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종족의 분할과 병합을 이용한 효율적 공진화 알고리즘
An Efficient Coevolutionary Algorithm based on Species Splitting and Merging 원문보기

정보과학회논문지. Journal of KIISE. 소프트웨어 및 응용, v.28 no.2, 2001년, pp.168 - 178  

박성진 ((주)전능메디칼소프트웨어 연구원) ,  김명원 (숭실대학교 컴퓨터학부)

초록
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진화 알고리즘은 자원 관리, 스케줄링, 패턴 인식 등의 다양한 문제들에 적용되는, 일반적이고 효율적인 최적화 방법이다. 그러나 이러한 진화 알고리즘의 문제점은 탐색해야할 변수가 증가할수록 그에 따른 차원의 증가로 인하여 기하급수적으로 늘어나는 탐색공간에 약하다는 것이다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 Potter와 DeJong은 개개의 종족을 독립적으로 진화시킴으로써 탐색공간을 대폭 줄인, 협력 공진화 알고리즘을 제안하였다. 그러나 이것 또한 변수 의존성이 강한 문제들에 대해서는 비효율적인 탐색을 하는 문제점이 있다. 본 논문에서는 종족의 분할과 병합을 이용한 효율적인 공진화 알고리즘을 제안한다. 이 알고리즘은 최적화하려는 변수들이 서로 의존성이 없는 경우에는 종족의 분할을 통하여 탐색공간의 축소의 잇점을 얻고, 최적화하려는 변수들이 서로 의존성이 있는 경우에는 종족의 병합을 통하여 전역탐색을 하도록 한다. 제안하는 알고리즘을 몇 가지 벤치마크 함수 최적화 문제와, 상품 재고 제어문제로 실험하여 현존하는 어떤 공진화 알고리즘 보다도 효율적인 것을 보여준다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 않게 된다. ACC의 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 논문에서는 분할과 병합을 함께 히-는 진화 알고리즘 SMGA를 제안한다.
  • 그리고, 잦은 종족의 병합과 분할로 인해 낮아진 효율성을 높이기 위해 종족의 병합 후에도 병합 전의 종족들을 버리지 않고 동시 진화하면서, 진화 도중 각 종족의 진화 기여도를 체크하여 진화 기여도가 낮은 종족들을 없애는 방법을 적용해 보고자 한다. 이렇게 하면 가능한 종족들의 조합이 많아서 어느 종족을 생성시킬 것인지를 결정하기 어렵다는 단점이 있으나 진화 기여도를 고려하여 종족의 존망을 결정하게 되므로 효율적인 진화가 가능할 것이다.
  • 따라서 종족의 분할은 한 종족에 대하여 종족을 나타내는 변수집합을 어떻게 분할하는가에 따라 여러가지 방법으로 분할 할 수 있다. 본 논문에서는 종족의 분할을 최소단위의 변수집합 즉, 1개의 변수만을 포함하는 집합에 대응하는 종족(단일종족)으로 분할하는 것으로 한다. 분할의 시점은 병합된 종족들 각각을 세대마다 보면서, 그 종족이 전체 엘리트 염색체의 향상에 기여를 했는지를 체크하여 주어진 세대 동안 기여하지 못하였을 경우 분할 하도록 한다.
  • 본 논문에서는 진화 알고리즘의 성능을 향상시키기위하여 기존의 방법들을 개선한 새로운 방법을 제시하였다. 실험 결과 제시한 알고리즘이 대상이 된 실험 함수들에 대하여 기존의 알고리즘보다 좋은 성능을 보였다.
  • 현재 벤치마크 함수들과 ICP에 대해서 실험을 하였으나 제안하는 알고리즘의 타당성과 일반성을 검증하기 위해서 보다 많은 변수 의존성이 높은 여러가지 실제적인 문제(피지 논리 제어기의 최적화 문제, 자원 할당 문제 등)에 적용하여 효율성을 검증해 보고자 한다. 그리고, 잦은 종족의 병합과 분할로 인해 낮아진 효율성을 높이기 위해 종족의 병합 후에도 병합 전의 종족들을 버리지 않고 동시 진화하면서, 진화 도중 각 종족의 진화 기여도를 체크하여 진화 기여도가 낮은 종족들을 없애는 방법을 적용해 보고자 한다.

