| FONForum http://www.fonforum.org/ |
|
| Zanimljivi algoritmi, veštačka 'teligencija, đavolja rabota http://www.fonforum.org/viewtopic.php?f=8&t=14360 |
Stranica 1 od 1 |
| Autoru: | zlatko [ 21.06.2009. 17:11:56 ] |
| Tema posta: | Zanimljivi algoritmi, veštačka 'teligencija, đavolja rabo |
Nešto mi je ovijeh dana dosadno bilo, a dokon um đavolje dvorište. Te se dovatim jedne knjige o AI algoritmima. U pa tu ima svakakve 'euristike, ovi iz Operacionih bi zinuli
E ovde ću kako budem stizao da postavljam neke algoritme. Knjiga ima neke C kodove, sad malo ko parla C, a i ti kodovi su tako odvratni i u knizi dati iz delova i nepotpuno. Pa sam ih ja sredio u mom omiljenom prog. jeziku
Prvi algoritam je Simulirano kaljenje. Ima nešto o tome u knjizi iz Operacionih, ali to su pisali matematičari (čitaj: dosadni tipovi). Ideja je da se podražava proces kaljenja. To smo valjda učili iz Teknologije, eto neke koristi i od toga Pa kako se kali? Podigne se temperatura pa se čuka metalni predmet i izvaja u neki oblik, pa se polako 'ladi a i dalje čuka.
U ovom algoritmu se prvo nađe neko najobičnije rešenje, zatim se to rešenje tvikuje (malo se promeni) i gleda kakvo je u odnosu na prethodno. Ako je bolje super, usvajamo ga, ako nije onda po nekoj verovatnoći usvaja. Jer lošije rešenje može u nekoj sledećoj iteraciji voditi u bolje. Usvajanjem ponekog lošijeg rešenja se izbegava nalašenje nekog lokalnog minimuma koji je daleko od globalnog (evo i ja počeh ko matematičar, kuku šta mi uradi FON). E sad da se ne bi mlogo lutalo ta vervatnoća da se usvoji lošije rešenje se iz ciklusa u ciklus smanjuje. To podražava smanjenje se temperatura metala pri kaljenju, što je metal ladniji teže ga je oblikovati. A verovatnoća usvajanja lošijeg rešenja zavisi i od toga koliko je to rešenje lošije. Ako je mlogo loše onda je mala verovatnoća da ga usvojimo. Znam da vam ništa nije jasno Evo primer primene algoritma. Setite se problema trgovačkog putnika. Postoje algoritmi ali su oni NP-kompletni (u prevodu, teški u p.m za više od 30 čvorova). E sad Simuliranim kaljenjem se dobija rešenje blisko optimalnom ako ne i optimalno (ako vas baš ukenja).
I kako to radi? Pa uzme se neka putanja. Može nasumična može sistemo najbližih čvorova (ovo je bolje početno rešenje). Pa se onda u tom rešenju zamene mesta nekih čvorova i izračuna nova dužina i poredi sa prethodnom. Ako je bolja usvaja se rešenje, ako nije ide po onoj verovatnoći. I tako se iz ciklusa u ciklus smanjuje temperatura sve dok ne padne na neku zaustavnu a pamti se najbolje rešenje. Prosto ko pasulj
Nemojte da vas uplaši kod, to je prost jezik, a naveći deo koda odlazi na štampanje, što vam nije potrebno da razumete (a valjda nije ni teško, učili ste matlab, majku mu). Kod: import random, copy, math, time, sys
class Grad(object): def __init__(self, x, y, label): self.x = x self.y = y self.label = label def rastojanje(self, grad): """ rastojanje ovog grada od grada primljenog kao prarametar preko euklidske metrike (odnosno funkcije hypot). """ return math.hypot(self.x - grad.x, self.y - grad.y) def __str__(self): return "%s(%d, %d)" % (self.label, self.x, self.y) class Resenje(object): def __init__(self, gradovi=[]): self.gradovi = [] # gradovi def get_duzina_puta(self): duzina = 0.0 for i in range(len(self.gradovi)): tek_grad = self.gradovi[i] sledeci_grad = self.gradovi[(i+1) % len(self.gradovi)] duzina += tek_grad.rastojanje(sledeci_grad) return duzina # duzina_puta je property kao u C#, get metoda je get_duzina_puta # set metoda ne postoji (read-only property) duzina_puta = property(get_duzina_puta) # tweak funkcija u simuliranom kaljenju, zamenjuje 2 slucajno odabrana razlicita grada def zameni_put(self): g1 = random.randrange(len(self.gradovi)) g2 = random.randrange(len(self.gradovi)) while g2 == g1: # obezbedjivanje da g2 != g1 g2 = random.randrange(len(self.gradovi)) # zamena elemanata u jednom redu, u ostalim jezicima se to radi u 3 reda preko pomocne promenjive self.gradovi[g1], self.gradovi[g2] = self.gradovi[g2], self.gradovi[g1] # za potrebe crtanja grafova def koordinate(self): x, y = [], [] for grad in self.gradovi: x.append(grad.x) y.append(grad.y) return x, y class SimulatorKaljenja(object): def __init__(self, pocetno_resenje): self.pocetno_resenje = copy.deepcopy(pocetno_resenje) self.najbolje_resenje = None self.duzine = [] self.temperature = [] def stampaj_resenje(self): if self.najbolje_resenje: try: # ako je instalirana matplot biblioteka koristi je za graficki prikaz import matplotlib.pyplot as plt x1, y1 = self.pocetno_resenje.koordinate() x3, y3 = self.najbolje_resenje.koordinate() # 1. tacku dodajemo ponovo da bi zatvorili konturu od poslednje ka 1. tacki x1.append(x1[0]) y1.append(y1[0]) x3.append(x3[0]) y3.append(y3[0]) # prvi grafikon plt.figure(1) plt.title('prikaz pocetnog i nadjenog resenja') plt.plot(x1, y1, 'k--', label='pocetno r.') plt.plot(x3, y3, 'g', marker='.', markerfacecolor='r', markersize=20, label='najbolje r.') plt.text(2, 95, 'pocetna duzina: %f.2' % self.pocetno_resenje.duzina_puta) plt.xlabel('x koordinata') plt.ylabel('y koordinata') plt.text(2, 87, 'najbolja duzina: %f.2' % self.najbolje_resenje.duzina_puta) plt.legend() for grad in self.najbolje_resenje.gradovi: plt.text(grad.x, grad.y - 2.5, grad.label) plt.axis([min(x1) -1, max(x1) + 1, min(y1) -1, max(y1) +1]) # drugi grafikon plt.figure(2) # 1. subplot plt.subplot(2, 1, 1) plt.title('kretanje temperature po iteracijama') plt.plot(self.temperature, 'r') plt.xlabel('iteracija') plt.ylabel('temperatura') # 2. subplot plt.subplot(2, 1, 2) plt.title('vrednost f. cilja po iteracijama (duzina puta)') plt.plot(self.duzine) plt.xlabel('iteracija') plt.ylabel('duzina puta') plt.show() except ImportError: # nema matplot biblioteke stampaj resenje print "Pocetno resenje" print self.pocetno_resenje.gradovi print "duzina puta je: ", self.pocetno_resenje.duzina_puta print "\nResenje" print self.najbolje_resenje.gradovi print "duzina puta je: ", self.najbolje_resenje.duzina_puta def start(self, pocetna_temperatura=100, alpha=0.999, ponavljanja=10): tekuce_resenje = copy.deepcopy(self.pocetno_resenje) privremeno_resenje = copy.deepcopy(self.pocetno_resenje) najbolje_resenje = copy.deepcopy(self.pocetno_resenje) tek_temperatura = pocetna_temperatura ZAUSTAVNA_TEMPERATURA = 0.4 while tek_temperatura > ZAUSTAVNA_TEMPERATURA: # pamtimo kretanje duzine i temperature kroz iteracije # da bismo ih kasnije prikazali na grafikonu self.duzine.append(tekuce_resenje.duzina_puta) self.temperature.append(tek_temperatura) for i in xrange(ponavljanja): privremeno_resenje.zameni_put() delta_e = privremeno_resenje.duzina_puta - tekuce_resenje.duzina_puta # ako je privremeno_resenje bolje (delta_e < 0) uzimamo ga # a ako nije tada uz odredjenu verovatnocu po formuli: # e^(-delta_e / tek_temperatura) odabiramo losije resenje kao tekuce # ta verovatnoca je obrnuto srazmerna tek_temperaturi i sto je to novo # resenje losije (sto je delta_e vece) ono se teze usvaja if delta_e < 0.0 or ( math.exp(-delta_e / tek_temperatura) > random.random() ): tekuce_resenje = copy.deepcopy(privremeno_resenje) if tekuce_resenje.duzina_puta < najbolje_resenje.duzina_puta: najbolje_resenje = copy.deepcopy(tekuce_resenje) else: # resetujemo privremeno resenje i probamo dalje privremeno_resenje = copy.deepcopy(tekuce_resenje) tek_temperatura *= alpha # ladimo metal self.najbolje_resenje = najbolje_resenje return najbolje_resenje def main(): try: import psyco # ako je instalirana