Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Экстремалды оңтайландыру (ЭО) - статистикалық физика саласындағы өзін-өзі ұйымдастырушы сыншылдықтың БакСнеппен моделіне сүйенген оптимизациялық эвристика. Бұл эвристика бастапқыда комбанатариялық оңтайландыру проблемаларын шешу үшін жасалған, мысалы, саяхатшы сатушы проблемасы және айналу көзілдірігі, бірақ бұл әдіс оңтайландыру домендерінде жұмыс істейтіндігі дәлелденді.
Extremal optimization (EO) is an optimization heuristic inspired by the Bak–Sneppen model of self organized criticality from the field of statistical physics. This heuristic was designed initially to address combinatorial optimization problems such as the travelling salesman problem and spin glasses, although the technique has been demonstrated to function in optimization domains.
Өзін-өзі ұйымдастырған сыншылдықпен қатынасы
Өзін-өзі ұйымдастырған сынилық (SOC) - бұл тартымды нүктесі бар динамикалық жүйелердің класын сипаттау үшін статистикалық физика тұжырымдамасы. Нақты айтқанда, бұл тепе-теңдікке жатпайтын жүйелер, олар өзгерістердің қар көшкіндері мен жүйелердің ең жоғары шкалаларына дейін жететін ығысулар арқылы дамып келеді. SOC кейбір табиғи жүйелердің динамикасын басқарады, олар ландшафттың пайда болуы, жер сілкінісі, эволюция және күріш пен құм үйінділерінің түйіршікті динамикасы сияқты құбылыстар сияқты жарылыстар. Мұнда ерекше қызығушылық туғызатын нәрсе - SOC-тің BakSneppen моделі, ол эволюцияны үзілген тепе-теңдік (құрып кету оқиғалары) арқылы сипаттай алады, осылайша эволюцияны өзін-өзі ұйымдастырған маңызды процесс ретінде үлгілейді.
Self organized criticality (SOC) is a statistical physics concept to describe a class of dynamical systems that have a critical point as an attractor. Specifically, these are non equilibrium systems that evolve through avalanches of change and dissipations that reach up to the highest scales of the system. SOC is said to govern the dynamics behind some natural systems that have these burst like phenomena including landscape formation, earthquakes, evolution, and the granular dynamics of rice and sand piles. Of special interest here is the Bak–Sneppen model of SOC, which is able to describe evolution via punctuated equilibrium (extinction events) – thus modelling evolution as a self organised critical process.
Есептеу күрделілігімен байланысы
Пазлдың тағы бір бөлшегі - есептеу күрделілігі бойынша жұмыс, атап айтқанда, NP толық проблемаларда сындық нүктелер бар екені дәлелденді, онда оңтайлы шешімдерге жақын іздеу кеңістігіндегі кедергілер арқылы кеңінен таралған және бөлінген, бұл жергілікті іздеу алгоритмдерінің тығылып қалуына немесе қатты кедергі келтіруге әкеледі. Бұл Бак пен Снеппеннің эволюциялық өзін-өзі ұйымдастырушылық сынилығы моделі және Стефан Боэтчер мен Аллон Перкустың Экстремалды оптимизацияны дамытуға әкелген комбинаторлық оптимизациялау проблемаларындағы сыни нүктелерді байқау болды.
Another piece in the puzzle is work on computational complexity, specifically that critical points have been shown to exist in NP complete problems, where near optimum solutions are widely dispersed and separated by barriers in the search space causing local search algorithms to get stuck or severely hampered. It was the evolutionary self organised criticality model by Bak and Sneppen and the observation of critical points in combinatorial optimisation problems that lead to the development of Extremal Optimization by Stefan Boettcher and Allon Percus.
