Experimental analysis of multinational genetic algorithm and its modifications

Simple item page
dc.contributor.authorGulayeva,Nataliia
dc.contributor.authorYaremko, Solomiia
dc.date.accessioned2021-10-29T10:52:51Z
dc.date.available2021-10-29T10:52:51Z
dc.date.issued2021
dc.description.abstractContext. Niching genetic algorithms are one of the most popular approaches to solve multimodal optimization problems. When classifying niching genetic algorithms it is possible to select algorithms explicitly analyzing topography of fitness function landscape; multinational genetic algorithm is one of the earliest examples of these algorithms. Objective. Development and analysis of the multinational genetic algorithm and its modifications to find all maxima of a multimodal function. Method. Experimental analysis of algorithms is carried out. Numerous runs of algorithms on well-known test problems are conducted and performance criteria are computed, namely, the percentage of convergence, real (global, local) and fake peak ratios; note that peak rations are computed only in case of algorithm convergence. Results. Software implementation of a multinational genetic algorithm has been developed and experimental tuning of its parameters has been carried out. Two modifications of hill-valley function used for determining the relative position of individuals have been proposed. Experimental analysis of the multinational genetic algorithm with classic hill-valley function and with its modifications has been carried out. Conclusions. The scientific novelty of the study is that hill-valley function modifications producing less number of wrong identifications of basins of attraction in comparison with classic hill-valley function are proposed. Using these modifications yields to performance improvements of the multinational genetic algorithm for a number of test functions; for other test functions improvement of the quality criteria is accompanied by the decrease of the convergence percentage. In general, the convergence percentage and the quality criterion values demonstrated by the algorithm studied are insufficient for practical use in comparison with other known algorithms. At the same time using modified hill-valley functions as a post-processing step for other niching algorithms seems to be a promising improvement of performance of these algorithms.uk_UA
dc.description.abstractАктуальність. Генетичні алгоритми утворення ніш є одним з найпоширеніших підходів до розв’язання задач багатоекстремальної оптимізації. При проведенні класифікації цих алгоритмів можна виділити алгоритми, що ґрунтуються на явному аналізі топографії ландшафту функції пристосованості. Одним з ранніх прикладів таких алгоритмів є багатонаціональний генетичний алгоритм. Мета. Розробка та аналіз багатонаціонального генетичного алгоритму та його модифікацій. Алгоритм застосовується для розв’язання задачі пошуку всіх максимумів багатоекстремальної функції. Метод. Виконано експериментальний аналіз алгоритмів. Проведено численні прогони алгоритмів на відомих тестових задачах та обчислено критерії ефективності роботи алгоритмів, а саме, відсоток збіжності, частка реальних (глобальних, локальних) та хибних піків; зауважимо, що частки піків обчислюються тільки в разі збіжності алгоритму. Результати. Виконано програмну реалізацію багатонаціонального генетичного алгоритму та проведено експериментальне налаштування його параметрів. Запропоновано дві модифікації функції долин і пагорбів, яка використовується в алгоритмі для визначення взаємного розташування особин. Проведено експериментальний аналіз багатонаціонального генетичного алгоритму з класичного функцією долин і пагорбів та з її модифікаціями. Висновки. Наукова новизна роботи полягає в тому, що були запропоновані модифікації функції долин і пагорбів, які продукують меншу кількість помилкових ідентифікацій зон притягання порівняно з класичним варіантом цієї функції. Як наслідок, використання цих модифікацій призводить до покращення продуктивності багатонаціонального генетичного алгоритму для низки тестових задач. Втім, для деяких тестових задач поліпшення критеріїв якості супроводжується зменшенням відсотка збіжності. Загалом, відсоток збіжності та значення критеріїв якості, продемонстровані дослідженим алгоритмом, є недостатніми для практичного використання багатонаціонального генетичного алгоритму у порівнянні з іншими відомими алгоритмами. У той же час, використання модифікованих функцій долин і пагорбів як етапу постобробки в інших алгоритмах утворення ніш видається перспективним підходом до покращення роботи цих алгоритмів.
