирования новой популяции: из объединения новой и старой, 50% из новой и 50% из старой;
-15 тестовых задач;
-Слежение за динамикой алгоритма: размерность бинарного вектора, текущий вектор вероятностей, текущее лучшее решение.
Приложение разработано в среде визуального программирования Borland Builder C++ 5.0. Системные требования: IBM PC Pentium совместимый, 1Мб дискового пространства, 32 Мб ОЗУ, ОС Windows 9x, Me, 2000, NT, XP.
Работа приложения начинается с окна выбора режима работы: одинарный прогон или набор статистики (рис. 21):
Рис. 21. Стартовый диалог в приложении ProbGA lab.
Главное окно приложения содержит настройки алгоритма, органы управления и слежения за динамикой алгоритма (рис. 22).
Рис. 22. Главное окно приложения ProbGA lab.
После завершения одинарного прогона в поле Результат выводится лучшее решение, значение выбранной функции в этой точке и номер итерации, когда было найдено решение (рис. 23). В режиме набора статистики после выполнения заданного числа прогонов выводится оценка надежности и среднего числа итерации.
Рис. 23. Вывод результатов в приложении ProbGA lab.
3.2Программная реализация методов обыкновенного и вероятностного генетического программирования
Рабочим языком программирования был выбран Borland C++, поскольку он предоставляет возможности гибкого объектно-ориентированного программирования, а также является мощнейшим инструментом для реализации программ под Win32.
Для представления деревьев решений в памяти компьютера был выбран связанный список классов, описывающих вершины дерева (рис. 24):
Рис. 24. Пример представления дерева в памяти компьютера.
3.2.1Программная система GP: Symbolic Regression
На основе предложенного алгоритма решения задачи символьной регрессии созданы база для реализации метода генетического программирования и программная система, решающий задачу символьной регрессии.
Приложение разработано в среде визуального программирования Borland Builder C++ 5.0. Системные требования: IBM PC Pentium совместимый, 1Мб дискового пространства, 32 Мб ОЗУ, ОС Windows 9x, Me, 2000, NT, XP Среднее время вычислений (зависит от сложности структур деревьев, от размера популяции и объема выборки): до 100 поколений в минуту.
Ниже представлено главное окно приложения:
Рис. 25. Рабочее окно приложения GP: Symbolic Regression.
Меню 1 состоит из элементов File , Options, Help. При входе в меню Options появляется окно настроек (рис. 26), в котором задается размер популяции, максимальная начальная глубина деревьев, метод выращивания, вероятность мутации, тип селекции и параметры. При выборе пункта Help появляется окно с информацией о данном программном продукте (рис. 27).
Рис. 26. Окно настроек.
Рис. 27. Окно Help.
В окне отображения лучшего решения в поколении 2 представлены: номер текущего поколения, пригодность лучшего решения и его выражение.
Текущие настройки параметров алгоритма 3 отражают текущие н