가설 설정

  • proi (c?k3 叼를 병합된 개체군 Sv, (.t) 중 /번쩨 염색체 C*’에서, ■咋(分의 원소 중 k의 변수들을 표현하는 염색체의 유전자 부분만을 뽑아내는 함수라고 가정하자. 이때 종족 為를 나타내는 변수집합 K의 분할(partition) 을 P={UXU2.
  • 분할의 시점은 병합된 종족들 각각을 세대마다 보면서, 그 종족이 전체 엘리트 염색체의 향상에 기여를 했는지를 체크하여 주어진 세대 동안 기여하지 못하였을 경우 분할 하도록 한다. 다시 말하면, 병합된 종족이 여러 세대동안 개선이 없는 경우 이를 탐색점이 진화 속도가 느린 탐색 영역에 존재한다고 가정하고, 다시 종족을 분할함으로써 탐색 공간의 축소를 통해 진화 속도가 향상되도톡 한다.
  • 변수 의존성의 정의를 다르게 나타내면 다음과 같다. 적합도 값이 높은 염색체가 좋은 염색체라고 가정하고, 어떤 염색체 C 가 C=(C], 勺, %, . . ., 贝)와 깉-이 구성되어 있다고 가정하고, IWs, 洋, 인 z, .에 대하여, W 는 염색체 C 의 公를 糸으로 교체했을 때의 적합도의 차이로, 그리고 4F") 는 염색체 G 의 3와 勺를 각각 G.
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참고문헌 (10)

  1. Potter, M. A. and K. A. Dejong (1994). A cooperative coevolutionary approach to function optimization. In Y. Davidor and H.-P Schwefel (Eds.), Proceedings of the Third Conference on Parallel Problem Solving from Nature, pp. 249-257. Springer-Verlag 

  2. Weicker, K. and Weicker N. (1999). On the improvement of revolutionary optimizers by learning variable interdependencies, Congress on Evolutionary Computation, CEC99, pp. 1627-1632 

  3. Nash, J. (1951). Non-cooperative games. Annals of Mathematics 54(2), 286-295 

  4. Potter, M. A. (1997). The design and analysis of a computational model of cooperative coevolution. Ph. D. thesis, George Mason University, Fairfax, Virginia 

  5. Munetomo, M. and Goldberg, D. E. (1999). Identifying Linkage Groups by Nonlinearity/Non-monotonicity Detection, In Banzhaf, W. et al. (Eds.). Proceedings of the Genetic and Evolutionary Computation Conference 1999 (GECCO-99). San Fransisco, CA: Morgan Kaufmann 

  6. Salomon, R. (1996). Reevaluating genetic algorithm performance under coordinate rotation of benchmark functions. BioSystems 39, 210-229 

  7. Michalewicz, Z. (1995). Genetic Algorithms + Data Structures Evolution Programs. Third, Extended Edition. Springer-Verlag 

  8. Potter M. A. and K. A. De Jong (1998). The coevolution of antibodies for concept learning. Proceedings of the Fifth International Conference on Parallel Problem Solving from Nature, pp. 530-539. Springer-Verlag 

  9. Sen S., Biswas A., Debnath S. and Puppala N. (1999) Cooperative Coevolution using Shared Memory Genetic and Evolutionary Computing Conference (GECCO '99) workshop on Coevolutionary Algorithms and Coevolutionary Agents 

  10. Roger Eriksson and Bjorn Olsson (1997). Cooperative Coevolution in Inventory Control Optimisation. In Smith, Steele and Albrecht (Eds.) Proceedings of 3rd International Conference on Artificial Neural Networks and Genetic Algorithms (ICANNGA97), Norwich, UK, April 1-4 1997 

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