biblioteka koristi je (ubrzava izvsenje koda) psyco.full() except ImportError: pass gradovi = [Grad(1, 2, 'a'), Grad(29, 21, 'b'),Grad(100, 60, 'c'), Grad(12, 86, 'd'), Grad(92, 46, 'e'), Grad(83, 38, 'f'), Grad(55, 36, 'g'), Grad(71, 99, 'h'), Grad(12, 41, 'i'), Grad(34, 48, 'j'), Grad(69, 33, 'k'), Grad(78, 10, 'l'), Grad(86, 68, 'm'), Grad(79, 27, 'n'), Grad(22, 69, 'o'), Grad(75, 55, 'p'), Grad(51, 68, 'r'), Grad(91, 23, 's'), Grad(22, 42, 't'), Grad(47, 80, 'u'), Grad(60, 10, 'w'), Grad(91, 79, 'v'), Grad(5, 66, 'x'), Grad(42, 90, 'y'), Grad(23, 59, '1'), Grad(46, 83, '2'), Grad(93, 63, '3'), Grad(47, 17, '4'), Grad(53, 79, '5'), Grad(76, 23, '6'), Grad(91, 62, '7'), Grad(44, 97, '8'),] proizvoljno_resenje = Resenje(gradovi) simulator = SimulatorKaljenja(proizvoljno_resenje) simulator.start(ponavljanja=10, alpha=0.999, pocetna_temperatura=90) simulator.stampaj_resenje() if __name__ == "__main__": main() I grafikoni:
uprosito sam rešenje ukidajući neke optimizacije i početno rešenje je sada putanja gradova kako su oni zadati u nizu u funkciji main() |
|
| Autoru: | runner [ 21.06.2009. 23:36:15 ] |
| Tema posta: | |
na koji nacin odredjuju vrednost te verovatnoce? postoji li neki obrazac ili pravilo? p.s. Zlatko, svaka cast za temu! odlicna informacija |
|
| Autoru: | zlatko [ 22.06.2009. 13:33:05 ] |
| Tema posta: | |
Postoji funkcija: Kod: exp(- razlika_dva_resenja / tekuca_temperatura) gde je razlika_dva_resenja u ovom slučaju pozitivan broj jer se računa kao privremeno_resenje - tekuce_resenje pa pošto je privremeno rešenje lošije ta razlika je veća od nule. Da je manja mi bi privremeno rešenje usvojili sa verovatnoćom 1 ![]() tekuca_temperatura je takođe pozitivan broj znači ona funkcija je Kod: e^(-x) gde je x = razlika_dva_resenja / tekuca_temperatura (mislim da ovde e nije bitno, može da bude i bilo koja druga konstanta veća od 1 jer daje rešenje u opsegu 0, 1 za x > 0): Grafik funkcije e^(-x) izgleda ovako: ![]() Što je x veće to je verovatnoća bilža 0, a x je veće ako je razlika_dva_resenja veća tj. što je privremeno rešenje lošije u odnosu na tekuće. Verovatnoća je manja i što je temperatura manja, tj. kako se smanjuje temperatura manja je verovatnoća da se usvajaju lošija rešenja. Evo primera kako se u programu to računa, prva kolona je razlika_dva_resenja, druga je tekuća temperatura, treća je izračunata verovatnoća: Kod: 75.0764567185 90 0.434229165807
17.3593113928 90 0.824579897332 118.09201759 90 0.269245001197 ... 31.4344003928 17.6722502633 0.16885017326 16.566552488 17.6722502633 0.391631822873 140.561224799 17.6722502633 0.000351330940057 ... 8.22096986597 0.515936516748 1.20204364492e-07 101.337446793 0.515936516748 4.99157972659e-86 55.2667664311 0.515936516748 3.01073439562e-47 105.114565261 0.515420580231 2.69303981418e-89 Meni je malo bezveze što kod izgleda ružno na forumu, da se bar komentari u kodu vide drugačije... Zato sam odavno tražio da se uvede sintaksno farbanje koda. Evo sad je kod 194 linije dug, sa 60 linija za štampanje, i bar jedno 20 za komentare. U metodi start() klase SimuliranoKaljenje je srž algoritma. |
|
| Autoru: | zlatko [ 23.06.2009. 17:17:30 ] |
| Tema posta: | |
Još jedan problem s kojim se ljudi koji se bave umetnošću programiraju vaćaju u koštac je problem N kraljica. Na tabli N x N treba postaviti N kraljca a da jedna drugu ne jedu. I ovaj problem se može rešiti Simuliranim kaljenjem. Funkcija cilja je u ovom slučaju broj sukoba, samo za razliku od prošlog primera sa trgovcem ovde se zna da je optimalno rešenje kad je f. cilja = 0. Počentno rešenje se lako nalazi. Prvo ne sme se desti da više od jedne kraljce bude u bilo kom redu i bilo kojoj koloni. Dakle najprostije je da se poređaju po dijagonali. U mom rešenju