Zeki Optimizasyon Teknikleri

Benzer belgeler
METASEZGİSEL YÖNTEMLER

Zeki Optimizasyon Teknikleri

Zeki Optimizasyon Teknikleri

Zeki Optimizasyon Teknikleri

Kısıtsız Optimizasyon OPTİMİZASYON Kısıtsız Optimizasyon

Zeki Optimizasyon Teknikleri. Karınca Algoritması (Ant Algorithm)

YÖNEYLEM ARAŞTIRMASI - III

KONU 4: DOĞRUSAL PROGRAMLAMA MODELİ İÇİN ÇÖZÜM YÖNTEMLERİ I

YÖNEYLEM ARAŞTIRMASI - III

YÖNEYLEM ARAŞTIRMASI - III

Genetik Algoritmalar. Bölüm 1. Optimizasyon. Yrd. Doç. Dr. Adem Tuncer E-posta:

YÖNEYLEM ARAŞTIRMASI - III

DOĞRUSAL OLMAYAN PROGRAMLAMA -I-

EM302 Yöneylem Araştırması 2 Doğrusal Olmayan Programlamaya Giriş. Dr. Özgür Kabak

Simpleks Yönteminde Kullanılan İlave Değişkenler (Eşitliğin yönüne göre):

OPTİMİZASYON TEKNİKLERİ. Kısıtsız Optimizasyon

HESSİEN MATRİS QUADRATİK FORM MUTLAK ve BÖLGESEL MAKS-MİN NOKTALAR

EM302 Yöneylem Araştırması 2 Çok değişkenli DOP ların çözümü. Dr. Özgür Kabak

DOĞRUSAL PROGRAMLAMADA DUALİTE (DUALITY)

Optimizasyon İçin Kök(Generic) Model (Doğrusal-Olmayan Programlama Modeli)

İÇİNDEKİLER ÖNSÖZ Bölüm 1 SAYILAR 11 Bölüm 2 KÜMELER 31 Bölüm 3 FONKSİYONLAR

EŞİTLİK KISITLI TÜREVLİ YÖNTEMLER

Yöneylem Araştırması II

Yrd. Doç. Dr. A. Burak İNNER

yöneylem araştırması Nedensellik üzerine diyaloglar I

YÖNEYLEM ARAŞTIRMASI - III

Karar değişkenlere ilişkin fonksiyonların ve bu fonksiyonlara ilişkin sınırlamaların tanımlanması

Tek Değişkenli Optimizasyon OPTİMİZASYON. Gradient Tabanlı Yöntemler. Bisection (İkiye Bölme) Yöntemi

Yaklaşık Düşünme Teorisi

PARÇACIK SÜRÜ OPTİMİZASYONU BMÜ-579 METASEZGİSEL YÖNTEMLER YRD. DOÇ. DR. İLHAN AYDIN

ALTIN ORAN ARAMA (GOLDEN SECTION SEARCH) METODU

OPTIMIZASYON Bir Değişkenli Fonksiyonların Maksimizasyonu...2

3.2. DP Modellerinin Simpleks Yöntem ile Çözümü Primal Simpleks Yöntem

TAMSAYILI PROGRAMLAMA

Doğrusal Programlamada Grafik Çözüm

YÖNEYLEM ARAŞTIRMASI - I

Başlangıç Temel Programının Bilinmemesi Durumu

Doğrusal Programlama. Prof. Dr. Ferit Kemal Sönmez

doğrusal programlama DOĞRUSAL PROGRAMLAMA (GENEL)

Zeki Optimizasyon Teknikleri

KISITLI OPTİMİZASYON

Duyarlılık analizi, bir doğrusal programlama probleminde belirlenen katsayı değerlerinin

Altın Oran Arama Metodu(Golden Search)

İleri Diferansiyel Denklemler

Büyük Veri Analitiği (Big Data Analytics)

OPTİMİZASYON TEKNİKLERİ-2. Hafta

Temelleri. Doç.Dr.Ali Argun Karacabey

0.1 Zarf Teoremi (Envelope Teorem)

A İSTATİSTİK. 1. nc r, n tane nesneden her defasında r tanesinin alındığı (sıralama önemsiz) kombinasyonların sayısını göstermektedir.

