TAŞ DOLGU DALGAKIRANLARIN GENETİK ALGORİTMA İLE GÜVENİRLİK ANALİZİ. M. Levent Koç* Can E. Balas**

Benzer belgeler
KİNETİK MODEL PARAMETRELERİNİN BELİRLENMESİNDE KULLANILAN OPTİMİZASYON TEKNİKLERİNİN KIYASLANMASI

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

YÖNEYLEM ARAŞTIRMASI - III

Tabakalı Kompozit Bir Malzemenin Genetik Algoritma Yöntemiyle Rijitlik Optimizasyonu

Zeki Optimizasyon Teknikleri

YÖNEYLEM ARAŞTIRMASI - III

Taş Dolgu Dalgakıranların Yapay Sinir Ağları ile Ön Tasarımı 1

Evrimsel Çok amaçlı eniyileme. Tahir Emre Kalaycı Ege Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği Bölümü 25 Mart 2010

Zeki Optimizasyon Teknikleri

Sıvı Depolarının Statik ve Dinamik Hesapları

KÜP BLOKLU BASAMAKLI DALGAKIRANLARIN STABİLİTESİ STABILITY OF CUBE ARMOR UNIT IN THE BERM OF A BREAKWATER

GÜVENĐLĐRLĐK-TABANLI YORULMA ÖMRÜ TAHMĐNĐ Erdem ACAR Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Havacılık ve Uzay Mühendisliği Bölümü

İçindekiler. Ön Söz... xiii

Gevşek Hesaplama (COMPE 474) Ders Detayları

İTME ANALİZİ KULLANILARAK YÜKSEK RİSKLİ DEPREM BÖLGESİNDEKİ BİR PREFABRİK YAPININ SİSMİK KAPASİTESİNİN İNCELENMESİ

ERCİYES ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTUSÜ BİLGİSAYAR MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİMDALI. I. GENEL BİLGİLER Ders Adı

YÖNEYLEM ARAŞTIRMASI - III

Sayı : OB

DEPREM ETKİSİNDEKİ BİNALARIN GÜVENİLİRLİK ANALİZİ

Bulanık Mantık Tabanlı Uçak Modeli Tespiti

Fonksiyon Optimizasyonunda Genetik Algoritmalar

ANKARA ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

CEVAP ANAHTARI. Tempo Testi D 2-B 3-A 4-A 5-C 6-B 7-B 8-C 9-B 10-D 11-C 12-D 13-C 14-C

Zeki Optimizasyon Teknikleri

YÖNEYLEM ARAŞTIRMASI - III

Yrd.Doç. Dr. Tülin ÇETİN

SIRA İSTATİSTİKLERİ VE UYGULAMA ALANLARINDAN BİR ÖRNEĞİN DEĞERLENDİRMESİ

Kimya Mühendisliğinde Uygulamalı Matematik

YÖNEYLEM ARAŞTIRMASI - III

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

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

ALTIN ORAN ARAMA (GOLDEN SECTION SEARCH) METODU

Olasılık ve İstatistik (IE 220) Ders Detayları

ÖĞRENİM DURUMU Derece Üniversite Bölüm / Program Yıllar Lisans Atatürk Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Y. Lisans - - -

THE EFFECT OF PRODUCT NUMBER ON SOLVING THE JOP-SHOP SCHEDULING PROBLEM BY USING GENETIC ALGORITHM

Olasılık ve İstatistik (IE 220) Ders Detayları

DOĞRUSAL OLMAYAN REGRESYON ANALİZİNDE GERÇEK DEĞER KODLAMALI GENETİK ALGORİTMA

RİSK ANALİZİ VE AKTÜERYAL MODELLEME

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ AKADEMİK ÖZGEÇMİŞ FORMU

Türkiye Kömür Madenciliği Yatırımları için Bir Risk Analiz Modeli

ISTATISTIK VE OLASILIK SINAVI EKİM 2016 WEB SORULARI

Ders Kodu Dersin Adı Yarıyıl Teori Uygulama Lab Kredisi AKTS IND 621 Stokastik Süreçler

