Journal of Engineering and Natural Sciences Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi



Benzer belgeler
KATEGORİSEL VERİ ANALİZİ (χ 2 testi)

Çok Katlı Yapılarda Perdeye Saplanan Kirişler

Algoritmalara Giriş 6.046J/18.401J

t xlo ) boyutlarında bir alan yükü etkir (P k ). t xlo )+( 2 t xlo ) boyutlarında bir alan yükü etkir (P m ).

TEZSİZ YÜKSEK LİSANS PROJE ONAY FORMU

İYON DEĞİŞİMİ AMAÇ : TEORİK BİLGİLER :

Şekil İki girişli kod çözücünün blok şeması. Tablo İki girişli kod çözücünün doğruluk tablosu. Şekil İki girişli kod çözücü devre

CSD-OS İşletim Sistemi Projesi - Fonksiyon Açıklama Standardı

DERS 1. ki De i kenli Do rusal Denklem Sistemleri ve Matrisler

Basit Bir Elektrik Süpürgesi

Cebir Notları. Bağıntı. 1. (9 x-3, 2) = (27, 3 y ) olduğuna göre x + y toplamı kaçtır? 2. (x 2 y 2, 2) = (8, x y) olduğuna göre x y çarpımı kaçtır?

AYNI ÇALIŞMA ŞARTLARINDA ÜÇ FARKLI SOĞUTMA SİSTEMİNİN KARŞILAŞTIRMALI PERFORMANS ANALİZİ

KAVRAMLAR. Büyüme ve Gelişme. Büyüme. Büyüme ile Gelişme birbirlerinden farklı kavramlardır.

Proje konularından istediğiniz bir konuyu seçip, hazırlamalısınız.

Kursların Genel Görünümü

SANAYİNİN KÂRLILIK ORANLARI ÖNEMLİ ÖLÇÜDE AZALDI

Deprem Yönetmeliklerindeki Burulma Düzensizliği Koşulları

Davranışçı Yaklaşımda Öğrenme Kuramları

İKİ BOYUTLU GÖRSEL ARAÇLAR HARİTALAR

6- ODA MERKEZ BÜRO İŞLEYİŞİ

I. HSBS KURUM AYARLARI

TARİHLİ EĞİTİM KOMİSYONU KARARLARI

-Bursa nın ciroları itibariyle büyük firmalarını belirlemek amacıyla düzenlenen bu çalışma onuncu kez gerçekleştirilmiştir.

Olasılık ve İstatistik Dersinin Öğretiminde Deney ve Simülasyon

MESS ALTIN ELDİVEN İSG YARIŞMASI BAŞVURU VE DEĞERLENDİRME PROSEDÜRÜ

YSÖP KULLANIM KILAVUZU

Faaliyet Alanları. 22 Aralık Yıldız Teknik Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği Bölümü

R.G UBAN (ULUSAL BANKA HESAP NUMARASI) TEBLİĞİ

Taş, Yaman ve Kayran. Altan KAYRAN. ÖZET

BÖLÜM 7 BİLGİSAYAR UYGULAMALARI - 1

SINAV ŞARTNAMESİ ( TURİZM SEKTÖRÜ )

Ders Tanıtım Formu. Dersin Adı Öğretim Dili

Uzaktan Algılama Teknolojileri


Yrd. Doç. Dr. Hüseyin Odabaş

Türk Musikisinde Makamların 53 Ton Eşit Tamperamana Göre Tanımlanması Yönünde Bir Adım

İLÇEMİZ İLKOKULLARINDA GÖREVLİ SINIF VE OKUL ÖNCESİ ÖĞRETMENLERİNİN EĞİTİM-ÖĞRETİM YILI MESLEKİ ÇALIŞMA PROGRAMI

SÜREÇ YÖNETİMİ VE SÜREÇ İYİLEŞTİRME H.Ömer Gülseren > ogulseren@gmail.com

hendisliği kanı Bilgisayar MühendisliM Prof. Dr. Oya Kalıps

İSTANBUL TİCARET ÜNİVERSİTESİ BİLGİSAYAR MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ BİLGİSAYAR SİSTEMLERİ LABORATUARI YÜZEY DOLDURMA TEKNİKLERİ

Sigma 2006/2 Araştırma Makalesi / Research Article THE SIMULATION AND OPTIMIZATION OF LIFT CONTROL SYSTEMS WITH GENETIC ALGORITHMS

Satış Amaçlı Elde Tutulan Duran Varlıklar ve Durdurulan Faaliyetlere İlişkin Türkiye Finansal Raporlama Standardı (TFRS 5)

JET MOTORLARININ YARI-DĐNAMĐK BENZETĐŞĐMĐ ve UÇUŞ ŞARTLARINA UYGULANMASI

Görsel Tasarım İlkelerinin BÖTE Bölümü Öğrencileri Tarafından Değerlendirilmesi

TOPOĞRAFYA Takeometri

MİKROİŞLEMCİ İLE A/D DÖNÜŞÜMÜ

Ders Adı Kodu Yarıyılı T+U Saati Ulusal Kredisi AKTS. Yazma Becerileri 2 YDA

Genetik Algoritma ile Çözümü Gerçekleştirilen Atölye Çizelgeleme Probleminde Ürün Sayısının Etkisi

Page 1. Page 3. Not: Doğrusal ölçüde uzunlukların ölçülendirilmesi şekildeki gibidir.