Bir Doğrusal Programlama Modelinin Genel Yapısı

Genel Graf Üzerinde Mutlak 1-merkez

Fonksiyon Optimizasyonunda Genetik Algoritmalar

YÖNEYLEM ARAŞTIRMASI - III

28 C j -Z j /2 0

X ve Y boş olmayan iki küme olsun. İki küme arasında tanımlanmış olan bir bulanık ilişki R, X x Y nin bir bulanık alt kümesidir.

Web Madenciliği (Web Mining)

NEWTON RAPHSON YÖNTEMİ

İktisat bilimi açısından optimizasyon, amacımıza en uygun olan. seçeneğin belirlenmesidir. Örneğin bir firmanın kârını

BİL-142 Bilgisayar Programlama II

TİPİK MODELLEME UYGULAMALARI

İLERİ ALGORİTMA ANALİZİ TABU ARAMA ALGORİTMASI (TABU SEARCH)

Algoritmalara Giriş. Prof. Erik Demaine. November 16, 2005 Copyright by Erik D. Demaine and Charles E. Leiserson L18.1

Concept Learning. Araş. Gör. Nesibe YALÇIN BİLECİK ÜNİVERSİTESİ. Yapay Zeka - Kavram Öğrenme

T.C. DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ SOSYAL BİLİMLER ENSTİTÜSÜ EKONOMETRİ ANABİLİM DALI EKONOMETRİ DOKTORA PROGRAMI

BÖLÜM III: Şebeke Modelleri. Şebeke Kavramları. Şebeke Kavramları. Şebeke Kavramları. Yönlü Şebeke (Directed Network) Dal / ok

MATRİSEL ÇÖZÜM TABLOLARIYLA DUYARLILIK ANALİZİ

İkinci dersin notlarında yer alan Gepetto Marangozhanesi örneğini hatırlayınız.

Matematiksel Optimizasyon ve Yapay Öğrenme

Şimdi de [ ] vektörünün ile gösterilen boyu veya büyüklüğü Pisagor. teoreminini iki kere kullanarak

Graflar bilgi parçaları arasındaki ilişkileri gösterirler.

EM302 Yöneylem Araştırması 2. Dr. Özgür Kabak

DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ DEKANLIĞI DERS/MODÜL/BLOK TANITIM FORMU. Dersin Kodu: END 4903

KOMBİNATORYAL OPTİMİZASYON

VERİ MADENCİLİĞİ (Kümeleme) Yrd.Doç.Dr. Kadriye ERGÜN

Mekatronik Mühendisliği Uygulamalarında Yapay Zekâ. Ders 1- Yapay Zekâya Giriş. Erhan AKDOĞAN, Ph.D.

Matematiksel modellerin elemanları

Simpleks Yöntemde Duyarlılık Analizleri

ULAŞTIRMA MODELİ VE ÇEŞİTLİ ULAŞTIRMA MODELLERİ

YÖNEYLEM ARAŞTIRMASI İLE İLGİLİ ÇÖZÜMLÜ ÖRNEKLER

Prof.Dr. ÜNAL ERKAN MUMCUOĞLU.

BİR MONTAJ HATTI ÜRETİM SİSTEMİNDE OPTİMAL İŞGÜCÜ DAĞILIMININ ARENA PROCESS ANALYZER (PAN) VE OPTQUEST KULLANILARAK BELİRLENMESİ

MAK 210 SAYISAL ANALİZ

Doğrusal olmayan programlama. Suat ATAN

SİMPLEKS ALGORİTMASI Yapay değişken kullanımı

Duyarlılık Analizi, modelde veri olarak kabul edilmiş parametrelerde meydana gelen değişimlerin optimum çözüme etkisinin incelenmesidir.

DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ DEKANLIĞI DERS/MODÜL/BLOK TANITIM FORMU. Dersin Kodu: MAT 1009

MATEMATİK ÖĞRETMENLİK ALAN BİLGİSİ - DENEME SINAVI DENEME. Diğer sayfaya geçiniz.

GÜZ DÖNEMİ ARASINAV SORULARI. 1. Sayısal çözümleme ve fonksiyonu tanımlayarak kullanıldığı alanları kısaca açıklayınız?