YZM 5257 YAPAY ZEKA VE UZMAN SİSTEMLER DERS#6: GENETİK ALGORİTMALAR

METASEZGİSEL YÖNTEMLER

MONTE CARLO BENZETİMİ

ÖZGEÇMİŞ. Derece Alan Üniversite Yıl

Markov Zinciri Monte Carlo Yaklaşımı. Aktüeryal Uygulamaları

Temel ve Uygulamalı Araştırmalar için Araştırma Süreci

Altın Oran Arama Metodu(Golden Search)

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

BAZI İLLER İÇİN GÜNEŞ IŞINIM ŞİDDETİ, GÜNEŞLENME SÜRESİ VE BERRAKLIK İNDEKSİNİN YENİ ÖLÇÜMLER IŞIĞINDA ANALİZİ

DERS BİLGİLERİ Ders Kodu Yarıyıl T+U Saat Kredi AKTS Çok Değişkenli İstatistik EKO428 Bahar Ön Koşul Dersin Dili

Genetik Algoritma ile Türkiye Net Elektrik Enerjisi Tüketiminin 2020 Yılına Kadar Tahmini

ÖZGEÇMİŞ VE ESERLER LİSTESİ

Yrd. Doç. Dr. Mehmet Güçlü

ONARILABĐLĐR ELEMANLARA ÖNLEYĐCĐ BAKIMIN ETKĐSĐ VE OPTĐMĐZASYONU*

FEN FAKÜLTESİ MATEMATİK BÖLÜMÜ YAZ OKULU DERS İÇERİGİ. Bölümü Dersin Kodu ve Adı T P K AKTS

2011 Third International Conference on Intelligent Human-Machine Systems and Cybernetics

LOGİSTİC DAĞILIM VE RANDOM SAYI ÜRETİMİ

Klasik optimizasyon, maksimum, minimum, eğer noktaları, kısıtlamalı ve kısıtlamasız problemler. Geleneksel olmayan optimizasyon metotları:

GENETİK ALGORİTMALARA GİRİŞ

YAPAY ZEKA (Artificial Intelligence)

AST416 Astronomide Sayısal Çözümleme - II. 6. Monte Carlo

CRYSTAL BALL Eğitimi

KARADENİZ İÇİN DETERMİNİSTİK YÖNTEMLE TASARLANAN KIYI MAHMUZLARININ GÜVENİRLİĞE DAYALI YÖNTEMLERLE İRDELENMESİ. Emrah Cem TOZLU

YÖNEYLEM ARAŞTIRMASI - III

Yaz Stajı II (IE 499) Ders Detayları

İSTATİSTİKSEL TAHMİNLEME. Örneklem istatistiklerinden hareketle ana kütle parametreleri hakkında genelleme yapmaya istatistiksel tahminleme denir.

Kısıtsız Optimizasyon OPTİMİZASYON Kısıtsız Optimizasyon

DOĞAL GAZ & ENERJİ YÖNETİMİ BİLDİRİLER KİTABI

ANADOLU ÜNİVERSİTESİ BEKLENEN DEĞER. X beklenen değeri B[X] ile gösterilir. B[X] = İST 213 OLASILIK DERSİ BEKLENEN DEĞER VE MOMENTLER

Olasılık Teorisi ve İstatistik (MATH392) Ders Detayları

ÖZGEÇMİŞ. Adı Soyadı : Mevlüt YETKİN. İletişim Bilgileri:

Yrd. Doç. Dr.Yiğit Aksoy

PARALEL MAKĠNALARIN GENETĠK ALGORĠTMA ĠLE ÇĠZELGELENMESĠNDE MUTASYON ORANININ ETKĠNLĠĞĠ

ÖZGEÇMİŞ VE ESERLER LİSTESİ

Serdar BİROĞUL YÜKSEK LİSANS TEZİ (ELEKTRİK EĞİTİMİ) GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ ANKARA

