遺伝的アルゴリズムを用いた 実数と整数の混合型対象問題最適化
description
Transcript of 遺伝的アルゴリズムを用いた 実数と整数の混合型対象問題最適化
![Page 1: 遺伝的アルゴリズムを用いた 実数と整数の混合型対象問題最適化](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062301/56815446550346895dc25496/html5/thumbnails/1.jpg)
遺伝的アルゴリズムを用いた 実数と整数の混合型対象問題最適化
同志社大学工学部知識工学科知的システムデザイン研究室
16000018 平井 聡
![Page 2: 遺伝的アルゴリズムを用いた 実数と整数の混合型対象問題最適化](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062301/56815446550346895dc25496/html5/thumbnails/2.jpg)
研究背景
CGS ( Cogeneration System )の普及高いエネルギー効率を持つエネルギー生成システム
8kW 業務用 CGS (三洋会社)を開発発売日 2004 年 4 月 1
日価格 2,800,000 円
![Page 3: 遺伝的アルゴリズムを用いた 実数と整数の混合型対象問題最適化](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062301/56815446550346895dc25496/html5/thumbnails/3.jpg)
CGS とは
![Page 4: 遺伝的アルゴリズムを用いた 実数と整数の混合型対象問題最適化](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062301/56815446550346895dc25496/html5/thumbnails/4.jpg)
CGS とは
1 つのエネルギー源から 2 つ以上の有効なエネルギーを生成
![Page 5: 遺伝的アルゴリズムを用いた 実数と整数の混合型対象問題最適化](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062301/56815446550346895dc25496/html5/thumbnails/5.jpg)
CGS の概要
![Page 6: 遺伝的アルゴリズムを用いた 実数と整数の混合型対象問題最適化](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062301/56815446550346895dc25496/html5/thumbnails/6.jpg)
CGS の概要
![Page 7: 遺伝的アルゴリズムを用いた 実数と整数の混合型対象問題最適化](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062301/56815446550346895dc25496/html5/thumbnails/7.jpg)
CGS の概要
![Page 8: 遺伝的アルゴリズムを用いた 実数と整数の混合型対象問題最適化](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062301/56815446550346895dc25496/html5/thumbnails/8.jpg)
CGS の概要
![Page 9: 遺伝的アルゴリズムを用いた 実数と整数の混合型対象問題最適化](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062301/56815446550346895dc25496/html5/thumbnails/9.jpg)
CGS 設計時の考慮
どの機器を使用する(組み合わせ)
どのくらい稼動させるか(稼動率: 0 ~ 100[%] )
![Page 10: 遺伝的アルゴリズムを用いた 実数と整数の混合型対象問題最適化](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062301/56815446550346895dc25496/html5/thumbnails/10.jpg)
CGS 使用例 ( 悪い例 )
![Page 11: 遺伝的アルゴリズムを用いた 実数と整数の混合型対象問題最適化](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062301/56815446550346895dc25496/html5/thumbnails/11.jpg)
CGS 使用例 ( 悪い例 )
![Page 12: 遺伝的アルゴリズムを用いた 実数と整数の混合型対象問題最適化](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062301/56815446550346895dc25496/html5/thumbnails/12.jpg)
CGS 使用例 ( 悪い例 )
![Page 13: 遺伝的アルゴリズムを用いた 実数と整数の混合型対象問題最適化](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062301/56815446550346895dc25496/html5/thumbnails/13.jpg)
CGS 使用例 ( 悪い例 )
![Page 14: 遺伝的アルゴリズムを用いた 実数と整数の混合型対象問題最適化](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062301/56815446550346895dc25496/html5/thumbnails/14.jpg)
CGS 使用例 ( 良い例 )
![Page 15: 遺伝的アルゴリズムを用いた 実数と整数の混合型対象問題最適化](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062301/56815446550346895dc25496/html5/thumbnails/15.jpg)
CGS 使用例 ( 良い例 )
![Page 16: 遺伝的アルゴリズムを用いた 実数と整数の混合型対象問題最適化](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062301/56815446550346895dc25496/html5/thumbnails/16.jpg)
本研究の目的
GA を用い, CGS の最適化 遺伝的アルゴリズム( GA )とは
生物の進化を模倣した最適化アルゴリズム
CGS のモデル化の検討GA の最適化には,コード化が必要2 回最適化する 2 段階個別最適化モデルの検討
整数値を用いた GA ( ICGA ) { 01 }のビット列ではなく,整数値を用いる GA
コード化
![Page 17: 遺伝的アルゴリズムを用いた 実数と整数の混合型対象問題最適化](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062301/56815446550346895dc25496/html5/thumbnails/17.jpg)
2 段階個別最適化モデル
![Page 18: 遺伝的アルゴリズムを用いた 実数と整数の混合型対象問題最適化](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062301/56815446550346895dc25496/html5/thumbnails/18.jpg)
