Výpočtové systémy - OptiSLang

Optimalizace evoluční metodou

Další skupinou metod nabízených programem OptiSLang jsou metody inspirované přírodou (Nature Inspired Optimization Algorithm). Jedná se heuristické (odhadnuté), převážně stochastické (pro stejné zadání různý postup optimalizace) metody založené na principu iteračního výběru nejlepších řešení (jedinců - individuals) z množiny řešení (populace - population) a následné úpravě této množiny. V programu OptiSlang jsou implementovány:

• Evoluční algoritmus (EA - Evolutionary Algorithm) - Algoritmus inspirovaný evolucí v přírodě.
• Algoritmus optimalizace rojem částic (PSO - Particle Swarm Optimization) - Algoritmus inspirovaný rojem včel nebo hejnem ptáků při hledání potravy.
• Genetický algoritmus (GA - Genetic Algorithm) - Obdoba evolučního algoritmu.
• Algoritmus SDI - Simple Design Improvement - metoda přímého zužování oblasti hledání řešení.

Pro první dva algoritmy OptiSLang nabízí varianty nastavení parametrů vhodných pro nové hledání minima (global search) a pro vylepšení stávajícího řešení (local refinement).

Výhodou této skupiny metod je jejich robustnost, tedy nalezení platných řešení i pro složité problémy a pro úlohy s velkým počtem proměnných. Nevýhodou může být pomalá konvergence a tendence konvergovat do lokálních minim pro některé typy úloh. Požít tyto metody je doporučeno když:

• Gradientní metody selžou.
• Úloha obsahuje velký počet proměnných a omezení.
• V případě diskrétních či binárních proměnných.
• V případě nespojitosti cílové funkce.
• Při neznalosti charakteru problému.

Při neznalosti charakteru problému je možné využít další funkce programu OptiSLang (Design of experimenst - DOE, Adaptive response surface method - ARSM, Meta modeling - RSM), spustit analýzu pro několik počátečních populací nebo použít řešení jako počáteční hodnotu pro gradientní metodu.

Nastavení, spuštění a průběh optimalizace evolučním algoritmem je zobrazeno v animaci 1.



Nejmenší průhyb dostaneme pro úhel \( \theta = 47,5° \).