2-17- بهينه سازي
1401/10/24 15:07فصل قبل
درس: بهينه سازي
سرفصل: روشهاي فرا ابتکاري
نمونه 30 -مطلب: الگوريتم اجتماع مصنوعي زنبورها
يکي از الگوريتمهاي جديد براي بهينه سازي مسائل غير خوش رفتار الگوريتم اجتماع مصنوعي زنبور عسل است.اين روش که از جمله روشهاي گلهاي محسوب مي‌شود با تعريف تعدادي ذره و توزيع آنها در فضاي جواب و با استفاده از مجموع اعمال سادهاي که براي هر ذره تعريف شده، به مرور به جواب بهينه مسأله ميل مي‌کند.اين الگوريتم مشابه اغلب الگوريتمهاي فرا ابتکاري از يک مکانيزم کاراي موجود در طبيعت شامل زنبور عسل و عمليات آن در گشت زني، جستجوي غذا، و بازگشت به خانه‌ايده گرفته است.
يک اجتماع زنبور عسل مي‌تواند در مسافت زيادي و نيز در جهت‌هاي گوناگون پخش شود تا از منابع غذايي بهره‌برداري کند. قطعات گلدار با مقادير زيادي نکتار و گرده که با تلاشي کم قابل جمع آوري است، به وسيلهي تعداد زيادي زنبور بازديد مي‌شود؛ به طوري که قطعاتي از زمين که گرده يا نکتار کمتري دارد، تعداد کمتري زنبور را جلب مي‌کند. فرآيند جستجوي غذاي يک اجتماع زنبور به وسيله زنبورهاي ديده بان آغاز مي‌شود که براي جستجوي گلزارهاي اميد بخش (داراي اميد بالا براي وجود نکتار يا گرده) فرستاده مي‌شوند. زنبورهاي ديده‌بان به صورت تصادفي از گلزاري به گلزار ديگر حرکت ميکنند. در طول فصل برداشت محصول(گل‌دهي)، اجتماع با آماده نگه داشتن تعدادي از جمعيت اجتماع به عنوان زنبور ديده‌بان به جستجوي خود ادامه ميدهند. هنگامي که جستجوي تمام گلزارها پايان يافت، هر زنبور ديده‌بان، بالاي گلزاري که‌اندوخته کيفي مطمئني از نکتار و گرده دارد، حرکت/علامت خاصي را اجرا مي‌کند.اين علامت که به نام مانور چرخشي شناخته مي‌شود، اطلاعات مربوط به جهت تکه گلزار(نسبت به کندو)، فاصله تا گلزار و کيفيت گلزار را به زنبورهاي ديگر انتقال مي‌دهد.اين اطلاعات زنبورهاي اضافي و پيرو را به سوي گلزار مي‌فرستد. بيش‌تر زنبورهاي پيرو به سوي گلزارهايي ميروند که اميد بخشتر هستند و اميد بيش‌تري براي يافتن نکتار و گرده در آنها وجود دارد. وقتي همه زنبورها به سمت ناحيه‌اي مشابه بروند، دوباره به صورت تصادفي و به علت محدودهي حرکاتشان در پيرامون گلزار پراکنده مي‌شوند تا به موجب‌اين کار سرانجام نه يک گلزار، بلکه بهترين گلهاي موجود درون آن تعيين موقعيت شوند. الگوريتم زنبور عسل هر نقطه را در فضاي پارامتري – متشکل از پاسخ‌هاي ممکن- به عنوان منبع غذا تحت بررسي قرار مي‌دهد. زنبورهاي ديده‌بان – کارگزاران شبيه‌سازي شده – به صورت تصادفي فضاي پاسخها را ساده ميکنند و به وسيلهي تابع شايستگي کيفيت موقعيت‌هاي بازديد شده را گزارش ميدهند. جواب‌هاي ساده شده رتبه بندي مي‌شوند و ديگر زنبورها نيروهاي تازهاي هستند که فضاي پاسخها را در پيرامون خود براي يافتن بالاترين رتبه محل‌ها جستجو ميکنند که گلزار ناميده مي‌شود. الگوريتم به صورت گزينشي ديگر گلزارها را براي يافتن نقطه‌ي بيشينه‌ي تابع شايستگي جستجو مي‌کند.
در قرآن به سه عمليات بنيادين زنبور عسل اشاره شده است: پروردگار تو به زنبور درباره مسکن گزيدن و غذا خوردن و راه پيمودن وحي کرد. حتي گفته شده راه‌هاي پروردگارت را بپيما.
«وَأَوْحَى رَبُّكَ إِلَى النَّحْلِ أَنِ اتَّخِذِي مِنَ الْجِبَالِ بُيوتًا وَمِنَ الشَّجَرِ وَمِمَّا يعْرِشُونَ[1]؛ و پروردگار تو به زنبور عسل «وحي» (و الهام غريزي) نمود که: «از کوه ها و درختان و داربست‌هايي که مردم مي‌سازند ، خانه‌هايي برگزين!»
فرآيندهاي بسيار پيچيده‌اي که توسط جامعه زنبورها انجام مي‌شود با وجود‌اينکه هر تک زنبور دستورالعمل و عمليات بسيار سادهاي را پي مي‌گيرد، و يک عملگر ساده است.
[1]. نحل:68.