dc.description.abstractАктуальность. Генетические алгоритмы образования ниш являются одним из самых распространенных подходов к решению задач многоэкстремальной оптимизации. При проведении классификации генетических алгоритмов образования ниш можно выделить алгоритмы, основанные на явном анализе топографии ландшафта функции приспособленности. Многонациональный генетический алгоритм является одним из ранних примеров таких алгоритмов. Цель. Разработка и анализ многонационального генетического алгоритма и его модификаций. Алгоритм применяется для решения задачи поиска всех максимумов многоэкстремальной функции. Метод. Выполнен экспериментальный анализ алгоритмов. Проведены многочисленные прогоны алгоритмов на известных тестовых задачах и вычислены критерии эффективности работы алгоритмов, а именно, процент сходимости, доля реальных (глобальных, локальных) и ложных пиков; отметим, что доля пиков вычисляется только в случае сходимости алгоритма. Результаты. Выполнена программная реализация многонационального генетического алгоритма и проведена экспериментальная настройка его параметров. Предложены две модификации функции холмов и долин, используемой в алгоритме для определения взаимного расположения особей. Выполнен экспериментальный анализ многонационального генетического алгоритма с классической функцией холмов и долин и с ее модификациями. Выводы. Научная новизна работы состоит в том, что были предложены модификации функции холмов и долин, приводящие к меньшему количеству неправильных определений зон притяжения по сравнению с классическим вариантом этой функции. Как следствие, использование этих модификаций приводит к повышению производительности многонационального генетического алгоритма для ряда тестовых задач. Однако для некоторых тестовых задач улучшение критериев качества сопровождается уменьшением процента сходимости. В целом, процент сходимости и значения критериев качества, продемонстрированные исследуемым алгоритмом, недостаточны для практического использования многонационального генетического алгоритма по сравнению с другими известными алгоритмами. В то же время, использование модифицированных функций холмов и долин в качестве шага постобработки в других алгоритмах образования ниш представляется многообещающим подходом к улучшению производительности этих алгоритмов.
dc.identifier.citationGulayeva N. M. Experimental analysis of multinational genetic algorithm and its modifications / Gulayeva N. M., Yaremko S. A. // Radio Electronics, Computer Science, Control. - 2021. - Issue 2. - P. 71-83. - https://doi.org/10.15588/1607-3274-2021-2-8uk_UA
dc.identifier.issn1607-3274
dc.identifier.issn2313-688X
dc.identifier.urihttps://doi.org/10.15588/1607-3274-2021-2-8
dc.identifier.urihttps://ekmair.ukma.edu.ua/handle/123456789/21308
dc.language.isoenuk_UA
dc.relation.sourceRadio Electronics, Computer Science, Controluk_UA
dc.statusfirst publisheduk_UA
dc.subjectmultimodal optimization problemuk_UA
dc.subjectniching genetic algorithmsuk_UA
dc.subjectmultinational genetic algorithmuk_UA
dc.subjecthill-valley functionuk_UA
dc.subjectgenetic algorithm convergenceuk_UA
dc.subjectreal peak ratiouk_UA
dc.subjectfake peak ratiouk_UA
dc.subjectзадача багатоекстремальної оптимізаціїuk_UA
dc.subjectгенетичні алгоритми утворення нішuk_UA
dc.subjectбагатонаціональний генетичний алгоритмuk_UA
dc.subjectфункція долин і пагорбівuk_UA
dc.subjectзбіжність генетичного алгоритмуuk_UA
dc.subjectчастка реальних піківuk_UA
dc.subjectчастка хибних піківuk_UA
dc.subjectзадача многоэкстремальной оптимизацииuk_UA
dc.subjectгенетические алгоритмы образования нишuk_UA
dc.subjectмногонациональный генетический алгоритмuk_UA
dc.subjectфункция холмов и долинuk_UA
dc.subjectсходимость генетического алгоритмаuk_UA
dc.subjectдоля реальных пиковuk_UA
dc.subjectдоля ложных пиковuk_UA
dc.subjectarticle
dc.titleExperimental analysis of multinational genetic algorithm and its modificationsuk_UA
dc.title.alternativeЕкспериментальний аналіз багатонаціонального генетичного алгоритму та його модифікаційuk_UA
dc.title.alternativeЭкспериментальный анализ многонационального генетического алгоритма и его модификацийuk_UA
dc.typeArticleuk_UA
Files
Original bundle
Now showing 1 - 1 of 1
Thumbnail Image
Name:
Experimental_analysis_of_multinational_genetic_algorithm_and_its_modifications.pdf
Size:
1.14 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
Download
License bundle
Now showing 1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
Name:
license.txt
Size:
7.54 KB
Format:
Item-specific license agreed upon to submission
Description:
Download
Collections
Кафедра інформатики