se takvo rešenje tvikuje par puta i dobija se početno rešenje. Tvikovanje se sastoji u nasumičnoj zameni 2 kolone. Implementacija je takva da se u klasi Resenje u nizu koji se zove kraljice čuva pozicija kraljice u redu za svaku kolonu. Npr. niz [1, 0, 2] znači da se u 1. koloni kraljica nalazi u 2. redu, 2. koloni u redu 1, a u 3. koloni u redu 3 (i u Pythonu su prvi elementi niza na poziciji 0). Dakle u početnom rešenju ćemo pre tvikovanja imati ovakav niz: [0, 1, 2, 3, ...] jer kraljice postavljamo po dijagonali. Dalje formiramo tabelu N x N i koja se puni None objektima (u pythonu je sve objekat pa i Null vrednost ) osim što se na dijagonalama postavi string K kao oznaka da je tu kraljica.
Samo simulirano kaljenje je slično kao u prošlom primeru. Jedino se manje vrši resetovanje tekućeg rešenja jer je takav zadatak da se tvikovanje može obaviti na već tvikovano rešenje bez većeg problema. A pošto znamo koje je optimalno rešenje, kaljenje se ponavlja iznova sve dok ne dođemo do tog rešenja kad se štampa optimalni raspored na tabli. Kod: import random, copy, math, time class Resenje(object): def __init__(self, br_kraljica): self.br_kraljica = br_kraljica # resenje: pozicija kraljice u koloni 0 do len - 1 self.kraljice = range(br_kraljica) # energija: treba da je 0 self.__broj_sukoba = None ## postavljamo pocetno resenje # generisemo tabelu br_kraljica X br_kraljica popunjenu None elementima self.tabla = [[None for i in range(br_kraljica)] for j in range(br_kraljica)] # postavimo kraljice po dijagonali for i in xrange(br_kraljica): self.tabla[i][i] = 'K' # promesamo kolone for i in xrange(br_kraljica): self.tvikuj_resenje() # f-ja cilja, optimalno resenje ima 0 sukoba def get_broj_sukoba(self): # Ovo je optimizacija da se broj sukoba racuna samo ako vec nije izrazcunat if not self.__broj_sukoba: self.__broj_sukoba = self.__racunaj_broj_sukoba() return self.__broj_sukoba # racuna energiju resenja, prakticno funkciju cilja koja se minimizuje # a je ovde broj sukoba svih kraljica na tabli def __racunaj_broj_sukoba(self): # povratna vr. # zato sto se sukobljava sam sa sobom i to pri proveri svake od 4 # dijagonala a to se ne racuna br_sukoba = -4 * self.br_kraljica dx = (-1, 1, -1, 1) # pomeraj koordinate x za kretanje po dijagonalama dy = (-1, 1, 1, -1) # pomeraj koordinate y -//- # provera dijagonala for x, y in enumerate(self.kraljice): # (x,y) koord. kraljica for i in xrange(4): # za sva 4 kraka dijagonala pomx, pomy = x, y # pretraga krece od koordinata kraljice # dok se pomeranjem po dijagonali nalazimo na tabli ispitujemo # da li smo nabasali na kraljicu. Svaki od 4 ciklusa za 4 dijagonale # nailazi na sopstvenu kraljicu pa je zato br_sukoba inicijalizovan # na -4 * self.br_kraljica while (0 <= pomx < self.br_kraljica) and (0 <= pomy < self.br_kraljica): if self.tabla[pomx][pomy] == 'K': br_sukoba += 1 pomx += dx[i] pomy += dy[i] return br_sukoba broj_sukoba = property(get_broj_sukoba) # zamenjuje 2 kolone def tvikuj_resenje(self): r1 = random.randrange(self.br_kraljica) r2 = random.randrange(self.br_kraljica) # kolone moraju biti razlicite while r2 == r1: r2 = random.randrange(self.br_kraljica) # zameni redove r1 i r2 self.tabla[r1], self.tabla[r2] = self.tabla[r2], self.tabla[r1] # zameni elemente self.kraljice[r1], self.kraljice[r2] = self.kraljice[r2], self.kraljice[r1] # prethodno izracunata duzina puta vise ne vazi pa se setuje na None self.