Lineer Programlama. Doğrusal terimi, hem amaç hem de kısıtları temsil eden matematiksel fonksiyonların doğrusal olduğunu gösterir.

DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ DEKANLIĞI DERS/MODÜL/BLOK TANITIM FORMU MATEMATİK I. Dersin Kodu: MAT 1009

TÜREV VE UYGULAMALARI

ULAŞTIRMA MODELİ VE ÇEŞİTLİ ULAŞTIRMA MODELLERİ

YZM ALGORİTMA ANALİZİ VE TASARIM DERS#9: AÇGÖZLÜ ALGORİTMALAR

JEODEZİK AĞLARIN OPTİMİZASYONU

ALGORİTMA ANALİZİ. Cumhuriyet Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği Bölümü

3. Kazanılan matematik becerilerini mesleki problemlere uygulayabileceklerdir.

İleri Diferansiyel Denklemler

1. Matematik analiz ve diferansiyel denklemlerle ilgili temel kavramları öğrenecektir.

İleri Diferansiyel Denklemler

Transkript:

Zeki Optimizasyon Teknikleri Ara sınav - 25% Ödev (Haftalık) - 10% Ödev Sunumu (Haftalık) - 5% Final (Proje Sunumu) - 60% - Dönem sonuna kadar bir optimizasyon tekniğiyle uygulama geliştirilecek (Örn: Zaman çizelgeleme, en kısa yol bulunması, denetleyici tasarımı, network optimizasyonu vb) - Hazırlanacak proje önerileri ara sınav tarihine kadar bildirilecek e-posta dersin web adresi : akcayol@gaziedutr : http://w3gaziedutr/~akcayol DoçDr M Ali Akcayol Zeki Optimizasyon Teknikleri Optimizasyona Giriş Geleneksel Optimizasyon Yöntemleri Karınca Algoritması Tavlama Benzetimi Tabu Arama Genetik Algoritma Yapay Sinir Ağları DoçDr M Ali Akcayol 1

Optimizasyon Optimizasyon, verilen şartlar altında en iyi sonucun elde edilmesi işidir Optimizasyon alanındaki en önemli gelişmeler 18yy da Newton ve Lagrange tarafından yapılmıştır Bir sistemin planlanmasında hedef, istenen karı maksimize yada gerekli çabayı minimize etmektir İstenen kar veya gerekli çaba, karar değişkenlerinin bir fonksiyonu olarak ifade edilir Optimizasyon sürecinde bu fonksiyonun minimum veya maksimum değerini oluşturan şartlar bulunur Minimum, Maksimum Bir x 0 noktası f(x) fonksiyonunun minimum değeri ise, aynı nokta f(x) fonksiyonunun maksimum değeridir y f(x) x 0 x -f(x) 2

KLASİK OPTİMİZASYON Fonksiyonlar sürekli ve türevlenebilir olmalıdır Çok küçük pozitif ve negatif bütün h değerleri için f(x 0 ) f(x 0 +h) ise f(x) fonksiyonu x 0 da yerel minimuma sahiptir f(x 0 ) f(x 0 +h) ise f(x) fonksiyonu x 0 da yerel maksimuma sahiptir f(x) fonksiyonu tanımlı olduğu bölgede bütün x ler için f(x 0 ) f(x) ise, f(x) fonksiyonu x 0 da mutlak veya tanımlı olduğu bölgede minimuma sahiptir Eğer f(x 0 ) f(x) ise, f(x) fonksiyonu x 0 da mutlak veya bölgesel maksimuma sahiptir KLASİK OPTİMİZASYON f(x) Yerel maximum nokta Global maximum nokta Çözüme ait komşu değerler A ( ) B C D E X Yerel maksimum çözüm Global minimum çözüm Global maksimum çözüm Yerel minimum çözüm 3

