Генетические алгоритмы в изобретательских задачах
Курсовой проект - Менеджмент
Другие курсовые по предмету Менеджмент
?ть Само-индукцияПоверхность (площадь)ОбъемМомент инерции плоской фигурыL5T0T1ПроводимостьПериод ПродолжительностьДлительность расстоянияL2T1L3T1L4T1L5T1T2L-1T2Поверхность времениL1T2L2T2L3T2L4T2L5T2
Система опирается всего на две базовых единицы, каждая из которых квантуется - единицу длиныL и единицу времени T.Размерности всех остальных физических величин представляются как произведение целочисленных степеней базовых единиц LmT-n. Поскольку измерение осуществляется в трехмерном мире, то соотношение степеней размерностей должно подчиняться правилу: |m+n|?3.
Согласно терминологии горизонтальные строки таблицы называются трендами пространственных ресурсов. Легко заметить, что размерности свойств всех элементов тренда имеют в своем составе множитель L+1, который передается по наследству от свойства к свойству слева направо, и который можно назвать геном длины.
Аналогично пространственным трендам можно ввести понятие временных трендов - это столбцы таблицы. В столбцах от свойства к свойству снизу вверх передается ген времени T+1.
Кроме ресурсов пространства и времени, следует определить место вещественно-полевых ресурсов (ВПР) в таблице Бартини. Для этого введем понятие тренда ВПР - это диагональ таблицы, проходящая слева снизу направо вверх. Тренды ВПР образуют семь диагоналей, содержащие физические свойства с размерностями LmT-n, при |m+n|?3. Все тренды ВПР от поколения к поколению передают ген скорости L1T-1=V+1. Сумма показателей степеней величин, лежащих на отдельном тренде, совпадает и отличается от суммы показателей степеней величин соседних трендов на единицу.
В работе получено дифференциальное уравнение, описывающее эволюцию свойства икс-элемента после момента "озарения" или захвата икс-элемента системой мысленного поиска и слежения в сознании изобретателя:
генетический алгоритм изобретательская задача
(1)
Где и - координаты, описывающие эволюцию конкурирующих свойств технического противоречия, - координата, определяющая эволюцию икс-элемента в режиме слежения, - некоторый коэффициент, зависящий от психологической инерции, - коэффициент, зависящий от остроты мышления.
Когда инерция преодолена, свойство икс-элемента четко фиксируется сознанием, т.е. уже не изменяется, наступает установившийся режим , и из дифференциального уравнения получаем алгебраическое уравнение:
(2)
Произведение передает наследственную информацию о свойствах и "родителей", свойству их "ребенка", то есть икс-элементу. Для определения физического свойства переходим от математического уравнения к его физического эквиваленту в виде уравнения размерностей в LT-базисе Бартини:
m3Tn3= C Lm1Tn1 Lm2Tn2 (3)
ПостояннаяC является размерной константой, т.е. Lm4Tn4, и где все mi и nj - целые числа, положительные и отрицательные.
В уравнении произведение Lm1Tn1 Lm2Tn2 определяет тот элемент тренда ВПР, в котором заложены свойства того и другого "родителей". Сам же тренд ВПР, проходящий через этот элемент с размерностью Lm1Tn1 Lm2Tn2, может быть назван родительским.
Следовательно, операцией скрещивания особей будет умножение соответствующих физических размерностей. Однако если традиционно рассматривается одно, ключевое, противоречие, то в генетическом алгоритме их участвует десятки и сотни, что позволяет вовлечь в процесс решения множество факторов и ресурсов, имеющихся в задаче[2].
3. Генетический алгоритм в изобретательской задаче
Определим следующую последовательность решения изобретательской задачи, в которой используем генетический алгоритм.
. Описание изобретательской ситуации
. Синтез потоковой информационно-энергетической структурной схемы
. Выбор факторов системы, влияющих на потребительские характеристики задачи.
. Кодирование факторов с помощью LT-таблицы Бартини.
. Создание исходной популяции факторов.
. Расчет функций приспособленности факторов.
. Проверка условия завершения генетического алгоритма.
Если условие не достигнуто, то продолжается селекция факторов, скрещивание и мутация, а затем создание новой популяции.
Если условие достигнуто, то выбирается лучший фактор для решения задачи и выход из алгоритма.
. Переход к шагу 6.
Генетический алгоритм начинается с шага 4 - кодирования факторов. Кодирование факторов означает, что особям (факторам) присваиваются физические размерности из таблицы Бартини. Кроме того, для каждой особи должна рассчитываться функция приспособленности, позволяющая определить, какая физическая размерность более или менее подходит для решения поставленной задачи. Функцию приспособленности выбираем исходя из условия конкретной задачи. Для принятия решения рассчитаем родительский тренд, и по таблице Бартини найдем с помощью генетического алгоритма ту физическую размерность, которая находится на родительском тренде и имеет наибольшую среди особей этого тренда функцию приспособленности.
3.1 Операторы генетических алгоритмов
В каждой генерации хромосомы являются результатом применения некоторых генетических операторов. В простых ГА (ПГА) Д. Гольдберга существует три основных оператора (или функции, или шага, или процесса): селекция (репродукция), кроссинговер (скрещивание) и мутация.
Рассмотрим кратко эти основные операторы. Натуральная селекция - это процесс, посредством которого хромосомы, имеющие более высокое значение ЦФ (с сильными признаками), получают больш