Algoritmos Gen

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Algoritmos Genéticos

• Rômulo Ferreira Douro

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Estrutura da apresentação

• Introdução heurísticas
• Algoritmos genéticos
• Ideias e considerações
• Conceitos básicos representação, geração
  inicial, fitness, seleção, reprodução, mutação,
  parâmetros
• Procedimento de execução
• Refinamento busca local
• AGs paralelos
• Exemplos de aplicações

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- Introdução Heurísticas

• Alcançar uma boa solução
• Tempo computacional aceitável
• Algoritmos evolucionários
• Aspectos biológicos
• Soluções computacionais
• Algoritmos Genéticos, Programação Genética,
  Programação Evolucionária

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- Algoritmos Genéticos -Ideias e considerações

• História Concebidos por John Holland (1975)
• Analogia com sistemas naturais

Natureza Algoritmo Genético
Cromossomo Binário, String, vetor
Gene Característica do problema
Genótipo Estrutura
Fenótipo Estrutura submetida ao problema
Indivíduo Solução
Geração Ciclo da evolução
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- Algoritmos Genéticos -Conceitos básicos

• Representação
• Dependente da necessidade do problema
• Cadeia de bits (função)
• Vetor (Caixeiro Viajante)

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- Algoritmos Genéticos -Conceitos básicos

• Representação Cadeia de bits (função)
• f(x) 1024-(x-32)2

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- Algoritmos Genéticos -Conceitos básicos

• Representação Vetor (Caixeiro Viajante)
• C 3, 4, 2, 1, 5

4
3
2
5
1
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- Algoritmos Genéticos -Conceitos básicos

• Geração inicial
• População gerada aleatoriamente
• Utilização de outra heurística
• Geralmente depende do problema
• Exemplo GRASP

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- Algoritmos Genéticos -Conceitos básicos

• Fitnnes
• Também chamado de aptidão
• Geralmente se usa a própria função objetivo
• Pode ser agregado de penalidades

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- Algoritmos Genéticos -Conceitos básicos

• Seleção
• Comumente usado o método da roleta

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- Algoritmos Genéticos -Conceitos básicos

0 100

3 3 3 3 4 4 4 1 2 2
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- Algoritmos Genéticos -Conceitos básicos

• Reprodução
• Um conjunto é selecionado e trocado entre
  indivíduos

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- Algoritmos Genéticos -Conceitos básicos

• Reprodução
• Aplicado ao PCV

2,3,5,1,4 1,5,2,4,3
1,5,3,2,4 2,3,1,4,5
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- Algoritmos Genéticos -Conceitos básicos

• Mutação
• Altera um ou mais genes gera material genético
  diversificado

2,3,5,1,4
2,3,4,1,5
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- Algoritmos Genéticos -Conceitos básicos

• Parâmetros
• Tamanho da população
• Taxa de cruzamento
• Taxa de mutação
• Taxa de substituição

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- Algoritmos Genéticos -Conceitos básicos

• Tamanho da população
• Se pequeno
• Executa rápido
• Baixa qualidade
• Se grande
• Boa qualidade
• Custo computacional

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- Algoritmos Genéticos -Conceitos básicos

• Taxa de cruzamento
• Se pequeno
• Convergência demorada
• Se grande
• Perda de material genético

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- Algoritmos Genéticos -Conceitos básicos

• Taxa de mutação
• Previne a permanência em espaço de busca limitado
  
• Máximos locais
• Se muito elevado
• Busca aleatória (ruim)

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- Algoritmos Genéticos -Conceitos básicos

• Taxa de substituição
• Quantidade de indivíduos a ser descartada
• Bons sobrevivem
• Menos aptos são excluídos
• Material genético desconsiderado

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- Algoritmos Genéticos -Procedimento da execução

• Esquema de execução

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- Algoritmos Genéticos -Refinamento

• Busca local

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- Algoritmos Genéticos -AG paralelo

• Principal motivo
• Elevar o tamanho populacional
• Algoritmo Genético Insular
• Populações evoluem de forma independente
• Política de migração
• Cuidado para não inserir indivíduos muito aptos e
  passíveis de conquistar uma população

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- Algoritmos Genéticos -AG paralelo

• Mestre X Escravos

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- Algoritmos Genéticos -AG paralelo

• População Global com Paralelismo
• Um processador contém a população e outros
  efetuam a avaliação do indivíduo
• Função de avaliação muito custosa
• Algoritmo Genético Celular
• Para cada processador é fixada a tarefa de um
  indivíduo e as iterações entre eles é feita entre
  processadores vizinhos

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Exemplos de aplicações

• Robótica de combate a acidentes ambientais
• Dobramento de proteínas
• Configuração temporal para mercado financeiro
• Just-in-time Scheduling
• Sequênciamento com penalidades