__broj_sukoba = None def __str__(self): rez = '' for red in self.tabla: s = '' for element in red: if element: s += element else: s += '.' rez += s rez += '\n' return rez class SimulatorKaljenja(object): def __init__(self, br_kraljica): self.br_kraljica = br_kraljica self.resenje = None def start(self, pocetna_temperatura=90.0, alpha=0.997, ponavljanja=None): najbolje_resenje = Resenje(self.br_kraljica) #privremeno_resenje = copy.deepcopy(najbolje_resenje) tekuca_temp = pocetna_temperatura if not ponavljanja: ponavljanja = self.br_kraljica / 2 while tekuca_temp > 0.10 and najbolje_resenje.broj_sukoba > 0: privremeno_resenje = copy.deepcopy(najbolje_resenje) # Monte Carlo na tekucoj temperaturi for i in xrange(ponavljanja): privremeno_resenje.tvikuj_resenje() delta_e = privremeno_resenje.broj_sukoba - najbolje_resenje.broj_sukoba # ako je resenje bolje uzimamo ga a ako nije tada uz # odredjenu verovatnocu odabiramo losije resenje kao tekuce if delta_e < 0.0 or (math.exp(-delta_e / tekuca_temp) > random.random()): if privremeno_resenje.broj_sukoba < najbolje_resenje.broj_sukoba: najbolje_resenje = copy.deepcopy(privremeno_resenje) else: privremeno_resenje = copy.deepcopy(najbolje_resenje) tekuca_temp *= alpha self.resenje = najbolje_resenje def main(): try: import psyco psyco.full() except ImportError: pass simulator = SimulatorKaljenja(32) t0 = time.time() i = 1 while True: print 'ciklus', i i += 1 simulator.start() print 'najbolje resenje', simulator.resenje.broj_sukoba if simulator.resenje.broj_sukoba == 0: break print simulator.resenje print "Izvrsenje trajalo", time.time() - t0, "sekundi" if __name__ == "__main__": main() Jedan od mogućih rezultata: Kod: ciklus 1
najbolje resenje 2 ciklus 2 najbolje resenje 0 .K.............................. ....................K........... ..................K............. ............K................... ..K............................. ...........................K.... .................K.............. K............................... ..........K..................... .....K.......................... ...............................K ...................K............ ..........................K..... .............K.................. .....................K.......... ............................K... ...............K................ .............................K.. ......................K......... ......K......................... .........................K...... .......K........................ ..............K................. ...........K.................... ..............................K. ....K........................... ................K............... ........................K....... .........K...................... .......................K........ ...K............................ ........K....................... Izvrsenje trajalo 35.1647040844 sekundi |
|
| Autoru: | kliford [ 02.07.2009. 12:31:17 ] |
| Tema posta: | |
Eto koincidencije, ja se ovih dana igram sa genetskim algoritmima i sa constraint programmingom
Nastavi sa ovom temom, ja ću ovo pročešljati ovih dana (trenutno sam bez neta)... Nego, ovakvim nastupom su veće šanse da nekog (koga već interesuje ova tematika) da nateraš da nauči Python, nego što ćeš uošte nekoga naterati da se pozabavi samom tematikom o kojoj je ovaj topic Mudro, mudro
|
|
| Autoru: | zlatko [ 06.07.2009. 21:28:23 ] |
| Tema posta: | |
Klif druže, drago mi je da se i ti igraš kao i ja. Znači da nisam jedini ludak koji se ovako igra Mogao bi i ti da napišeš nešto o tome kako se igraš, kad ti dođe net, naravno
Optimizacija mravlje kolonije Sad prelazimo sa analogije metalurških procesa na biologiju E ta veštačka inteligencija, uvek traže inspiraciju u nečemu postojećem. Ideja je nastala na osnovu proučavanja konunikacije i upravljanja koji se dešava među insektima. Mravi kad traže neki izvor ispuštaju feromone. Feromoni vremenom isparavaju a količina feromona na nekoj stazi zavisi i od dužine staze. Mrav koji nađe kraći put na tom putu će ostaviti veću količinu feromona koji će drugim mravima poslužiti za navođenje na bolju putanju.