ĐHRACAT AÇISINDAN ĐLK 250 Prof. Dr. Metin Taş

ç) Yönetim Kurulu: Ağrı İbrahim Çeçen Üniversitesi Yönetim Kurulunu,

Test Geliştirme. Testin Amacı. Ölçülecek Özelliğin Belirlenmesi Yrd. Doç. Dr. Çetin ERDOĞAN

KÜLTÜR, TURİZM VE TANITIM DAİRESİ BAŞKANLIĞI İDARİ İŞLER ŞUBE MÜDÜRLÜĞÜ TEŞKİLAT YAPISI VE ÇALIŞMA ESASLARINA DAİR YÖNERGE

AKILLI BİR PLAKANIN TİTREŞİMLERİNİN SÖNÜMLENMESİNDE BAĞIMSIZ ÇALIŞAN PİEZOELEKTRİK YAMALARIN ETKİSİ

Biçimli ve güzel bacaklara sahip olmak isteyen kadınlar, estetik cerrahların

Rusya'da Erken Çocukluk Bakımı ve Eğitimi (EÇBE)

AKIŞ TĐPĐ ÇĐZELGELEME PROBLEMLERĐNĐN GENETĐK ALGORĐTMA ile ÇÖZÜM PERFORMANSININ ARTIRILMASINDA DENEY TASARIMI UYGULAMASI

Soma Belediye Başkanlığı. Birleşme Raporu

TEMEL İSTATİSTİK KAVRAMLAR

Barış ÇORUH. Tablo 1 Devlet Üniversitelerinde Mühendislik Fakülteler Kapsamında Öğrenci Alan Biyomedikal ve Tıp Mühendislikleri Programları

2 Erciyes Üniversitesi, Bilgisayar Mühendisliği Bölümü, 38039, Kayseri karaboga@erciyes.edu.

HİDROLİK SIZDIRMAZLIK ELEMANLARININ TEST YÖNTEM VE SONUÇLARI

REHBERLĠK HĠZMETLERĠ NEDĠR?

11. TASARIM ŞABLONU KULLANARAK SUNU HAZIRLAMAK

II- İŞÇİLERİN HAFTALIK KANUNİ ÇALIŞMA SÜRESİ VE FAZLA MESAİ ÜCRET ALACAKLARI

360- ÖDENECEK VERGİ VE FONLAR HESABINA (GELİR VERGİSİ KESİNTİSİ) İLİŞKİN say2000i UYGULAMASI

GENETİK ALGORİTMA PARAMETRELERİNİN BETONARME KİRİŞ TASARIMI ÜZERİNE ETKİSİ

YATAY FREZE MAKİNESİ İLE PROFİL İŞLEME SIRASINDA SİPER PARÇASININ HASAR ANALİZİ

T.C. ÇANAKKALE ONSEK Z MART ÜN VERS TES

Oyun Teorisi IENG 456 Karar Vermede Analitik Yaklaşımlar

Elektrik enerjisi; üretim santrallarından (merkezlerinden)

ALAN ALT ALAN KODU Kalite ve Strateji Planlama Proje

Topluma Hizmet Uygulamaları ve Altındağ Belediyesi İş Birliği Örneği

VECTOR MECHANICS FOR ENGINEERS: STATICS

BISTEP nedir? BISTEP ne yapar?

Her derecede yönetici aslında karar (lar) veren ve bunları uygulayan/uygulatan kişidir. Karar vermek birden çok seçenekten birini uygulamak demektir.

Yürürlük Tarihi: 12/09/ Kodu: ED Rev. No/Tarihi: 00 1 / 33


Merhaba! Fatih ALKAN Yasin UĞURLU Mehmet ÜZER. Biz buradayız çünkü sizi ve yazılımı seviyoruz. Bize ulaşabilirsiniz:

Kromozom Seçim Metriğinin Yinelemeli İki-Aşamalı Evrimsel Programlamada Performansa Katkısı

KİTAP İNCELEMESİ. Matematiksel Kavram Yanılgıları ve Çözüm Önerileri. Tamer KUTLUCA 1. Editörler. Mehmet Fatih ÖZMANTAR Erhan BİNGÖLBALİ Hatice AKKOÇ

uzman yaklaşımı Branş Analizi öğretim teknolojileri ve materyal tasarımı Dr. Levent VEZNEDAROĞLU

BÖL-1B. Fatih University- Faculty of Engineering- Electric and Electronic Dept.