TEK DEĞİŞKENLİ FONKSİYONLAR δ > 0 ve x - x 0 < δ iken f(x) f(x 0 ) ise x 0 yerel minimumdur δ bölge aralığını ifade etmektedir Bütün x ler için f(x) f(x 0 ) ise x 0 global minimumdur Minimum ve maksimumların bulunmasında 1 ve 2 derece türevler kullanılır f ' (x) = 0 TEK DEĞİŞKENLİ FONKSİYONLAR f ' (x) > 0 f ' (x) < 0 Minimum noktalarda f '(x) negatiften pozitife geçer Maksimum noktalarda f '(x) pozitiften negatife geçer Minimum ve maksimum noktalarda f '(x) = 0 olur f ''(x) > 0 ise bulunulan nokta minimum f ''(x) < 0 ise bulunulan nokta maksimumdur 4

ÖRNEK f(x) = x 3-2x 2 + x + 1 fonksiyonunun minimum ve maksimum noktalarını bulunuz f '(x) = 3x 2-4x + 1 f '(x) = 0 3x 2-4x + 1 = 0 (3x-1) (x-1) = 0 x = 1 / 3, x = 1 f ''(x) = 6x 4 f ''(1/3) = -2 (yerel maksimum) f ''(1) = 2 (yerel minimum) ÇOK DEĞİŞKENLİ FONKSİYONLAR f(x 1, x 2,, x n ) = f(x ) şeklinde ifade edilir Gradyan fonksiyonu f(x) = ( f / x 1, f / x 2,, f / x n ) şeklinde gösterilir Hessian matrisi ise aşağıdaki gibidir H x 0 = x 1 2 x 2 x 1 x n x 1 x 1 x 2 x 2 2 x n x 2 x 1 x n x 2 x n x n 2 5

ÇOK DEĞİŞKENLİ FONKSİYONLAR Hessian matrisin tüm minor determinantlarının pozitif olması minimum için yeterlidir H = h11 h12 h13 h21 h22 h23 h31 h32 h33 H 1 = h11 H 2 = h11 h12 h21 h22 H 3 = h11 h12 h13 h21 h22 h23 h31 h32 h33 ÖRNEK f(x 1, x 2, x 3 ) = x 2 1 - x 2 2 + x 32 x 2 x 3 2x 1 x 3 + 4x 1 + 10 fonksiyonunun minimum olduğu noktaları bulunuz f (x 0 ) = 0 f / x 1 = 0 f / x 2 = 0 f / x 3 = 0 2x 1 2x 3 + 4 = 0-2x 2 x 3 = 0 2x 3 x 2-2x 1 = 0 x 1 = -10 x 2 = 4 x 3 = -8 2 0-2 H = 0-2 -1-2 -1 2 H 1 = 2 H 2 = -4 H 3 = -2 Minor determinantlarından görüldüğü gibi f (-10, 4, -8) geçiş noktasıdır 6

ÖRNEK f(x) = x 13 + x 2 2 + x 32-12x 1 8x 2 12x 3 + 100 fonksiyonunun minimum olduğu noktaları bulunuz f (x 0 ) = 0 f / x 1 = 0 f / x 2 = 0 f / x 3 = 0 3x 12-12 = 0 2x 2 8 = 0 2x 3 12 = 0 x 1 = 2, -2 x 2 = 4 x 3 = 6 H (2, 4, 6) 6x 1 0 0 = 0 2 0 0 0 2 H 1 = 6x 1 = 12(2), -12(-2) H 2 = 6x 1 2 = 24(2), -24(-2) H 3 = 6x 1 2 2 = 48(2), -48(-2) Tüm minor determinantlar pozitif olduğu için f(2, 4, 6) minimum noktadır DOĞRUSAL PROGRAMLAMA (DP) DP, amaç fonksiyonu ve kısıtlayıcıları karar değişkenlerinin doğrusal fonksiyonu biçiminde olan problemlerle uğraşan optimizasyon tekniğidir İlk olarak 1947 yılında George Danting tarafından ortaya atıldı 7