1
各機器の組み合わせは整数であるため整数値で表す
![Page 19: 遺伝的アルゴリズムを用いた 実数と整数の混合型対象問題最適化](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062301/56815446550346895dc25496/html5/thumbnails/19.jpg)
実験に用いた GA パラメータ
機器の組み合わせ 負荷率各島の個体数 10
島数 2
染色体長 15 1050
評価計算回数 10,000 40,000
交叉率 1.0
交叉方法 2 点交叉突然変異率 0.0667 0.00095
選択方法 トーナメント選択エリート数 5
移住間隔 5
移住率 0.5
![Page 20: 遺伝的アルゴリズムを用いた 実数と整数の混合型対象問題最適化](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062301/56815446550346895dc25496/html5/thumbnails/20.jpg)
ICGA の結果
![Page 21: 遺伝的アルゴリズムを用いた 実数と整数の混合型対象問題最適化](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062301/56815446550346895dc25496/html5/thumbnails/21.jpg)
ICGA の結果
ICGA は BitGA より良好な解探索性能
専門化が設計した CGS より少ないエネルギーで需要を満たす
![Page 22: 遺伝的アルゴリズムを用いた 実数と整数の混合型対象問題最適化](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062301/56815446550346895dc25496/html5/thumbnails/22.jpg)
考察 ( 交叉 )
Bit GA は,交叉,突然変異が有効でない
ICGA
![Page 23: 遺伝的アルゴリズムを用いた 実数と整数の混合型対象問題最適化](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062301/56815446550346895dc25496/html5/thumbnails/23.jpg)
考察 ( 突然変異 )
設計変数をビットで表す意味がない
![Page 24: 遺伝的アルゴリズムを用いた 実数と整数の混合型対象問題最適化](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062301/56815446550346895dc25496/html5/thumbnails/24.jpg)
今後の展望と課題
CGS を用いることで,より少ないエネルギー量で作成 CGS の普及 エネルギー資源の保護
今後の課題 より長い時間の最適化 複雑なエネルギー需要での最適化
![Page 25: 遺伝的アルゴリズムを用いた 実数と整数の混合型対象問題最適化](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062301/56815446550346895dc25496/html5/thumbnails/25.jpg)
まとめ
GA を用い, CGS の最適化の検討 CGS のモデル化
整数(機器の組み合わせ)と実数(稼働率)の 2 つの設計変数 コード化が有効でないと,最適化できない
組み合わせと稼働率を個別に最適化する 2 段階個別最適化モデル
整数値を用いた GA ( ICGA ) ビットで機器の組み合わせを表現すると遺伝的オペレータが有効ではないため
ビット GA よりも良好な解探索性能CGS の専門家よりもエネルギーロスの少ない設計
![Page 26: 遺伝的アルゴリズムを用いた 実数と整数の混合型対象問題最適化](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062301/56815446550346895dc25496/html5/thumbnails/26.jpg)
Fin
Fin
![Page 27: 遺伝的アルゴリズムを用いた 実数と整数の混合型対象問題最適化](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062301/56815446550346895dc25496/html5/thumbnails/27.jpg)
ビット列 GA の問題点
突然変異,交叉の遺伝的オペレータが有効ではないため良好な解探索性能が得られない
突然変異 e.g. 1 ビットのみ突然変異
![Page 28: 遺伝的アルゴリズムを用いた 実数と整数の混合型対象問題最適化](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062301/56815446550346895dc25496/html5/thumbnails/28.jpg)
交叉の問題点
機器の組み合わせをビットで表す意味がない
![Page 29: 遺伝的アルゴリズムを用いた 実数と整数の混合型対象問題最適化](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062301/56815446550346895dc25496/html5/thumbnails/29.jpg)
同一遺伝子最適化モデルとは
![Page 30: 遺伝的アルゴリズムを用いた 実数と整数の混合型対象問題最適化](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062301/56815446550346895dc25496/html5/thumbnails/30.jpg)
同一遺伝子最適化モデル
![Page 31: 遺伝的アルゴリズムを用いた 実数と整数の混合型対象問題最適化](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062301/56815446550346895dc25496/html5/thumbnails/31.jpg)
2 段階同時最適化モデルとは
![Page 32: 遺伝的アルゴリズムを用いた 実数と整数の混合型対象問題最適化](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062301/56815446550346895dc25496/html5/thumbnails/32.jpg)
2 段階同時最適化モデル
![Page 33: 遺伝的アルゴリズムを用いた 実数と整数の混合型対象問題最適化](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062301/56815446550346895dc25496/html5/thumbnails/33.jpg)
2 段階個別最適化
![Page 34: 遺伝的アルゴリズムを用いた 実数と整数の混合型対象問題最適化](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062301/56815446550346895dc25496/html5/thumbnails/34.jpg)
2 段か個別最適化 ( 専門家との比較 )
![Page 35: 遺伝的アルゴリズムを用いた 実数と整数の混合型対象問題最適化](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062301/56815446550346895dc25496/html5/thumbnails/35.jpg)