OKUL BAZLI BÜTÇELEME KILAVUZU

TOKSİKOLOJİ BİLİM DALI Toksikoloji Programı

TÜRKİYE CUMHURİYETİ ORDU ÜNİVERSİTESİ 2012 YILI KURUMSAL MALİ DURUM VE BEKLENTİLER RAPORU

a) Birim sorumluları: Merkez çalışmalarının programlanmasından ve uygulanmasından sorumlu öğretim elemanlarını,

Basit Kafes Sistemler

Amaç Günümüzde birçok alanda kullanılmakta olan belirtisiz (Fuzzy) kümelerin ve belirtisiz istatistiğin matematik kaygısı ve tutumun belirlenmesinde k

AB Mevzuatının Uygulanmasına Yönelik Teknik Desteğin Müzakere Edilmesi

FEZ PANDA II ĐLE BLUETOOTH DEDEKTÖR UYGULAMASI BLUETOOTH DETECTOR APPLICATION WITH FEZ PANDA II

Söke İlçesinde Pnömatik Ekim Makinaları Talep Projeksiyonunun Belirlenmesi*

ARTVİN ÇORUH ÜNİVERSİTESİ ARAŞTIRMA GÖREVLİLERİ TEMSİLCİLİĞİ YÖNERGESİ

TEKSTİL TEKNOLOJİSİ TERBİYE DİJİTAL BASKI DESENCİ MODÜLER PROGRAMI (YETERLİĞE DAYALI)

TOPLAM KALİTE YÖNETİMİ İŞLEM BASAMAKLARI. Kalite Yönetim Sisteminin işleyişini, kurulların amaç, kuruluş şekilleri ve çalışma kurallarını açıklamak,

Akreditasyon Çal malar nda Temel Problemler ve Organizasyonel Bazda Çözüm Önerileri

İST60 TELESKOBU PERFORMANS DEĞERLENDİRMESİ ve İLK GÖZLEMLER

İnşaat Firmalarının Maliyet ve Süre Belirleme Yöntemleri Üzerine Bir Alan Çalışması

Fonksiyon Optimizasyonunda Genetik Algoritmalar

Almanca da Sıfatlar (Adjektive) ve Sıfat Tamlamaları - Genç Gelişim Kişisel Gelişim

Transkript:

Journal of Engineering and Natural Sciences Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi Sigma 2004/4 GENETIC ALGORITHMS IN ENGINEERING APPLICATIONS AND THE FUNCTION OF OPERATORS Berna BOLAT *1, K. Osman EROL 2, C. Erdem İMRAK 3 1 Yıldız Teknik Üniversitesi, Makina Fakültesi, Makina Mühendisliği Bölümü, Yıldız-İSTANBUL 2 İstanbul Teknik Üniversitesi, Elektrik-Elektronik Fakültesi, Bilgisayar Müh. Bölümü, Maslak-İSTANBUL 3 İstanbul Teknik Üniversitesi, Makina Fakültesi, Makina Mühendisliği Bölümü, Gümüşsuyu-İSTANBUL Geliş/Received: 23.07.2004 Kabul/Accepted: 04.11.2004 ABSTRACT Genetic Algorithms are research algorithms which are based on natural selection and natural genetic mechanism. In this paper, the definition and the principle as operators of the genetic algorithms have been introduced and (crossover and mutation) have been analyzed. Various studies have been carried out for the engineering applications of genetic algorithms and information has been given about these studies. In the last part of this paper, An explanatory example related to genetic algorithms has been given. Keywords: Genetic Algorithms, crossover, mutation. MÜHENDİSLİK UYGULAMALARINDA GENETİK ALGORİTMALAR VE OPERATÖRLERİN İŞLEVLERİ ÖZET Genetik algoritmalar, doğal seleksiyon ve doğal genetik mekanizmasına dayanan araştırma algoritmalarıdır. Bu çalışmada, genetik algoritmaların tanımı ve çalışma prensibi ele alınmış ve kullanılan ve mutasyon operatörleri incelenmiştir. Genetik algoritmaların mühendislik alanlarındaki uygulamaları için literatür araştırması yapılmış ve bu çalışmalar hakkında bilgiler sunulmuştur. Çalışmanın son kısmında ise genetik algoritma ile ilgili açıklayıcı bir örnek verilmiştir. Anahtar Sözcükler: Genetik algoritmalar,, mutasyon. 1. GİRİŞ Sayısal optimizasyon yöntemlerinden olan genetik algoritmalar, evrimsel hesaplama tekniğinin bir parçasını oluşturmakta ve geleneksel yöntemlerle, çözümü zor veya hemen hemen imkansız olan problemlerin çözümünde kullanılmaktadır. Genetik algoritmalar, deneysel çalışmalarda optimizasyon aşamasında, endüstriyel uygulamalarda ve sınıflandırmalarda uygulama alanı bulunmaktadır. Mühendislik alanında en çok optimizasyon amaçlı olarak kullanılmakta ve diğer klasik yöntemlere göre daha iyi sonuç vermektedir. Genetik algoritmalar, bazı doğal olayları modelleyen stokastik algoritmalardır. Bu algoritmalar biyolojik evrimin işleyiş biçimini taklit eder. * Sorumlu Yazar/Corresponding Autor: e-mail:balpan@yildiz.edu.tr, Tel: (0212) 259 70 70/2213 264