DOĞRUSAL PROGRAMLAMA (DP) Genel bir doğrusal programlama örneği aşağıdaki gibidir; Min f(x 1, x 2,, x n ) = c 1 x 1 c 2 x 2 + + c n x n Kısıtlar a 11 x 1 + a 12 x 2 + + a 1n x n b 1 a 21 x 1 + a 22 x 2 + + a 2n x n b 2 a k1 x 1 + a k2 x 2 + + a kn x n b k x 1 0, x 2 0,, x n 0, Burada c 1 x 1 c 2 x 2 + + c n x n amaç fonksiyonu (objective or criterion function) olup minimize edilmek istenmektedir ve z ile gösterilir c 1, c 2,, c n maliyet katsayılarıdır (cost coefficients) x 1, x 2,, x n ise karar değişkenleridir (decision variables) DOĞRUSAL PROGRAMLAMA (DP) n a ij x j > b i ikısıtı ifade eder j=1 x 1, x 2,, x n 0 negatif olmayan kısıtlardır Bütün şartları sağlayan x 1, x 2,, x n uygun çözüm noktaları veya uygun çözüm vektörüdür Uygun çözüm noktalarının tamamına uygun çözüm alanı veya uygun çözüm uzayı denir 8

ÖRNEK Min 2 x 1 + 5 x 2 - Optimal çözüm uç noktalardadır Kısıtlar x 1 + x 2 6 - Optimal çözüm amaç fonksiyonun -x 1 2 x 2-18 katsayılarının yönü kullanılarak x 1, x 2 0 bulunur - Katsayı vektörü uygun çözüm yönünde değilse amaç fonksiyonu katsayı yönünde hareket ettirilir, değilse katsayı yönünde hareket ettirilir x 2 [0,9] x 1 0 Uygun çözüm bölgesi x 1 + x 2 6 [0,6] -x 1-2x 2-18 x 2 0 [6,0] [18,0] x 1 ÖRNEK Min -x 1-3 x 2 Kısıtlar x 1 + x 2 6 ( 1 ) -x 1 + 2x 2 8 ( 2 ) x 1, x 2 0 x 2 ( 1 ) [0,6] Optimal [4/3, 14/3] - x 1-3 x 2 = - 46 / 3 ( 2 ) Uygun çözüm bölgesi [0,4] c (-1, - 3) [6,0] - x 1-3 x 2 = 0 x 1 9

DOĞRUSAL PROGRAMLAMA (DP) Tek optimal Kapalı bölge DOĞRUSAL PROGRAMLAMA (DP) Tek optimal Açık bölge 10

DOĞRUSAL PROGRAMLAMA (DP) Çözüm aralığı Kapalı bölge DOĞRUSAL PROGRAMLAMA (DP) Sınırsız çözüm Açık bölge 11

DOĞRUSAL PROGRAMLAMA (DP) Optimal çözüm yoktur Açık bölge DOĞRUSAL PROGRAMLAMA (DP) Min -x 1-3 x 2 Kısıtlar -x 1 + 2 x 2 2 2x 1 - x 2 3 x 2 4 x 1, x 2 0 x 2 x 1 0 2x 1 - x 2 3 -x 1 + 2 x 2 2 [0,4] [6,4] x 2 4 [8/3,7/3] [0,1] x 2 0 [0,0] [3/2,0] Uygun çözüm alanı yoktur x 1 12

ÖRNEK Maks 03 x 1 + 02 x 2 Kısıtlar x 1, x 2 0 (1,2) x 1 + x 2 70 (3) x 1 + 2x 2 100 (4) 2x 1 + x 2 120 (5) x 2 x 1 0 2x 1 + x 2 120 [0,120] x 1 + x 2 70 A [0,50] B x 1 + 2x 2 100 C x 2 0 [0,0] E [60,0] D [100,0] x 1 A 10 B 18 *C 19 D 18 E 0 ÖRNEK (devam) Maks 03 x 1 + 02 x 2 Kısıtlar x 1, x 2 0 (1,2) x 1 + x 2 70 (3) x 1 + 2x 2 100 (4) 2x 1 + x 2 120 (5) x 2 KÖŞE KOOR KÖŞE KOOR 1, 2 + 1, 3 1, 4 + 1, 5 2, 3 2, 4 0, 0 0, 70 0, 50 0, 120 70, 0 100, 0 2, 5 + 3, 4 + 3, 5 + * 4, 5 60, 0 40, 30 50, 20 140/3,80/3 2x 1 + x 2 120 [0,120] x 1 + x 2 70 A [0,50] B C [0,0] E [60,0] D x 1 + 2x 2 100 [100,0] x 1 1,2 0 1,4 10 2,5 18 3,4 18 *3,5 19 13