AKT201 Matematiksel İstatistik I Yrd. Doç. Dr. Könül Bayramoğlu Kavlak

GENETİK ALGORİTMALARA GİRİŞ (I)

Olasılık ve Rastgele Süreçler (EE213) Ders Detayları

MIT OpenCourseWare Ekonomide İstatistiksel Yöntemlere Giriş Bahar 2009

Olasılık ve İstatistik II (IE 202) Ders Detayları

ÖZGEÇMİŞ. Derece Bölüm/Program Üniversite Yıl. Lisans İSTATİSTİK ANADOLU Yüksek Lisans İŞLETME / SAYISAL YÖNTEMLER ANADOLU 1999

Stokastik Süreçler. Bir stokastik süreç ya da rastgele süreç şöyle tanımlanabilir.

T.C. İZMİR KÂTİP ÇELEBİ UNIVERSITY FACULTY OF ENGINEERING AND ARCHITECTURE DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING. Course Name T P L ECTS

28 C j -Z j /2 0

Kalkülüs II (MATH 152) Ders Detayları

Gezgin Satıcı Probleminin Benzetilmiş Tavlama Yöntemiyle Çözümünde Paralel Hesaplamanın Kullanılması

Ö Z G E Ç M İ Ş. 1. Adı Soyadı: Mustafa GÖÇKEN. 2. Doğum Tarihi: 12 Haziran Unvanı: Yrd. Doç. Dr. 4. Öğrenim Durumu: Ph.D.

RİSK ANALİZİ VE AKTÜERYAL MODELLEME MAYIS 2015

2. REGRESYON ANALİZİNİN TEMEL KAVRAMLARI Tanım

Antenler ve Radyo Dalga Yayılımı (EE 531) Ders Detayları

DALGAKIRAN KORUMA TABAKASI TİPİNİN, BOYUTUNUN VE YERLEŞTİRME ŞEKLİNİN DALGA AŞMASINA ETKİLERİ

OPTİMUM TOLERANSLARIN BELİRLENMESİNDE CEVAP YÜZEYİ YÖNTEMLERİNİN KULLANILMASI ÜZERİNE BİR İNCELEME 1 Cenk ÖZLER 2

YÖNEYLEM ARAŞTIRMASI - I

Görev Unvanı Alan Üniversite Yıl Prof. Dr. Elek.-Eln Müh. Çukurova Üniversitesi Eylül 2014

Kalkülüs I (MATH 151) Ders Detayları

ÖZGEÇMİŞ. 1. Adı Soyadı : Kamile ŞANLI KULA İletişim Bilgileri : Ahi Evran Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi, Adres Matematik Bölümü, KIRŞEHİR

DENİZ HARP OKULU TEMEL BİLİMLER BÖLÜM BAŞKANLIĞI DERS TANITIM BİLGİLERİ

2. Klasik Kümeler-Bulanık Kümeler

Transkript:

TAŞ DOLGU DALGAKIRANLARIN GENETİK ALGORİTMA İLE GÜVENİRLİK ANALİZİ M. Levent Koç* Can E. Balas** (*) Yrd. Doç. Dr., Cumhuriyet Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü, Sivas Tel: 0.346.219 10 10/1318 E-posta: mkoc@cumhuriyet.edu.tr (**) Doç. Dr., Gazi Üniversitesi, Mühendislik Mimarlık Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü, Ankara Tel: 0.312.231 74 00/2256 E-posta: cbalas@gazi.edu.tr GİRİŞ Taş dolgu dalgakıranlar, tasarım aşamasında, yüksek derecede belirsizlik içeren yapılardır ve bu belirsizlikler yük ve dayanım değişkenlerinin yanısıra tasarım sırasında kullanılan deneysel eşitliklerden de kaynaklanmaktadır. Belirsizlik faktörleri, yapının tasarım ömrü içinde gerçekleşebilecek hasar riskinin yanında güvenirlik seviyesini de etkilemektedir. Yapısal güvenirliğin tahmininde genellikle belirsizliklerin de dikkate alındığı ikinci düzey olasılık yöntemlerden yararlanılmaktadır. Bu tür yaklaşık olasılık yöntemlerinde, yapının güvenirlik indeksi, performans fonksiyonunun limit durumu için indirgenmiş tasarım değişkenleri sisteminin optimizasyonu yoluyla en olası yıkım (göçme) noktasına bağlı olarak belirlenmektedir. Ancak, bu tip yöntemlerle yapılan yapısal güvenirlik analizlerinde karşılaşılan en önemli sorunlardan biri yerel minimum noktalarının, güvenirlik indeksinin