Genetic Algorithms in Engineering Applications... Genetik algoritmalar doğal seleksiyon ve mekanizmasına dayanan sayısal optimizasyon algoritmalarıdır. Evrimsel hesaplama ilk olarak I.Rechenberg tarafından Evrim Stratejileri eserinde tanıtılmıştır [1]. İlk olarak John Holland evrim sürecini bir bilgisayar yardımıyla kullanarak genetik algoritmaları oluşturmuştur [2]. Holland ın öğrencisi D.E.Golldberg 1989 yılında bu konuda çıkardığı kitabıyla genetik algoritmaların çeşitli konularda kullanılabileceğini göstermiştir [3]. 1992 yılında John Koza genetik algoritmayı kullanarak genetik programlamayı geliştirmiştir [4]. Bu çalışmada, genetik algoritmanın işlevleri ve yapısı ele alınmıştır. Ayrıca bu konuda çeşitli mühendislik alanlarında yapılmış çalışmalar irdelenmiş, konuyu açıklayıcı bir örnek üzerinde operatörlerin uygulanması ve etkileri incelenmiştir. 2. MÜHENDİSLİK UYGULAMALARINDA GENETİK ALGORİTMALAR İLE YAPILAN ÇALIŞMALAR Konuyla ilgili çalışmalar incelendiğinde, araştırma alanı geniş ve karmaşık ise, konuyla ilgili bilgi az veya eldeki bilgi araştırma alanını daraltmada yeterli değilse, matematiksel analiz elde edilemiyorsa veya geleneksel araştırma metodları ile başarısız olunmuş veya iyi sonuç alınmamışsa genetik algoritmalardan faydalanıldığı görülmüştür. İncelenen literatürden önemli olanları aşağıda özetlenmiştir. So ve Chan, asansör kontrol sistemine genetik algoritmayı uygulamış ve ortalama bekleme zamanını bu yöntemle azaltmışlardır [5]. Tobita ve arkadaşları, asansör grup kontrol sisteminde kullanılan genetik algoritma için yeni bir metod tanıtmış, bina çevrimi ve çevre şartlarıyla diğer metodlar arasındaki farklılıkları anlatmışlardır [6]. Turğut ve Arslan, altı açıklıklı sürekli bir kirişte maksimum açıklık ve mesnet momentlerini veren hareketli yük kombinezonlarının genetik algoritmalarla otomatik bir şekilde düzenlenmesini incelemişlerdir. Sunulan metodun hesaplama hızı, tesir çizgileri yöntemi gibi klasik yöntemlerle yapılan çözüme kıyasla oldukça yüksek olduğunu göstermişlerdir [7]. Fığlalı ve Engin, optimum çözümü zor olan (NP-zor), çok makinalı akış tipi çizelgeleme problemlerinin genetik algoritma ile çözüm performansının arttırılmasına yönelik bir çalışma yapmışlardır. Sonuç olarak akış tipi çizelgeleme problemlerinin genetik algoritma ile çözümünde etkili olan parametreler ile genetik algoritmanın çözüm performansını artıracak parametre setlerini belirlemişlerdir [8]. Kandiller ve Küçükali, deniz savaşında filo konuşlandırma problemi ve akaryakıt tüketimi simülasyonu üzerine çalışmışlardır. Ortaya çıkan maksimum alan kapsama problemin çözümü için bir genetik algoritma geliştirilmişlerdir. Genetik algoritma çözümü, akaryakıt tüketim incelenmesi için geliştirilen simülasyon modeline girdi olarak kullanmışlardır. Bu model yardımıyla harp durumu, akaryakıt tüketimi açısından simüle edilmiş ve yüzer birliklerin harbe devamlılık süreleri analizi yapılmıştır [9]. Öztürk ve Yılmaz, makina tasarım optimizasyonu problemlerinin çözümünde genetik algoritmayı kullanmışlardır. Klasik yöntemlerle çözümü, uzun zaman alan ve optimuma ulaşılması sürecinde ıraksama veya lokal optimuma yakalama problemi içeren makina tasarım problemlerinin genetik algoritma yaklaşım ile optimizasyonunu açıklamışlardır [10]. Cortes ve arkadaşları ise asansör grup kontrolünü genetik algoritma ile analizini ve simülasyonunu yapmışlardır. Bu çalışmayla öğlen saatlerindeki yoğun trafik akışında yolcuların bekleme zamanı azaltmayı başarmışlardır [11]. Ele alınan problem asansör grup kontrollerinin analizi ve simülasyonu olduğundan, genetik algoritma uygulamasına elverişli olduğu görülmüştür. Bekiroğlu ve arkadaşları, çalışmalarında genetik algoritmada değer kodlaması kullanarak kafes sistemlerinin minimum ağırlıklı tasarımını amaçlamışlar ve değer kodlaması kullanılarak hazırlanan programın kafes sistemlerin genetik algoritma ile minimum ağırlıklı olarak boyutlandırılmasında etkin bir şekilde kullanıldığını göstermişlerdir [12]. 265