ÖRNEK Maks P = 4x + 3y + 7z Kısıtlar x + 3y + 2z 120 (1) 2x + y + 3z 120 (2) x 0 (3) y 0 (4) z 0 (5) KÖŞE 1, 2, 3 +* 1, 2, 4 1, 2, 5 + 1, 3, 4 1, 3, 5 + 1, 4, 5 2, 3, 4 + 2, 3, 5 2, 4, 5 + 3, 4, 5 + KOOR 0,120/7, 240/7-120, 0, 120 48, 24, 0 0, 0, 60 0, 40, 0 120, 0, 0 6, 0, 40 0, 120, 0 60, 0, 0 0, 0, 0 P = 4x + 3y + 7z 2040/7 = 2914 Uygun değil 264 Uygun değil 120 Uygun değil 280 Uygun değil 240 0 Optimal çözüm = P ( 0,120/7, 240/7 ) = 2914 HILL CLIMBING 1 İterasyon tekniği kullanılır 2 Arama alanında tek bir noktadan başlar 3 Herbir iterasyonda mevcut çözüme komşu çözümler arasından bir tanesi seçilir 4 Eğer seçilen nokta mevcut çözümden daha iyiyse yeni çözüm olarak alınır, değilse başka bir komşu çözüm aranır 5 Algoritma daha iyi bir çözüm bulunamayınca veya daha önceden belirlenmiş iterasyon sayısına ulaşınca sonlandırılır a b c lokal global lokal 14

HILL CLIMBING Lokal minimumu bulabilir - Genellikle farklı başlama noktalarından başlanmak zorundadır Başlama noktası seçimi şu şekilde yapılabilir; - Rastgele seçilebilir - Daha önceden belirlenmiş noktalara göre seçilebilir - Diğer bilgilere göre (Örn: Önceki çözümler, Uzman bilgileri, Ölçümler, vb) HILL CLIMBING Örnek: 30 karakterlik bir binary karakter dizisi problemin çözüm uzayını oluşturmaktadır f(bd) = 20 * bir_sayisi(bd) 100 fonksiyonunu maksimum yapan binary dizisini (bd) bulunuz bir_sayisi(bd) fonksiyonu bd dizisindeki birlerin sayısını vermektedir Örn: bd1 = ( 110111101111011101101111010101 ) f(bd1) = 10 * 22 100 = 120 15

HILL CLIMBING procedure HillClimbing begin iterasyon 0 repeat lokal FALSE rastgele bir bd dizisi seç bd dizisini değerlendir repeat bd dizisindeki bitlerin değerini değiştirip yeni 30 komşu çözüm üret Yeni komşu çözüm kümesinde f fonksiyonunu maks yapanı seç if f(bd) < f(bd yeni ) then bd bd yeni else lokal TRUE until lokal iterasyon iterasyon + 1 until iterasyon = MAXITERASYON end HILL CLIMBING Zayıf yanları: - Genellikle lokal optimum olan çözümlerde sonlanmaktadır - Elde edilen optimum başlama noktasına bağlıdır - Genellikle istenen sonucu elde etmede hesaplama zamanı için bir üst limit yoktur Avantajları: - Uygulamak çok kolaydır - Sadece problemin gösterimi, değerlendirme fonksiyonu ve komşu çözüm üretme fonksiyonu yeterlidir 16

Zeki Optimizasyon Teknikleri Haftalık Ödev: Hill Climbing konusunda bir makale incelenerek elde edilen sonuçları içeren bir rapor hazırlanacaktır İncelenen makalede Hill climbing kullanılmasının gerekçeleri, uygulamanın sonuçları değerlendirilecektir - İncelenen makale son 5 yılda yayınlanmış olacaktır - Makale Yurtdışında SCI te taranan bir dergide yayınlanmış olacaktır - SCI te tarandığını gösterir bilgi ödeve eklenecektir - Hazırlanan rapora makalenin tam metnide eklenecektir Zeki Optimizasyon Teknikleri Gelecek Hafta Karınca Algoritması (Ant Algorithms) 17