Katedra Wytrzymałości Materiałów i Metod Komputerowych Mechaniki
  
Wydział Mechaniczny Technologiczny
   Politechnika Śląska

 Strona głównaWyniki i ocenyPrzedmiotyPliki do pobraniaKontaktAdministrator
Icon Struktura Katedry
Icon Pracownicy
Icon Oferta współpracy
Icon Z życia Katedry
Icon Nasi absolwenci
Icon Wirtualny spacer
Icon Na wesoło
Dydaktyka
Icon Specjalności
Icon Przedmioty
Icon Wyniki i oceny
Icon Pliki do pobrania
Icon Prace dyplomowe
Icon Studenckie Koło Metod Komp. Mechaniki
Icon Studenckie Koło Mechaniki Eksperymentalnej "STRESS"
Icon Podręczniki i skrypty
Icon Praktyki studenckie
Działalność naukowa
Icon Profil naukowy
Icon Przykłady badań eksperymentalnych i analiz numerycznych
Icon Projekty badawcze
Icon Konferencje naukowe
Icon Rozprawy doktorskie
Icon Wybrane zagadnienia
Icon
 

 

Obliczenia ewolucyjne

Kierunek: Automatyka i Robotyka
Specjalność: Modelowanie komputerowe układów i procesów (AB3)
Rodzaj studiów i semestr: stacjonarne jednolite sem. VII, stacjonarne II st. sem. I
Punkty ECTS: 3
Prowadzący: dr inż. Witold Beluch


Opis przedmiotu

Algorytmy genetyczne (AG) i algorytmy ewolucyjne (AE) w pewnym naśladują naturalne procesy ewolucji, których celem jest maksymalne dopasowanie osobników do istniejących warunków życia. Łączą w sobie ewolucyjną zasadę przeżycia najlepiej przystosowanych osobników z systematyczną, choć zawierającą elementy losowości, wymianą informacji.

AG i AE są algorytmami optymalizacji, często traktowanymi jako „algorytmy ostatniej szansy” – stosuje się je zazwyczaj wówczas, gdy tradycyjne metody optymalizacji, zazwyczaj oparte na obliczeniach gradientu funkcji celu, zawodzą. Proces ewolucyjny zachodzący w populacji osobników odpowiada przeszukiwaniu przestrzeni potencjalnych rozwiązań. Poszukiwanie takie wymaga pogodzenia dwóch sprzecznych celów:

  • skorzystania z najlepszych dotychczas rozwiązań (jak metody analityczne);
  • możliwie szerokiego przeszukania przestrzeni potencjalnych rozwiązań (jak metody enumeracyjne i losowe).

W algorytmach ewolucyjnych i genetycznych korzysta się ze słownictwa zaczerpniętego bezpośrednio z biologii. W procesie ewolucyjnym przetwarzana jest populacja osobników, z których każdy reprezentuje potencjalne rozwiązanie zadania. Początkowa populacja jest tworzona zwykle losowo. Każdy z osobników jest oceniany za pomocą funkcji przystosowania i przypisywana jest mu wartość liczbowa. Przystosowanie osobnika rzutuje na jego prawdopodobieństwo wejścia do populacji pomocniczej w wyniku procesu zwanego selekcją. Wyselekcjonowane (niektóre więcej niż raz, niektóre raz, niektóre wcale) osobniki są następnie poddawane działaniu tzw. operatorów genetycznych/ewolucyjnych, jak krzyżowanie i mutacja. Powoduje powstanie nowych, choć niekoniecznie lepszych rozwiązań. Nowo powstała populacja jest oceniana i proces powtarzany jest aż do spełnienia warunku zatrzymania. Uzyskany w procesie ewolucji najlepszy wynik uważany jest za rozwiązanie zadania optymalizacji.

Do najczęściej stosowanych algorytmów naśladujących procesy zachodzące w naturze należą:

·         programowanie ewolucyjne,

·         algorytmy genetyczne,

·         strategie ewolucyjne,

·         symulowane wyżarzanie,

·         sztuczne sieci neuronowe,

·         algorytmy mrówkowe,

·         algorytmy immunologiczne

·         algorytmy rojowe.