B. Bolat, K. O. Erol, C. E. İmrak Sigma 2004/4 Toğan yaptığı çalışmada genetik algoritma kullanarak çatı makaslarının farklı yüklemeler altında optimum tasarımlarını yapmıştır. Gerilme, burkulma ve çökme sınırlayıcılar göz önüne alınmış ve iki tip tasarım problemi incelemiştir. Önce çeşitli çatı makaslarının minimum ağırlıklı boyut optimizasyonları gerçekleştirilmiş daha sonra çatı makaslarının eleman kesit alanlarıyla birlikte optimum geometrilerini de bulacak şekilde boyut ve şekil optimizasyonları gerçekleştirilmiştir [13]. Bingül ve Söke yaptıkları çalışmada, farklı teknikleri kullanan genetik agoritmalar ve geliştirilmiş aşağı sol algoritmasının ortak kullanımıyla iki boyutlu giyontinsiz bir kesme problemine çözüm geliştirmişlerdir. 200x200 birimlik bir alan ile sınırlandırılmış bir büyük parça ve yerleşecek 29 adet birbirinden farklı düzgün dikdörtgen parçadan oluşan bir test problemi üzerinde çalışmışlardır. Çalışma sonucunda aynı problem için, farklı tekniklerinin birbirinden çok farklı sonuçlar verdiğini görmüşlerdir [14]. 3. GENETİK ALGORİTMALARIN ÇALIŞMA PRENSİBİ Genetik algoritmalar doğal seçim ilkesine dayanan bir sayısal optimizasyon yöntemidir. Genetik algoritma, çözüm dizilerinden oluşan bir başlangıç nesliyle, ve mutasyon gibi doğal seçim operatörlerini kullanmaktadır. Genetik algoritmalar oldukça genel prensiplerle Şekil 1 de akış şemasında görüldüğü gibi çalışmaktadır. Öncelikle ele alınan problem için bir rastgele n kromozomlu populasyon oluşturulur. Daha sonra populasyondaki her bir kromozom için f(x) uygunluk fonksiyonu hesaplanır. Yeni bir populasyon oluşuncaya kadar aşağıdaki adımlar tekrar edilir: [Seleksiyon] : Uygunluk durumuna göre populasyondan iki tane kromozom, çaprazlanmak (crossover) amacıyla seçilir (çoğullama-reproduction). Burada uygunluk derecesi yüksek olanın seçilme şansı yüksektir. [Çaprazlama] : Seçilmiş olan ebeveyn kromozomlar, oranına göre yeni bireyler oluşturmak üzere çaprazlanırlar. Eğer uygulanmazsa bireyler atalarının tamamen kopyası olacaklardır. [Mutasyon] : Kromozom üzerindeki bazı dizilerin (DNA dizilerinin) yerleri ile oynanarak belirli mutasyon oranına göre değişiklikler yapılır. Yeni popülasyon kabul edildikten sonra, oluşturulan yeni populasyon eskileriyle yer değiştirilir. Hedeflenen uygunluk değerine ulaşıldığında program durdurulur ve populasyondaki en iyi çözüm alınır. B A Ş L A T UYGUNLUK DEĞERİNİ HESAPLA YENİ NESİL OLUŞTURMA DEĞIŞTIRME TEST E Ç I K I Ş H seçim mutasyon kabul Şekil 1. Genetik algoritmanın genel akış şeması Genetik algoritmalarda kromozomlarla bir başlangıç popülasyonu rastgele oluşturulur. Burada popülasyon genişliğinin belirlenmesi gerekmektedir. Büyük popülasyonlarda, çözüm 266