Pomoću ove ideje moguće je napisati heuristiku za rešavanje problema trgovačkog putnika (nalaženje što kraće Hamiltonove konture). Dovoljno je imati 3 proste formule, toliko proste da su matematičari morali da ih zakomplikuju lupanjem nekih čudnih oznaka, samo im rusko slovo Я fali. To me podseti na epizodu kad sam polagao statistiku kod jedne nemaštovite asistentkinje kojoj je bilo čudno što formulu uslovne verovatnoće nisam izveo identično kao u knjizi, tj. što nisam bubao već pravio delikt mišljenja. Pa sam joj rekao da dok god je formula ispravna mogu da koristim i Э kao oznaku Matematičar su uvek najveći problem matematike.
Zato ću ja formule prikazati uprošteno (a i ne znam kako bih napisao sve one indekse, stepene, klince, palce). Prva formula služi da se izračuna količina feromona za neku ivicu (direktnu vezu dva grada). Formula je rekurentna (programerski rečeno rekurzivna) jer se nova količina feromona izračunava preko stare prostim dodavanjem: Kod: kolicina_feromona = kolicina_feromona + Q/duzina_Hamiltonove_konture *RO Ili uprošćeno: Kod: kolicina_feromona += Q/duzina_Hamiltonove_konture *RO Q je neka konstanta koja označava količinu feromona kojom svaki mrav raspolaže. Pa mrav koji nađe kraću putanju ima ivicama da doda više feromona jer je Q/mala_vrednost veći broj nego Q/velika_vrednost. Konstanta RO je između 0 i 1 i služi da odredi koliko novog feromona treba dodati. Pošto je formula rekurentna mora postojati početna vrednost pa se uzima da je kolicina_feromona = 1 / broj_gradova Druga formula simulira isparavanje feromona: Kod: kolicina_feromona = kolicina_feromona * (1 - RO) ili: Kod: kolicina_feromona *= (1 - RO) RO je ista konstanta kao iz prethodne formule. Npr. ako je RO = 0,7 to znači da će se na putanju kojom je mrav prošao staviti 70% vrednosti Q/duzina_Hamiltonove_konture, a od stare količine feromona 70% će ispariti. I treća formula izračunava verovatnoću da se krene nekom ivicom tj. da se obiđe neki neposećeni grad iz tekućeg grada. Za svaku moguću ivicu (tj. za svaku direktnu vezu tekućeg i neposećenih gradova) se izračunava poželjnost. Poželjnost je proporcionalna količini feromona na ivici i njenoj kratkoći. Kratkoću definišemo kao 1 / duzina_ivice a količinu feromona čitamo direktno. Udeo pozeljnosti i-te moguće ivice u zbiru pozeljnosti svih mogućih ivica je upravo verovatnoća da se mrav zaputi tom ivicom. Količinu feromona matematičari označavaju ubercool slovom Tau, a kratkoću slovom Eta. Formula je (** je operator stepenovanja): Kod: P = (Tau**ALFA * Eta**BETA) / SUM(Tau**ALFA * Eta**BETA) Da bi se kontrolisao značaj kratkoće i feromona uvode se ALFA i BETA parametri kojim se stepenuju količine feromona (Tau) i kratkoće (Eta). Pošto su i Tau i Eta manji od 0 znači da što je stepen veći to se umanjuje značaj te karakteristike u poželjnosti. I konačno kod: Kod: import random, copy, math, time
class Grad(object): def __init__(self, x, y, ime): self.x = x self.y = y self.ime = ime def rastojanje(self, grad): """ rastojanje ovog grada od grada primljenog kao prarametar preko euklidske metrike (odnosno funkcije hypot). """ return math.hypot(self.x - grad.x, self.y - grad.y) def __str__(self): return "%s(%d, %d)" % (self.ime, self.x, self.y) class Ivica(object): def __init__(self, feromoni, duzina): self.feromoni = feromoni self.duzina = duzina class Mrav(object): # atribut klase u kojem se cuva broj svih stvorenih mrava brojac = -1 gradovi = None ivice = None def inicijalizuj_atribute(self): self.tek_grad = self.pocetni_grad self.putanja = [self.tek_grad] self.duzina_putanje = 0.0 