 


Program przedmiotu

  • Wykład: 15 godzin w semestrze
  • Laboratorium: 15 godzin w semestrze

Warunki zaliczenia

1. Zaliczenie na ocenę pozytywną ćwiczeń (warunki podaje prowadzący na zajęciach)

2. Egzamin z wykładu.

 OCENA KOŃCOWA: O=0.65E+0.35L

E - ocena z egzaminu (musi być pozytywna)

L - ocena z ćwiczeń


Tematyka wykładów

  •  Inteligencja obliczeniowa, sztuczna inteligencja, inteligentne techniki komputerowe - wstęp do problematyki. Rys historyczny - zastosowania, osiągnięcia, niepowodzenia, test Turinga.

  • Algorytmy genetyczne (AG) – sposób działania. Schematy i twierdzenie o schematach. Wpływ
    operacji genetycznych na schematy. Zbieżność AG.

  • Metody uwzględniania ograniczeń. Metody kodowania: kodowanie binarne i modyfikacje (kod Graya, kodowanie logarytmiczne). Kodowanie rzeczywistoliczbowe.

  • Algorytmy ewolucyjne (AE). Metody reprodukcji i sukcesji. Eksploracja i eksploatacja. Ocena działania algorytmu. Kryteria zatrzymania algorytmu. Operatory krzyżowania i mutacji. Funkcje testowe. Wyniki działania AE.

  • Zadania wielokryterialne. Optymalizacja wielomodalna. Połączenie AE z metodami lokalnymi.

  • Inne typy AE: strategie ewolucyjne, programowanie genetyczne. Przykłady zastosowań AG i AE.

  • Inne metody inspirowane biologicznie: algorytmy mrówkowe, algorytmy immunologiczne


Literatura

  • L. Rutkowski, Metody i techniki sztucznej inteligencji, Wydawnictwa Naukowe PWN, Warszawa, 2006.

  • J. Arabas, Wykłady z algorytmów ewolucyjnych, WNT, Warszawa, 2001.

  • Z. Michalewicz, Algorytmy genetyczne + struktury danych = programy ewolucyjne, WNT, Warszawa, 1996.

  • R. Tadeusiewicz, Elementarne wprowadzenie do techniki sieci neuronowych z przykładowymi programami, Akad. Oficyna Wyd. PLJ, Warszawa, 1998.

  • R. Tadeusiewicz, Sieci neuronowe, Akademicka Oficyna Wydawnicza RM, Warszawa 1993.

  • D.E. Goldberg, Algorytmy genetyczne i ich zastosowania, WNT, Warszawa, 1995.

  • S. Osowski, Sieci neuronowe w ujęciu algorytmicznym, WNT, Warszawa 1996.

  • L. Bolc, J. Cytowski, Metody przeszukiwania heurystycznego. Tom 1,2. PWN, Warszawa, 1989, 1991.


Odnośniki:

·         http://wazniak.mimuw.edu.pl/index.php?title=Sztuczna_inteligencja - wykład dotyczący sztucznej inteligencji

·         http://www.mimuw.edu.pl/~grygiel/archive/metaheurystyki.html - metaheurystyki poszukiwania

·         http://www.tsp.gatech.edu/ - problem komiwojażera

·         http://kaeiog.elka.pw.edu.pl/ - strona Krajowej Konferencji Algorytm Ewolucyjne i Optymalizacja Globalna

·         http://www.alife.pl/ - portal sztucznego życia


Do pobrania


 
  Laboratorium Zastosowań Metod Sztucznej Inteligencji
  INTEREDU
  Sekcja Optymalizacji i Sterowania Komitetu Mechaniki PAN
  Sekcja Nauk Obliczeniowych KI PAN
  Studenckie Koło Naukowe Metod Komputerowych
  Programy MES do książki T. Burczyński, R.Bąk Wytrzymałość Materiałów z elementami ujęcia komputerowego (www.mes.polsl.pl)
  Strona poświęcona podręcznikowi "Badania operacyjne. Teoria i zastosowania."
  Konferencja EUROGEN2009
  Polskie Towarzystwo Metod Komputerowych Mechaniki
  DSMCM Grid Team
  Centrum Doskonałości AI-METH
  Konferencja AI-METH
  Strona główna Politechniki Ślaskiej
  Strona główna Wydziału MT
  Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego
  Poczta na polsl.pl
 Dodaj nowe łącze
Aktualnie nie ma żadnych nadchodzących wydarzeń. Aby dodać nowe wydarzenie, kliknij przycisk Dodaj nowe wydarzenie poniżej.
 Dodaj nowe wydarzenie