Genetic Algorithms in Engineering Applications... uzayı iyi örneklendiği için aramanın etkinliği artmakta, fakat buna bağlı olarak da arama süresi uzamaktadır. Küçük popülasyonlarda ise, çözüm uzayını yeterli örnekleyememe ve zamansız yakınsama oluşabilmektedir. Genetik algoritmanın her çevriminde, yığındaki dizilerin bir değerlendirme fonksiyonu yardımıyla uygunluk değeri hesaplanır [15]. Uygunluk fonksiyonu, kromozomları problemin parametreleri haline getirmekte ve bunlara göre hesaplama yapmaktadır. Genellikle genetik algoritmaların başarısı bu fonksiyonun verimli ve hassas olmasına bağlıdır. Genetik algoritmada bağımsız parametrelerin kromozomlar içinde kodlanması gerekmektedir. İki çeşit kodlama yöntemi bulunmaktadır. 1- İkili kodlama: En yaygın olarak kullanılan yöntemdir. Sayılar ikilik sisteme göre sıfır ve birden oluşmaktadır. 2- Permütasyonlu kodlama: Sıralama problemlerinde kullanılmaktadır. Her kromozom dizideki bir sırayı temsil eden sayılardan oluşmaktadır. Çoğullama (reproduction), başlangıç popülasyonu oluşturulduktan sonra yeni popülasyonun oluşturulabilmesi için seçim yöntemine karar verilmesi gerekmekte ve yüksek uyuma sahip bireylerin seçilme olasılığı daha fazla olmaktadır. Burada yüksek uyuma sahip bireyin bir sonraki kuşağa kopyalanması hedeflenmiştir. Seçim yöntemi olarak geliştirilmiş birçok yöntem bulunmakla beraber, rulet çemberi, turnuva ve elitist seçim yöntemleri en yaygın kullanılanlardır. Rulet Çemberi Seçim Yöntemi ilk defa Holland tarafından ortaya çıkarılmıştır [2]. Burada tüm bireylerin uygunluk değerleri bir çizelgede yazılır ve bu değerler toplanır. Tüm bireylerin uygunluk değerleri toplama bölünerek (0,1) aralığında sayılar elde edilir ve sayıların hepsi bir çizelgede toplanır. Çizelgedeki sayılar birbirine eklenerek rastgele olarak bir sayıya kadar ilerlenir ve bu sayıya ulaşıldığında son eklenen sayının ait olduğu çözüm seçilmiş olur. Turnuva Seçim Yönteminde yerine koyarak ya da koymadan rastgele t adet birey seçilir ve bu büyüklüğe turnuva genişliği adı verilir. Bu gruptaki en iyi birey, yeni popülasyona kopyalanır. Bu işlem kullanıcı tarafından önceden kararlaştırılan çevrim sayısı kadar tekrarlanır. Elitist Seçim Yönteminde popülasyonun en iyi bir bireyi korunup, popülasyonun geri kalan elemanlarını uyum orantılı seçim yöntemlerinden birini kullanarak yeni bireyler ile değiştirilir. Burada hedef en iyi uyum değerine sahip bireyin, genetik operetörler kullanıldığında kaybolmasını önlemektir. Yeni çözümler elde etmek için seçim yönteminden sonra uygulanan ve mutasyon adı verilen iki genetik operatör vardır. 3.1. Çaprazlama Operatörü Çaprazlama, genetik algoritma uygulamalarında en önemli operatördür. Çaprazlamada bireylerdeki iyi özellikleri birleştirerek daha iyi çözümler yaratması beklenir. Ele alınan probleme bağlı olarak, kullanıcı tarafından seçilen 4 farklı operatörü bulunmaktadır. Tek nokta İki nokta Çok nokta Üniform Çaprazlama Çaprazlama operatörlerin uygulamaları aynı örnek üzerinde Şekil 2 de görülmektedir. Tek nokta, genetik algoritmanın kullandığı en basit dır. Rastgele seçilen kromozom çiftine uygulanır. Tek nokta işlemi için kromozomda yapılacak bölge kullanıcı tarafından rastgele seçilebilir. Oluşan yeni birey ebeveynlerin bazı özelliklerini alarak her ikisinin kopyası olacaktır [16]. İki nokta da iki nokta arasında kalan alt dizilerin değiştirilmesiyle iki yeni birey elde edilir. 267

