$\require{mediawiki-texvc}$

연합인증

연합인증 가입 기관의 연구자들은 소속기관의 인증정보(ID와 암호)를 이용해 다른 대학, 연구기관, 서비스 공급자의 다양한 온라인 자원과 연구 데이터를 이용할 수 있습니다.

이는 여행자가 자국에서 발행 받은 여권으로 세계 각국을 자유롭게 여행할 수 있는 것과 같습니다.

연합인증으로 이용이 가능한 서비스는 NTIS, DataON, Edison, Kafe, Webinar 등이 있습니다.

한번의 인증절차만으로 연합인증 가입 서비스에 추가 로그인 없이 이용이 가능합니다.

다만, 연합인증을 위해서는 최초 1회만 인증 절차가 필요합니다. (회원이 아닐 경우 회원 가입이 필요합니다.)

연합인증 절차는 다음과 같습니다.

최초이용시에는
ScienceON에 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 로그인 (본인 확인 또는 회원가입) → 서비스 이용

그 이후에는
ScienceON 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 서비스 이용

연합인증을 활용하시면 KISTI가 제공하는 다양한 서비스를 편리하게 이용하실 수 있습니다.

모방 화음탐색법의 개발 : 흉내내기에 의한 최적화 성능 향상
Development of Copycat Harmony Search : Adapting Copycat Scheme for the Improvement of Optimization Performance 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.19 no.9, 2018년, pp.304 - 315  

전상훈 (고려대학교 건축사회환경공학과) ,  최영환 (고려대학교 방재과학기술연구소) ,  정동휘 (계명대학교 토목공학과) ,  김중훈 (고려대학교 건축사회환경공학부)

초록
AI-Helper 아이콘AI-Helper

화음탐색법은 근래에 개발된 메타휴리스틱 알고리즘 중 하나로, 다양한 분야의 최적화 문제에 적용되어 많은 연구자들에게 널리 알려진 바 있다. 하지만 최적화 문제의 복잡성이 날로 증가하여 기존 화음탐색법으로는 최적해를 효율적으로 탐색할 수 없는 경우가 증가하고 있다. 이를 개선하기 위해 기존 매개변수 설정의 변경 및 다른 메타휴리스틱 알고리즘의 특성과의 융합 등을 통해 화음탐색법의 성능을 향상시킨 연구가 다수 존재한다. 본 연구에서는 기존 화음탐색법의 매개변수설정 방법과 해탐색 성능을 개선한 모방 화음탐색법 (Copycat Harmony Search, CcHS)을 제시하였다. 모방 화음탐색법의 성능을 검증하기 위하여 대표적인 수학적 최적화 문제에 적용하여 기존에 개발되었던 향상된 형태의 화음탐색법 알고리즘들과 결과를 비교하였다. 모방 화음탐색법은 모든 수학적 최적화 문제에서 다른 알고리즘보다 전역해에 가까운 해를 찾음으로써 최적해 탐색의 효율성을 입증하였다. 또한, 알고리즘의 공학문제의 적용성을 분석하기 위하여 기존에 널리 적용되었던 상수도관망 최적설계 문제에 CcHS를 적용하였다. 그 결과 본 연구에서는 기존 화음탐색법이 제안한 최소 설계비용보다 약 21.91% 더 저렴한 비용을 제시하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Harmony Search (HS) is a recently developed metaheuristic algorithm that is widely known to many researchers. However, due to the increasing complexity of optimization problems, the optimal solution cannot be efficiently found by HS. To overcome this problem, there have been many studies that have i...