def __init__(self, gradovi, alfa, beta, ro, q): Mrav.ALFA = alfa Mrav.BETA = beta Mrav.RO = ro Mrav.Q = q if not Mrav.gradovi: Mrav.gradovi = gradovi if not Mrav.ivice: Mrav.ivice = {} init_feromoni = 1.0 / len(Mrav.gradovi) for i in Mrav.gradovi: for j in Mrav.gradovi: if i != j : rastojanje = i.rastojanje(j) Mrav.ivice[i, j] = Ivica(init_feromoni, rastojanje) Mrav.brojac += 1 self.pocetni_grad = Mrav.gradovi[Mrav.brojac % len(Mrav.gradovi)] self.inicijalizuj_atribute() def _tau_x_eta(self, do_grad): # izracunava vrednost pozeljnosti ivice od tekuceg grada do grada # primljenog kao parametar. Pozeljnost ivice je direktno proporcionalna # kolicini feromona na njoj (sto se oznacava sa tau), a obratni proporcionalna # njenoj duzini (eta). Stepenovanjem tau i eta sa parametrima ALFA i BETA # omogucava nam da dajemo prednost jednom ili drugom kriterijumu pozeljnosti # i to tako sto BETA oznacava koliko umanjujemo znacaj blizine a ALFA # koliko umanjujemo znacaj feromona. Npr. za ALFA: 1 i BETA: 5 znaci da # nam je vaznija kolicina feromona od blizine ivica = Mrav.ivice[self.tek_grad, do_grad] tau = ivica.feromoni eta = 1.0 / ivica.duzina return tau**Mrav.ALFA * eta**Mrav.BETA def _odaberi_sledeci_grad(self): imenilac = 0.0 # svi gradovi razlika poseceni = neposeceni, skupovna operacija neposeceni_gradovi = set(Mrav.gradovi).difference(self.putanja) # ako nema neposecenih vrati None if not neposeceni_gradovi: return None # za svaki neposeceni grad izracunaj _tau_x_eta i saberi # tj. racunamo zbir svih pozeljnosti posete neposecenim gradovima for grad in neposeceni_gradovi: imenilac += self._tau_x_eta(grad) # za svaki neposecen grad izracunaj verovatnocu posete p # i pokusaj da je ostvaris, ako je ne ostvaris probaj # ponovo sve iz pocetka dok konacno ne uspes u tome. # Verovatnoca posete se izravunava tako sto podelimo pozeljnost posete # neposecenog grada sa zbirom svih pozeljnosti posete neposecenim gradovima while True: for grad in neposeceni_gradovi: p = self._tau_x_eta(grad) / imenilac if random.random() < p: return grad def pusti_mrava(self): sled_grad = self._odaberi_sledeci_grad() # dok postoji sledeci grad za obilazak stavi ga u putanju obishenih # azuriraj duzinu putanje mrava i tekuci grad a zatim nadji sledeci grad while sled_grad: self.putanja.append(sled_grad) self.duzina_putanje += Mrav.ivice[self.tek_grad, sled_grad].duzina self.tek_grad = sled_grad sled_grad = self._odaberi_sledeci_grad() # sad je sled_grad None znaci da smo prosli sve gradove # a Hamiltonovu konturu zatvaramo vezujuci 1. i poslednji # poseceni grad koji se cuvaju u self.putanja (0. i -1. poziciju) self.duzina_putanje += Mrav.ivice[self.putanja[0], self.putanja[-1]].duzina def pospi_feromone(self): br_gradova = len(self.putanja) # svakoj ivici putanje mrava (Hamiltonove konture) u oba smera dodaj # odgovarajucu kolicinu feromona po formuli Q / duzina_putanje * RO for i in xrange(br_gradova): od_grada = self.putanja[i] do_grada = self.putanja[(i + 1) % br_gradova] Mrav.ivice[od_grada, do_grada].feromoni += Mrav.Q / self.duzina_putanje * Mrav.RO Mrav.ivice[do_grada, od_grada].feromoni = Mrav.ivice[od_grada, do_grada].feromoni @staticmethod def ispari_feromone(): # smanji kolicinu feromona na svakoj ivici po rekurentnoj formuli feromoni *= 1 / RO for ivica in Mrav.ivice.itervalues(): ivica.feromoni *= (1.0 - Mrav.RO) def koordinate(self): x, y = [], [] for grad in self.putanja: x.append(grad.x) y.append(grad.y) return x, y # toString u javi def __str__(self): return "duzina puta: %f" % self.duzina_putanje # compare u javi def __cmp__(self, drugi): return cmp(self.duzina_putanje, drugi.duzina_putanje) class MravljiSimulator(object): def __init__(self, gradovi, ALFA = 1.0, BETA = 5.0, RO = 0.5, Q = 100.0): self.mravi = [] for i in xrange(len(gradovi)): self.mravi.append(Mrav(gradovi, ALFA, BETA, RO, Q)) self.najbolji_mrav = self.mravi[0] # proizvoljnog mrava proglasimo najboljim def start(self, ponavljanja=20): # za svako ponavljanje for i in xrange(ponavljanja): # pusti svakog mrava da napravi Hamiltonovu konturu for mrav in self.mravi: mrav.pusti_mrava() Mrav.ispari_feromone() # svaki mrav nek pospe feromone na svojoj konturi for mrav in self.mravi: mrav.pospi_feromone() najuspesniji_mrav_generacije = min(self.mravi) # pamtimo sveukupno najuspesnijeg mrava self.najbolji_mrav = copy.deepcopy( min(self.najbolji_mrav, najuspesniji_mrav_generacije)) # pripremamo mrave za ponavljanje tako sto ih resetujemo for mrav in self.mravi: mrav.inicijalizuj_atribute() def stampaj_resenje(self): if self.najbolji_mrav: try: # ako je instalirana matplot biblioteka koristi je za graficki prikaz import matplotlib.pyplot as plt x, y = self.najbolji_mrav.koordinate() # 1. tacku dodajemo ponovo da bi zatvorili konturu od poslednje ka 1. tacki x.append(x[0]) y.append(y[0]) plt.title('prikaz nadjenog resenja') plt.plot(x, y, 'g', marker='.', markerfacecolor='r', markersize=20, label='najbolje r.') plt.xlabel('x koordinata') plt.ylabel('y koordinata') plt.text(2, 95, 'najbolja duzina: %f.2' % self.najbolji_mrav.duzina_putanje) plt.legend() for grad in self.najbolji_mrav.putanja: plt.text(grad.x, grad.y - 2.5, grad.ime) plt.axis([min(x) -1, max(x) + 1, min(y) -1, max(y) +1]) plt.show() except ImportError: # nema matplot biblioteke stampaj resenje rucno print "Resenje" print self.najbolji_mrav.putanja print "duzina puta je: ", self.najbolji_mrav.duzina_putanje def main(): try: import psyco # ako je instalirana biblioteka koristi je (ubrzava izvsenje koda) psyco.full() except ImportError: pass gradovi = [Grad(1, 2, 'a'), Grad(29, 21, 'b'),Grad(100, 60, 'c'), Grad(12, 86, 'd'), Grad(92, 46, 'e'), Grad(83, 38, 'f'), Grad(55, 36, 'g'), Grad(71, 99, 'h'), Grad(12, 41, 'i'), Grad(34, 48, 'j'), Grad(69, 33, 'k'), Grad(78, 10, 'l'), Grad(86, 68, 'm'), Grad(79, 27, 'n'), Grad(22, 69, 'o'), Grad(75, 55, 'p'), Grad(51, 68, 'r'), Grad(91, 23, 's'), Grad(22, 42, 't'), Grad(47, 80, 'u'), Grad(60, 10, 'w'), Grad(91, 79, 'v'), Grad(5, 66, 'x'), Grad(42, 90, 'y'), Grad(23, 59, '1'), Grad(46, 83, '2'), Grad(93, 63, '3'), Grad(47, 17, '4'), Grad(53, 79, '5'), Grad(76, 23, '6'), Grad(91, 62, '7'), Grad(44, 97, '8'), ] simulator = MravljiSimulator(gradovi, ALFA=1.0, BETA = 2.0, RO=0.5) t0 = time.time() simulator.start(ponavljanja=50) print "Izvrsenje trajalo", time.time() - t0, "sekundi" simulator.stampaj_resenje() if __name__ == "__main__": main()
Gradovi koje sam ovde koristio su isti oni koje sam korisitio sa Simuliranim kaljenjem. Rastojanja gradova se unapred izračunaju da bi se program brže izvršavao. Brzo se dobijaju dobra rešenja. Otprilike da je putanja koju pronađe u proseku dugačka oko 530. A svaki 15-20 put ubode se i rešenje čiju sam sliku postavio. Za razliku od Simuliranog kaljena ovde ima mnoštvo parametara sa kojima se treba igrati da se nađe njihova dobra vrednost. |
|
| Autoru: | zlatko [ 08.07.2009. 09:53:11 ] |
| Tema posta: | |
Nešto slika ne radi, pa pogledajte blog verziju teksta: http://aurelije.blogspot.com/2009/07/op ... onije.html |
|
| Stranica 1 od 1 | Sva vremena su u UTC + 1 sat |
| Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group http://www.phpbb.com/ |
|