B. Bolat, K. O. Erol, C. E. İmrak Sigma 2004/4 Çok nokta yöntemi, iki nokta nın gelişmiş bir halidir. Kromozomlar daha fazla parçalara ayrılır ve bir atlanarak elde edilen çiftler arasında değiştirilerek yeni bireyler elde edilir. Üniform da rastgele olarak maskesi oluşturulur. Birinci ve ikinci kromozoma karşılık gelen genin kopyalanmasıyla yaratılır. Çaprazlama maskesinde bir o genin birinci kromozomdan, sıfır ise o genin ikinci kromozomda kopyalanacağı anlamına gelmektedir. 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0010010001 0010011010 0010010010 Çaprazlama Maskesi : 1001011100 1110011010 1110010001 1110011001 1100001111 Tek nokta İki nokta Çok nokta Üniform Şekil 2. Çaprazlama yöntemleri ve etkileri İki kromozomdan yapılmış elemanlar, Şekil 2 de herbir operatörü için altı çizili olarak gösterilmiştir. 3.2. Mutasyon Operatörü Genetik algoritmalarda bir diğer operatör olan mutasyon oluşan yeni çözümlerin önceki çözümü kopyalamasını önlemek ve sonuca daha hızlı ulaşmak amacıyla kullanılmaktadır [17]. Örneğin, ikili bir kodlamanın kullanıldığı bir dizide mutasyon operatörü ile rastgele olarak seçilen eleman değeri 1 ise 0 veya 0 ise 1 olarak değiştirilerek yeni bir dizi elde edilir. Mutasyon operatörü olarak, ele alınan problemin yapısına göre en uygun olan aşağıdakilerden biri seçilir. Ters çevirme Ekleme Yer değişikliği Karşılıklı Değişim Mutasyon operatörlerinin uygulamaları Şekil 3 de görülmektedir. Şekilde altı çizili olarak verilen eleman değerleri mutasyona uğramış elemanları göstermektedir. Ters çevirmede, kromozomdan rastgele iki pozisyon seçilir ve iki ucu arasında ters çevirilir. Eklemede ise rastgele bir parka seçilir ve rastgele bir yere yerleştirilir. Yer değişikliği mutasyonunda, rastgele bir alt dizi seçilir ve rastgele bir yere yerleştirilir. Karşılıklı değişim mutasyonunda, rastgele seçilen iki genin yerleri değiştirilir. 4. GENETİK ALGORİTMANIN BİR FONKSİYON OPTİMİZASYONUNDA UYGULAMASI Genetik algoritmaların nasıl çalıştığını göstermek için tek değişkenli bir fonksiyonun optimizasyonu örnek olarak ele alınmıştır [18]. Fonksiyon F(x) = x 2 olup 0 x 31 aralığında fonksiyonu maximum eden x değerini bulmaktır. Çözümü zor olmayan bu fonksiyonu elle çözülebilmekte ve x = 31 için en yüksek değer vereceği açıkça görülmektedir. Problemin çözümü 268

Genetic Algorithms in Engineering Applications... için ikili kodlama kullanılmış ve kromozomlar 5 bitlik dizilerden oluşturulmuştur. İlk populasyon oluşturulmuş ve maximum değer olarak 24 (24 2 =576 ) elde edilmiştir. Problemin çözümü için ve mutasyon olmak üzere iki temel genetik operatör kullanılmıştır. Çizelge 1 de F(x) fonksiyonun başlangıç populasyonu ve uygunluk değerleri gösterilmiştir. Fonksiyonun ortalama değeri, 2 x 1170 F i = = = 293 (1) 4 4 olarak elde edilir. 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0100110101 0101000101 0101011100 0011010101 Ters Çevirme Mutasyonu Ekleme Mutasyonu Yer Değişikliği Mutasyonu Karşılıklı Değişim Mutasyonu Şekil 3. Mutasyon yöntemleri ve etkileri Çizelge 1. Başlangıç populasyonu ve uygunluk değeri çizelgesi Başlangıç Populasyonu x x 2 Fi / Fi F i / F i 1 01101 13 169 169 / 1170 = 0,14 169 / 293 = 0,58 2 11000 24 576 576 / 1170 = 0,49 576 / 293 = 1,97 3 01000 8 64 64 / 1170 = 0,06 64 / 293 = 0,22 4 10011 19 361 361 / 1170 = 0,31 361 / 293 = 1,23 Çizelge 1 de bulunan F i / Fi değerleri dikkate alınarak yapılan neticesinde ele alınan fonksiyonun değerleri Çizelge 2 de verilmiştir. Çizelge 2. Çaprazlama Çizelgesi Populasyon Havuzu Eşleştirme Çaprazlama 1 0110 / 1 2 4 2 1100 / 0 1 4 3 11 / 000 4 2 4 10 / 011 3 2 Çizelge 2 de görülen işlemden sonra ele alınan fonksiyon yeni populasyonu ve uygunluk değeri Çizelge 3 de görülmektedir. Burada F i değeri 2 x 1754 F i = = = 439 (2) 4 4 269