belirlenmesinde belirleyici olmasıdır; bu da gerçek (en olası) yıkılma yüzeylerini temsil etmediğinden yapının beklenen seviyelerin de altında yıkılabilmesine neden olmaktadır. Genetik algoritmalar, sezgisel bir arama yöntemi olup son yıllarda birçok mühendislik problemine uygulanma olanağı bulmuş yapay zeka tekniklerinden biridir. Genetik operatörler yardımıyla doğal seçilim sürecinin bilgisayar ortamında benzeştirilmesini esas alan genetik algoritmaları diğer arama yöntemlerinden ayıran en önemli özellikler amaç fonksiyonunu kullanması dolayısıyla türev hesaplarına dayanmaması; tek noktada değil birçok noktada (bir grup çözüm içinde) arama yapması; parametrelerin kodlanmış diziler halinde temsil edilmesi ve stokastik bir arama yöntemi olmasıdır. Bu özellikler de, genetik algoritmaların, özellikle klasik arama yöntemlerinin yetersiz kaldığı karmaşık çözüm uzayları ile karakterize edilen, optimizasyon problemlerine uygulanmasını elverişli kılmaktadır; genetik algoritmalar, bu tip problemlerde global optimum çözüme genellikle daha yüksek bir olasılıkla ulaşabilmektedir. Dolayısıyla genetik algoritmalar, yüksek derecede belirsizlikler içeren taş dolgu dalgakıranların güvenirlik analizlerinde mevcut yöntemlere önemli bir alternatif oluşturmaktadır. Bu çalışmada Mersin Yat Limanı ana dalgakıranı koruma tabakası için güvenirlik analizi genetik algoritma ile yapılmış ve elde edilen sonuçlar ikinci moment yaklaşımı ve Monte Carlo Benzeşimi ile bulunan sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Burada amaç, yapının yıkılma olasılığının daha güvenilir bir yaklaşımla belirlenmesi ve böylece daha ekonomik ve emniyetli tasarımın yapılması olmuştur. ÇALIŞMA YÖNTEMİ Bu çalışmada, taş dolgu dalgakıranlar için güvenirlik indeksi ikinci düzey olasıksal yöntemlerle birlikte genetik algoritma ile belirlenmiş ve elde edilen sonuçlar değerlendirilmiştir. Taş dolgu dalgakıranlar için "limit durum" belirlenen bir hasar seviyesinin yapının tümüyle yıkılmasına neden olmayacak, ancak performansını yerine getiremeyecek şekilde aşılması hali olarak tanımlanmıştır. Çalışmanın birinci kısmında, birinci mertebe ikinci momet yaklaşımıyla güvenirlik indeksi, Mersin yat limanı için verilen parametreler kullanılarak tahmin edilmiştir. Limit durum için yıkılma fonksiyonu Hudson eşitliğine bağlı olarak tanuımlanış olup değişkenler standart değişkenlere