주제어

AI 본문요약
AI-Helper 아이콘 AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 하지만 모의횟수가 진행되어도 HM 내 솔루션이 개선되지 않는 상황을 해결하기 위해 최적해 탐색 성능을 향상시킨 알고리즘은 제시된 바 없다. 따라서 본 연구에서는 모방 화음탐색법을 개발하여 해당 문제를 해결하고 최적해를 찾는 성능을 개선하였다.
  • 따라서 본 연구에서는 화음탐색법의 매개변수 설정 방법과 해탐색 성능을 개선한 모방 화음탐색법을 개발하였다. Copycat이란 남을 모방하는 사람 혹은 어떠한 행위를 흉내 내는 사람을 일컫는다.
  • 본 연구에서는 모방 화음탐색법을 상수도 관망 최적 설계에 적용하여 실제 공학적 최적화 문제에서의 최적화 성능을 검증하였다.
  • 본 연구에서는 최적해 탐색 성능을 개선하여 이러한 문제점을 해결하고자 하였다. 열등한 솔루션이 우수한 솔루션의 값을 모방함으로써 최적해 탐색의 효율성을 증대시킬 수 있는 모방 화음탐색법 (Copycat Harmony Search, CcHS)을 개발하였다.
  • 또한, 각 관로 내 유량 방향의 예측이 어렵고 물을 공급하기 위한 각 절점에서의 최소수압을 만족해야 하는 등 제한된 조건도 존재하여 최적의 설계안을 찾는 일은 쉽지 않다. 이와 같은 이유로, 메타휴리스틱 알고리즘 전문가들은 최적화 과정을 적용하여 상수도 관망의 최적 설계안을 구하고자 하였다. 실제 2000년도 이후부터는 메타휴리스틱 알고리즘을 적용하여 상수도 관망 설계안의 최소 비용을 구하고자 한 연구가 다수 진행된 바 있다 [22-27].
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
수학 및 컴퓨터공학 분야에서 최적화란 무엇을 의미하는가? 수학 및 컴퓨터공학 분야에서 최적화란 모든 가능한 대안의 집합으로부터 이루고자 하는 목적에 가장 적합한 해를 찾는 과정으로 정의할 수 있다. 최적의 해는 제약조건 (Constraints)을 만족하는 범위 내에서 구하고자 하는 목적에 따라 결정되는 목적함수 (Objective Function)에 의해 계산된다.
화음탐색법을 구성하는 대표적인 매개변수는? 화음탐색법은 HMCR, PAR 및 BW라는 3가지의 대표적인 매개변수로 구성되어 있다. HMCR은 새로운 솔루션의 기억회상 및 무작위선택 중 결정의 척도로 적용되는 매개변수이며, 전역탐색에 있어 중요한 역할을 수행한다.
메타휴리스틱 알고리즘 현상을 모방하여 개발된 알고리즘은 무엇이 있나? 1975년, 유전자의 진화연산 과정을 모방한 유전자 알고리즘(Genetic Algorithm, GA) [2]이 소개된 이후, 메타휴리스틱 알고리즘에 관한 관심은 급속히 확산되었다. 이후 이러한 현상을 모방하여 개발된 알고리즘으로는 담금질 과정을 모방한 모의담금질기법 (Simulated Annealing, SA) [3], 개미들이 페로몬을 통해 최단경로를 찾는 과정을 모방한 개미군집알고리즘 (Ant Colony Optimization Algorithm, ACO) [4], 동물 군집에서 집단으로 이동하는 현상을 모방한 입자군집최적화기법 (Particle Swarm Optimization, PSO) [5], 음악의 즉흥연주 과정에서 착안된 화음탐색법 (Harmony Search, HS) [6], 빛을 내어 다른 반딧불이들을 끌어모으는 현상을 모방한 반딧불이 알고리즘 (Firefly Algorithm, FA) [7] 등이 있다. 이러한 메타휴리스틱 알고리즘들은 간단한 수학문제 뿐만 아니라, 실제 공학적 최적화 문제를 해결하기 위해 광범위한 분야에 효과적으로 적용되고 있다.
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (28)

  1. Z. W. Geem, and W. B. Geem. "Cutting-edge optimization technique and its applications to the civil engineering." The Magazine of the Korean Society of Civil Engineers, vol. 55, no. 2, pp. 155-171, 2007. 

  2. J. H. Holland. "Adaptation in natural and artificial systems. An introductory analysis with application to biology, control, and artificial intelligence." Ann Arbor, MI: University of Michigan Press, 1975. 

  3. S. Kirkpatrick, C. D. Gelatt, and M. P. Vecchi. "Optimization by simulated annealing." science, vol. 220, no. 4598 pp. 671-680, 1983 

  4. M. Dorigo. "Optimization, learning and natural algorithms." Ph. D. Thesis, Politecnico di Milano, Italy, 1992. 

  5. R. Eberhart and J. Kennedy. "A new optimizer using particle swarm theory." Micro Machine and Human Science, Proceedings of the Sixth International Symposium on. IEEE, 1995. DOI : http://dx.doi.org/10.1109/MHS.1995.494215 

  6. Z. W. Geem, , J. H. Kim, and G. V. Loganathan. "A new heuristic optimization algorithm: harmony search." simulation vol. 76, no. 2, pp. 60-68, 2001. DOI : http://dx.doi.org/10.1177/003754970107600201 

  7. X. S Yang. "Firefly algorithms for multimodal optimization." International symposium on stochastic algorithms. Springer, Berlin, Heidelberg, 2009. DOI : https://doi.org/10.1007/978-3-642-04944-6_14 

  8. M. Mahdavi, M. Fesanghary, and E. Damangir. "An improved harmony search algorithm for solving optimization problems." Applied mathematics and computation, vol. 188, no. 2 pp. 1567-1579, 2007. DOI : https://doi.org/10.1016/j.amc.2006.11.033 

  9. M. G. H, Omran, and M. Mahdavi. "Global-best harmony search." Applied mathematics and computation, vol. 198 no. 2, pp. 643-656, 2008. DOI : https://doi.org/10.1016/j.amc.2007.09.004 

  10. Q. K. Pan, P. N. Suganthan, J. J. Liang, and M. F. Tasgetiren. "A local-best harmony search algorithm with dynamic subpopulations." Engineering Optimization, vol. 42, no. 2, pp. 101-117, 2010 DOI : https://doi.org/10.1080/03052150903104366 