B. Bolat, K. O. Erol, C. E. İmrak Sigma 2004/4 elde edilmiştir. Çizelge 3. Yeni populasyon ve uygunluk değerleri Yeni Populasyon x x 2 F i / Fi 1 01100 12 144 144 / 439 = 0,32 2 11001 25 625 625 / 439 = 1,42 3 11011 27 729 729 / 439 = 1,66 4 10000 16 256 256 / 439 = 0,58 Çizelge 3 de görülen üçüncü satırdaki yeni populasyondan 11011 kromozomuna mutasyon uygulandığında 11111 değeri elde edilir. İkili kodda bulunan (11111) değerinin ondalık karşılığı ise (11111) 2 = 31 10 olacaktır. Bu ise aranan maksimum x değeridir. 5. SONUÇ Genetik algoritmalar, evrimsel hesaplama tekniğinin bir parçasını oluşturmakta ve geleneksel yöntemlerle çözümü zor veya hemen hemen imkansız olan problemlerin çözümünde yaygın olarak kullanım imkanı bulmaktadır. Mühendislik alanında, daha çok optimizasyon için kullanılmakta ve diğer klasik yöntemlere göre daha iyi sonuç verdiği gözlemlenmektedir. Bu çalışmada, genetik algoritma yöntemi genel hatlarıyla incelenmiş ve en iyi bireyi elde etmek için kullanılan ve mutasyon operatörleri, yapıları ve kullanım yerine göre özellikleriyle karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Ele alınan bir örnek problemde, ve mutasyon operatörleri kullanılarak üçüncü nesilde mutasyon uygulanarak en iyi sonuç elde edilmiş ve böylece genetik algoritma ile optimizasyon gerçekleştirilmiştir. Genetik algoritmalar, ele alınan basit problemden, daha zor ve hesaplaması daha karmaşık matematiksel ifadelere (türev ve integral gibi) ve değişik mühendislik alanlarındaki optimizasyon probleminde başarılı ve tatminkar neticeler vermektedir. KAYNAKLAR [1] Rechenberg, I., Evolutionstrategie (Evolution Strategy), Frommann-Holzboog, Stuttgart, 1973. [2] Holland, J.H., Adaptation in Natural and Artificial Systems, University of Michigan Press, Ann Arbor, 1975. [3] Goldberg, D.A., Genetic Algorithms in Search, Optimisation and Machine Learning, Addison- Wesley Publ., Reading, 1989. [4] Koza, J.R., Genetic Programming: on the Programming of Computers by Means of Natural Selection, MIT Press, 1992. [5] So, A.T.P., Chan W.L., Comprehensive Dynamic Zoning Algorithms, Elevator World, 99-103, 1997. [6] Tobita, T.., Segawa K., Fujino A., Yoneda, K., Ichikawa, Y., A Parameter Tuning Method for an Elevator Group Control System Using a Genetic Algorithm, Electrical Engineering in Japan, 124: (1), 55-64, 1998. [7] Arslan, A., Turgut.P., Sürekli Bir Kirişte Maksimum Momentlerin Genetik Algoritmalar ile Belirlenmesi, DEÜ Mühendislik Fak. Fen ve Mühendislik Dergisi, 3: (3), 1-9, 2001. [8] Engin.O., Fığlalı, A., Akış Tipi Çizelgeleme Problemlerinin Genetik Algoritma Yardımı ile Çözümünde Uygun Çaprazlama Operatörünün Belirlenmesi, Doğuş Üniversitesi Dergisi, 6, 27-35, 2002. 270

Genetic Algorithms in Engineering Applications... [9] Kandiller, L., Küçükali, B., Deniz Harbinde Filo Konuşlandırma Problemi ve Akaryakıt Tüketim Simülasyonu, SAVTEK 2002, Savunma Teknolojileri Kongre Bildiri Kitabı, 263-272, ODTÜ, Ankara, Ekim 2002. [10] Yılmaz, E., Öztürk, F., Makine Tasarım Optimizasyon Problemlerinin Genetik Algoritma ile Çözümü, Proceedings of the International 12th Turkish Symposium on Artificial Intelligence and Neural Networks TAINN-03, 210-212, 2003. [11] Cortes, P., Larraneta, J., Onieva, L., Genetic Algorithm for Controllers in Elevator Groups: Analysis and Simulation During Lunchpeak Traffic, Applied Soft Computing, 4:(2), 59-174, 2004. [12] Bekiroğlu, S., Ayvaz, Y., Dede, T., Değer Kodlaması Kullanılarak Kafes Sistemlerinin Genetik Algoritma ile Minimum Ağırlıklı Boyutlandırılması, 3.Uluslararası İleri Teknolojiler Sempozyumu, Gazi Üniversitesi, Ankara, Ağustos 2003 [13] Toğan, V., Daloğlu, A., Genetik Algoritma ile Çatı Makaslarının Şekil ve Boyut Optimizasyonu, 3.Uluslarası İleri Teknolojiler Sempozyumu, Gazi Üniversitesi, Ankara, Ağustos 2003. [14] Bingül, Z., Söke, A., Genetik Algoritmaların Farklı Çaprazlama Teknikleriyle İki Boyutlu Kesme Problemlerine Uygulanışı, Politeknik Dergisi, 7: (1), 1-11, 2004. [15] Dengiz, B., Altıparmak, F., Genetik Algoritmalar, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 11: (3), 523-541, 1998. [16] Eksin, I., Erol, O.K., Evolutionary Algorithm with Modifications in the Reproduction Phase IEE Proceedings-Software, 148 (2), 75-80, 2001. [17] Kurt, M., Semetay, C., Genetik Algoritma ve Uygulama Alanları, Mühendis ve Makina, 42 (501), 19-24, 2001. [18] Ertuğrul, Ş., Intelligent Systems and Soft Computing, Yüksek Lisans Ders Notu, İTÜ. Fen Bilimleri Enstitüsü, 2002. 271