Техникасы
EO комбинаторлық оңтайландыру проблемалары үшін жергілікті іздеу алгоритмі ретінде жасалған. Кандидат шешімдердің популяциясымен жұмыс істейтін генетикалық алгоритмдерден айырмашылығы, EO бір шешімді дамытады және ең нашар компоненттерге жергілікті өзгерістер енгізеді. Бұл үшін ерітінді компоненттеріне сапа өлшемін ("сағдат") беруге мүмкіндік беретін қолайлы бейнелеуді таңдау қажет. Бұл құмырсқалар колониясын оңтайландыру және эволюциялық есептеу сияқты тұтас тәсілдерден ерекшеленеді, олар шешімнің барлық компоненттеріне олардың ұжымдық бағалауына негізделген объективті функцияға тең жарамдылықты береді. Алгоритм кездейсоқ құрылуы немесе басқа іздеу процесінен алынуы мүмкін бастапқы шешіммен басталады. Бұл әдіс ұсақ түйірлі іздеу болып табылады және үстіңгі жағында дөңгелекке көтерілу (жергілікті іздеу) әдісіне ұқсас. Толығырақ зерттеуде кейбір қызықты принциптер ашылады, олар қолданылуы мүмкін және тіпті тұрғындардың кеңінен негізделген тәсілдеріне (эволюциялық есептеулер мен жасанды иммундық жүйе) ұқсас болуы мүмкін. Бұл алгоритмнің негізгі қағидасы - сапасы төмен компоненттерді іріктеп алып тастау және оларды кездейсоқ таңдалған компонентпен ауыстыру арқылы жақсарту. Бұл генетикалық алгоритмдерге қайшы келеді, эволюциялық есептеу алгоритмі жақсы шешімдерді таңдап, жақсы шешімдерді жасауға тырысады. Бұл қарапайым принциптің нәтижесінде пайда болған динамикасы, біріншіден, дөңгелекке көтерілудің мықты іздеу мінез-құлқы, ал екіншісі, бірнеше рет қайта бастау іздеуіне ұқсас әртүрлілік механизмі. Уақыт өте келе тұтас шешімнің сапасын графиктендіру (алгоритмнің қайталануы) сапаның құлдырауынан кейін жақсару кезеңдерін көрсетеді (аваланша) пунктуацияланған тепе-теңдікпен сипатталғандай. Бұл іздеу кеңістігіндегі осы апаттар немесе күрт секірулер алгоритмге жергілікті оптималдан құтылуға және осы әдісті басқа жергілікті іздеу процедураларынан ажыратуға мүмкіндік береді. Мұндай тынықты тепе-теңдік мінез-құлқы "жоспарланған" немесе "қатты кодталған" болуы мүмкін болса да, бұл алгоритмнің негізгі теріс компонент таңдау қағидатының пайда болатын әсері екенін атап өту керек. ЭО негізінен графикті бөлу және саяхатшы сатушы мәселесі сияқты комбинаторлық проблемаларға, сондай-ақ спин шынылары сияқты статистикалық физика проблемаларына қолданылды.
EO was designed as a local search algorithm for combinatorial optimization problems. Unlike genetic algorithms, which work with a population of candidate solutions, EO evolves a single solution and makes local modifications to the worst components. This requires that a suitable representation be selected which permits individual solution components to be assigned a quality measure ("fitness"). This differs from holistic approaches such as ant colony optimization and evolutionary computation that assign equal fitness to all components of a solution based upon their collective evaluation against an objective function. The algorithm is initialized with an initial solution, which can be constructed randomly, or derived from another search process. The technique is a fine grained search, and superficially resembles a hill climbing (local search) technique. A more detailed examination reveals some interesting principles, which may have applicability and even some similarity to broader population based approaches (evolutionary computation and artificial immune system). The governing principle behind this algorithm is that of improvement through selectively removing low quality components and replacing them with a randomly selected component. This is obviously at odds with genetic algorithms, the quintessential evolutionary computation algorithm that selects good solutions in an attempt to make better solutions. The resulting dynamics of this simple principle is firstly a robust hill climbing search behaviour, and secondly a diversity mechanism that resembles that of multiple restart search. Graphing holistic solution quality over time (algorithm iterations) shows periods of improvement followed by quality crashes (avalanche) very much in the manner as described by punctuated equilibrium. It is these crashes or dramatic jumps in the search space that permit the algorithm to escape local optima and differentiate this approach from other local search procedures. Although such punctuated equilibrium behaviour can be "designed" or "hard coded", it should be stressed that this is an emergent effect of the negative component selection principle fundamental to the algorithm. EO has primarily been applied to combinatorial problems such as graph partitioning and the travelling salesman problem, as well as problems from statistical physics such as spin glasses.
Тақырыптың өзгеруі және қолданылуы
Жалпыланған шеткі оптималдеу (GEO) біт тізбектерінде жұмыс істеу үшін әзірленді, онда компонент сапасы биттің абсолютті өзгеру жылдамдығына немесе біттердің тұтастай шешім сапасына қосқан үлесіне байланысты анықталады. Бұл жұмыстың стандартты функцияларды оңтайландыру проблемаларына, сондай-ақ инженерлік проблемалар салаларына қолданылуы бар. EO-ға ұқсас тағы бір кеңейту - үздіксіз экстремалды оңтайландыру (CEO). EO кескінді растерлеуге, сондай-ақ құмырсқалар колониясын оңтайландыруды қолданғаннан кейін жергілікті іздеу ретінде қолданылды. ЭО күрделі желілердегі құрылымдарды анықтау үшін пайдаланылды. ЭО бірнеше нысананы бақылауда қолданылды. Ақырында, таңдауға бақылау жасау үшін пайдаланылатын ықтималдық үлестірімін зерттеу бойынша біраз жұмыс жүргізілді.
Generalised extremal optimization (GEO) was developed to operate on bit strings where component quality is determined by the absolute rate of change of the bit, or the bits contribution to holistic solution quality. This work includes application to standard function optimisation problems as well as engineering problem domains. Another similar extension to EO is Continuous Extremal Optimization (CEO). EO has been applied to image rasterization as well as used as a local search after using ant colony optimization. EO has been used to identify structures in complex networks. EO has been used on a multiple target tracking problem. Finally, some work has been done on investigating the probability distribution used to control selection.