indirgenmiş; belirgin dalga yüksekliği Rosenblatt dönüşümü ile eşdeğer normal dağılıma modellenmiştir. Yıkılma fonksiyonu ve kullanılan parametreler sırasıyla g:limit durum fonksiyonu, Y: eşitlikteki belirsizliklere karşılık gelen stokastik değişken, H s : yapının topuğundan itibaren belirgin dalga yüksekliği (m), θ: koruma tabakasının eğimi, D n50 : koruma tabakasının nominal taş çapı (m), K D : hasar seviyesine bağlı boyutsuz stabilite katsayısı, : koruma tabakasına ait göreceli taş yoğunluğu olmak üzere: n50 D 1 / 3 g = Y D ( K cotθ ) H (1) s olarak alınmıştır. Güvenirlik indeksi (β), ikinci moment yöntemi ile doğrudan ve iteratif olarak belirlenmiştir. Yıkılma olasılıkları (P f ) ve değişkenlerin en olası göçme yüzeyini temsil eden değerleri Tablo 1 in birinci ve ikinci satırlarında her iki yöntem için verilmiştir. Çalışmanın ikinci kısmında eşitlik (1) ile tanımlanan optimizasyon problemi genetik algoritma kullanılarak yapılmıştır. Başlangıç topluluğu değişkenlere ait istatistiki bilgiler ve olasılık dağılımları kullanılarak rassal şekilde oluşturulmuş; başlangıç topluluğundaki dizi sayısı 30 olarak belirlenmiş ve diziler onluk sisteme göre kodlanmıştır. Çaprazlama oranı 0,8; mutasyon oranı 0,001 seçilmiştir. Genetik algoritma ile elde edilen çözüm (Tablo 1 üçüncü satır) ayrıca amaç fonksiyonunun gradyen azalma (gradient descent) algoritması ile minimizasyonu yapılarak kontrol edilmiştir. Gradyen azalma algoritması ile elde edilen yıkılma olasılıkları ve değişkenlerin en olası göçme yüzeyini temsil eden değerleri Tablo 1 de dördüncü satırda verilmiştir. Sözkonusu minimizasyon işlemi tepe tırmanması (hill climbig) yöntemiyle de yapılmış ve sonuçlar Tablo 1 in beşinci satırında özetlenmiştir. Ayrıca, yapının yıkılma olasılığı, Monte Carlo Benzeşimi ile belirlenmiş ve bu aşamaya ait sonuçlar Tablo 1 in altıncı satırında verilmiştir.

Tablo 1. Değişik yöntemlerle elde edilen yıkılma olasılıkları ve tasarım değişkenlerinin yıkılma yüzeyine ait değerleri Yöntem β P f 1-P f Y (%) (%) D n50 Cot θ H s (m) (m) İkinci Moment 0,407 34,17 65,83 0,962 1,618 1,437 2,485 3,029 (Doğrudan çözüm) İkinci Moment (İteratif çözüm) 0,404 34,31 65,69 0,964 1,618 1,437 2,487 3,037 Genetik Algoritma 0,005 49,77 50,23 0,999 1,439 1,620 2,500 2,878 Gradyen Azalma 0,001 49,95 50,05 0,999 1,620 1,440 2,500 2,880 Tepe Tırmanması 0,003 49,87 50,13 1,000 1,620 1,440 2,499 2,880 Monte Carlo Benzeşimi - 45,74 54,26 - - - - - BULGULAR Elde edilen sonuçlar karşılaştırıldığında, ikinci moment yöntemleri ve genetik algoritma ile elde edilen güvenirlik indeksleri arasında önemli oranda fark bulunmuş olup genetik algoritmanın gerçek (yerel olmayan) optimum çözüme ulaştığı açıktır. Bu sonuç, ikinci moment yaklaşımların yerel minimum noktaları bulunan yıkım yüzeylerinde iteratif algoritmaları nedeniyle doğru sonuç vermediğini; genetik algoritmaların, çoklu yerel minimum noktaları olan optimizasyon problemlerinde bile doğru sonuca (mutlak minimum veya maksimum) ulaşabilen bir yöntem olduğunu göstermektedir. Monte Carlo Benzeşimi gözönüne alınan değişkenlerin olasılık dağılımlarına ve istatistik parametrelerine bağlı rassal bir örnekleme yöntemidir ve karmaşık problemlerin çözümünde yaygın olarak kullanılan etkin tekniklerden birini oluşturmaktadır. Bu yaklaşım rassal örneklem üzerine kurulduğu için belirlenen yıkılma olasılıkları da rassal değişkenlerdir ve bu nedenle yıkılma olasılıkları aralık tahminleri olarak verilmiştir. Mersin yat limanı için yapılan güvenirlik analizinde, Monte Carlo Benzeşimi ile elde edilen yıkılma olasılığı, ikinci moment yöntemiyle iteratif olarak bulunan yıkılma olasılığından yaklaşık % 25 fazla, genetik algoritma ile bulunan olasılıktan ise yaklaşık % 9,0 azdır. Yıkılma olasılıkları dikkate alındığında, gradyen azalma ve tepe tırmanması yöntemleriyle genetik algoritma

