Введение

Стохастический поиск диффузии (SDS) был впервые описан в 1989 году как алгоритм сопоставления шаблонов на основе популяции. Он относится к семейству роевого интеллекта и естественно вдохновленных алгоритмов поиска и оптимизации, которые включают оптимизацию муравьиных колоний, оптимизацию роя частиц и генетические алгоритмы; как таковой SDS был первым метагеуристическим методом роявого интеллекта. В отличие от стигмергетической коммуникации, используемой в оптимизации муравьиной колонии, которая основана на модификации физических свойств имитируемой среды, SDS использует форму прямой (один к одному) связи между агентами, аналогичную механизму тандема, используемому одним видом муравьев, Leptothorax acervorum. В SDS агенты выполняют дешевые, частичные оценки гипотезы (кандидат на решение поисковой проблемы). Затем они делятся информацией о гипотезах (распространение информации) посредством прямой связи один на один. В результате механизма диффузии высококачественные растворы могут быть идентифицированы из кластеров агентов с одинаковой гипотезой. Работа SDS легче всего понять с помощью простой аналогии Игра в ресторане.

Игра в ресторане

Группа делегатов посещает длительную конференцию в незнакомом городе. Каждый вечер каждый делегат должен найти место, где поужинать. Здесь есть большой выбор ресторанов, каждый из которых предлагает большое разнообразие блюд. Проблема, с которой сталкивается группа, заключается в том, чтобы найти лучший ресторан, то есть ресторан, где максимальное количество делегатов могли бы насладиться ужином. Даже параллельный исчерпывающий поиск в ресторане и комбинации блюд займет слишком много времени. Чтобы решить эту проблему, делегаты решили использовать стохастический поиск диффузии. Каждый делегат действует как агент, поддерживающий гипотезу, определяющую лучший ресторан в городе. Каждый вечер каждый делегат проверяет свою гипотезу, обедая там и случайно выбирая одну из предлагаемых блюд. На следующее утро на завтрак каждый делегат, который не наслаждался едой в предыдущий вечер, просит одного случайного коллегу поделиться своими впечатлениями о ужине. Если опыт был хорошим, он также принимает этот ресторан как свой выбор. В противном случае он просто выбирает другой ресторан по случайному выбору из тех, что перечислены в "Желтых страницах". Используя эту стратегию, можно обнаружить, что очень быстро значительное количество делегатов собирается вокруг "лучшего" ресторана в городе.

Приложения

SDS применяется к различным проблемам, таким как поиск текста [Bishop, 1989], распознавание объектов [Bishop, 1992], отслеживание функций [Grech Cini, 1993], мобильная самолокация роботов [Beattie, 1998] и выбор места для беспроводных сетей [Whitaker, 2002].

Анализ

В отличие от многих методов поиска вдохновленного природой, существует всеобъемлющая математическая структура, описывающая поведение SDS. Анализ СДС исследовал его глобальную оптимальность и конвергенцию [Nasuto, 1998], линейную временную сложность [Nasuto et al., 1999], устойчивость [Myatt, 2004] и распределение ресурсов [Nasuto, 1999] в различных условиях поиска.