  11. C. M. Wang, and Y. F. Huang. "Self-adaptive harmony search algorithm for optimization." Expert Systems with Applications, vol. 37, no. 4, pp. 2826-2837, 2010. DOI : https://doi.org/10.1016/j.eswa.2009.09.008 

  12. Zou, Dexuan, et al. "Novel global harmony search algorithm for unconstrained problems." Neurocomputing, vol. 73, no. 16-18 pp. 3308-3318, 2010. DOI : https://doi.org/10.1016/j.neucom.2010.07.010 

  13. Q. K. Pan, P. N. Suganthan, M. F. Tasgetiren, and J. J. Liang. "A self-adaptive global best harmony search algorithm for continuous optimization problems." Applied Mathematics and Computation, vol. 216, no. 3, pp. 830-848, 2010. DOI : https://doi.org/10.1016/j.amc.2010.01.088 

  14. P. Yadav, R. Kumar, S. K. Panda, and C. S. Chang. "An intelligent tuned harmony search algorithm for optimisation." Information Sciences, vol. 196, pp. 47-72, 2012. DOI : https://doi.org/10.1016/j.ins.2011.12.035 

  15. Z. W. Geem. "Recent advances in harmony search algorithm", Springer, vol. 270, 2010. DOI : http://dx.doi.org/10.1007/978-3-642-04317-8 

  16. D. Jong, and K. Alan. "Analysis of the behavior of a class of genetic adaptive systems.", 1975. 

  17. H. P. Schwefel. "Numerical optimization of computer models." John Wiley & Sons, Inc., 1981. 

  18. X. YAO, Y. LIU, G. LIN. "Evolutionary programming made faster". IEEE Transactions on Evolutionary computation, vol. 3, no. 2, pp. 82-102, 1999. DOI : http://dx.doi.org/10.1109/4235.771163 

  19. L. A. Rastrigin. "Extremal control systems." Theoretical foundations of engineering cybernetics series, 1974. 

  20. D. H. Ackley. "An empirical study of bit vector function optimization." Genetic algorithms and simulated annealing, pp. 170-204, 1987. 

  21. H. M. Lee, D. G. Yoo, E. H. Lee, Y. H. Choi, and J. H. Kim "Development and Applications of Multi-layered Harmony Search Algorithm for Improving Optimization Efficiency." Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, vol. 17, no. 4, pp. 1-12, 2016 DOI : http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2016.17.4.1 

  22. J. Reca, and J. Martinez. "Genetic algorithms for the design of looped irrigation water distribution networks." Water resources research, vol. 42, no. 5, 2006. DOI : https://doi.org/10.1029/2005WR004383 

  23. Z. W. Geem. "Optimal cost design of water distribution networks using harmony search." Engineering Optimization, vol. 38, no. 03, pp. 259-277, 2006. DOI : https://doi.org/10.1080/03052150500467430 

  24. J. Reca, J. Martinez, C. Gill, and R. Banos "Application of several meta-heuristic techniques to the optimization of real looped water distribution networks." Water Resources Management, vol. 22, no. 10, pp. 1367-1379, 2008. DOI : https://doi.org/10.1007/s11269-007-9230-8 

  25. Z. W. Geem. "Particle-swarm harmony search for water network design." Engineering Optimization, vol. 41, no. 4, pp. 297-311, 2009. DOI : https://doi.org/10.1080/03052150802449227 

  26. A. Vasan and S. P. Simonovic. "Optimization of water distribution network design using differential evolution." Journal of Water Resources Planning and Management, vol. 136, no. 2, pp. 279-287, 2010. DOI : http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9496(2010)136:2(279) 

  27. A. Bolognesi, C. Bragalli, A. Marchi, and S. Artina "Genetic heritage evolution by stochastic transmission in the optimal design of water distribution networks." Advances in Engineering Software, vol. 41, no. 5, pp. 792-801, 2010. DOI : https://doi.org/10.1016/j.advengsoft.2009.12.020 

  28. A. Sadollah, D. G. Yoo, and J. H. Kim. "Improved mine blast algorithm for optimal cost design of water distribution systems." Engineering Optimization, vol. 47, no. 12, pp. 1602-1618, 2015. DOI : https://doi.org/10.1080/0305215X.2014.979815 

저자의 다른 논문 :

LOADING...

관련 콘텐츠

오픈액세스(OA) 유형

FREE

Free Access. 출판사/학술단체 등이 허락한 무료 공개 사이트를 통해 자유로운 이용이 가능한 논문

저작권 관리 안내
섹션별 컨텐츠 바로가기

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

AI-Helper 아이콘
AI-Helper
안녕하세요, AI-Helper입니다. 좌측 "선택된 텍스트"에서 텍스트를 선택하여 요약, 번역, 용어설명을 실행하세요.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.

선택된 텍스트

맨위로