birbirine çok yakın sonuçlar vermiştir (Tablo 1). Genetik algoritmanın, optimizasyon problemlerinde uygulanabilecek daha az karmaşık ve zaman alıcı bir yöntem olarak, yaklaşık çözümler veren ikinci moment yaklaşımından daha uygun olduğu ve taş dolgu dalgakıranların daha emniyetli tasarımını sağlayacağı bu çalışma ile Mersin yat limanı örneği için kanıtlanmıştır. İkinci moment yöntemi, uygulanması kolay olmakla birlikte fonksiyonun doğrusallaştırılması nedeniyle, yaklaşık çözümler vermektedir ve farklı yapılardaki güvenirlik düzeylerinin karşılaştırılması gerektiğinde kullanılması daha uygun olacaktır. Genetik algoritmalar, özellikle karmaşık (belirsiz) çözüm uzaylarında, daha yüksek bir olasılıkla global optimum çözüme ulaşabilmektedir. KAYNAKLAR Balas C.E., Ergin A., 2000, Sensitivity Study for the Second Order Reliability-Based Design Model of Rubble Mound Breakwaters, Coastal Engineering Journal, 42 (1), 57-86. Burcharth, H. F., 1992, Reliability Evaluation of a Structure at Sea, Proc., Short Course on Design and Reliability of a Coastal Structures: Structural Integrity, A. Lamberti, ed., Tecnoprint Snc, Venice, Italy, 511-545. Ergin A., Balas C.E., 1998, Implementation of a Reliability-Based Design Model in Turkey, Proceedings of the 17th International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering, Proceedings on CD-ROM - Paper No: 98-1351, 5-9 July 1998, Lisbon, Portugal. Goldberg, D. E., 1989, Genetic Algorithms In Search, Optimization and Machine Learning, Addison-Wesley Publishing Company Inc., s 411, USA

Gonzalez, A., Perez, R., 2001, An Experimental Study About the Search Mechanism in the SLAVE learning Algorithm: Hill Climbing Methods Versus Genetic Algorithms, Information Sciences, 136,159-174. Jeong, H. K., Shenoi, R. A., 2000, Probabilistic Strength Analysis of Rectangular FRP Plates Using Monte Carlo Simulation, Computers and Structures, 76, 219-235. Melchers, R. E., 1999, Structural Reliability Analysis and Prediction, John Wiley and Sons Inc., 456, New York. Polgar, O., Fried, M., Lohner, T., Barsony, I., 2000, Comparision of Algorithms Used for Evaluation of Ellipsometric Measurements Random Search, Genetic Algorithms, Simulated Annealing and Hill Climbing Graph Searches, Surface Science, 457, 157-177. Tsang, E., Voudouris, C., 1997, Fast Local Search and Guided Local Seach and Their Application to Bristish Telecom s Work Force Scheduling Problem, Operations Research Letters, 20, 119-127.