metaheuristic algorithms
در نشریات گروه برق-
Scientia Iranica, Volume:29 Issue: 6, Nov-Dec 2022, PP 2868 -2885The success of embedded chaos in metaheuristic algorithms is mainly due to providing good balance between exploration and exploitation for metaheuristics. Comparison of optimization results with algorithms in standard mode and embedded of chaos shows a significant improvement in quality of the metaheuristic algorithms, thus reducing the weight of truss structures. Four chaos metaheuristic algorithms with logistic, Tenet and Gaussian maps are considered to improve the results. Despite truss optimization is severely nonlinear and non-convex, and often has several local optimizations, the use of different scenarios chaos allows the local optimizations to be escaped and global optimization to be achieved.Keywords: Chaos Map, Cross section optimization, Large scale trusses, metaheuristic algorithms
-
به کارگیری تکنیکهای محاسبات نرم در علوم مهندسی حجم زیادی از پژوهشها را شامل شده است. از جمله این مسایل میتوان به طراحی و بهینهسازی سیستمهای ناوبری جهت استفاده در سیستمهای حملونقل زمینی، دریایی و هوایی اشاره کرد. از این رو در این پژوهش سعی در بهرهگیری از رویکردهای جدید بهینهسازی هوشمند فراابتکاری مبتنی بر هوش مصنوعی در جهت طراحی سامانههای ناوبری تلفیقی میباشد. برای این منظور از نسخه جدید الگوریتم بهینهسازی سیستم صفحات شیبدار به همراه چند نسخه دیگر آن در کنار دو روش مرسوم الگوریتم زیستی و بهینهسازی ازدحام ذرات استفاده شده است. ملاحظات بر روی یک مساله INS/GNSS با ماژولهای اندازهگیری اینرسی IMU MEMS انجام شدند. ماتریسهای کواریانس نویز فرایند و اندازهگیری به عنوان متغیرهای طراحی و مجموع میانگین مربعات خطا به عنوان تابع هدف در قالب یک مساله کمینهسازی تکهدفه در نظر گرفته شدهاند. خروجیها بر حسب شاخصهای آماری و عملکردی نظیر زمان اجرا، برازندگی، همگراییها، دقت سرعتهای زاویهای، طول و عرض جغرافیایی، بلندی، Roll، Pitch، Yaw و مسیریابی به همراه رتبهبندی الگوریتمها ارایه شدند. برایند کلی نتایج حکایت از عملکرد موفق و برتری نسبی روش های IPO و IIPO نسبت به رقبا و همچنین کارکرد قابل رقابت الگوریتم های پیشنهادی در قیاس با حجم ملاحظات و محاسبات مساله مفروض دارد.
کلید واژگان: بهینه سازی هوشمند، الگوریتم های فراابتکاری، محاسبات نرم، ناوبری تلفیقی INS، GNSS، بهینه سازی سیستم صفحات شیب دارSoft computing techniques in engineering sciences have covered a large amount of research. Among them is the design and optimization of navigation systems for use in land, sea, and air transportation systems. Therefore, in this paper, an attempt is made to take advantage of novel approaches of intelligent metaheuristic optimization for designing integrated navigation systems. For this purpose, the inclined planes system optimization algorithm with several modified and new versions have been used along with two well-known methods of genetic algorithm and particle swarm optimization. Considerations are made on an INS/GNSS problem with IMU MEMS inertia measurement modules. Process and measurement noise covariance matrices are considered as design variables and the sum of mean-squares-error as an objective function in the form of a single-objective minimization problem. Outputs are presented in terms of statistical and performance indicators such as runtime, fitness, convergences, angular-velocity accuracy, latitude, longitude, altitude, roll, pitch, yaw, and routing along with the ranking of algorithms. The overall assessment indicated the correctness of the performance and the relative superiority of the IPO and IIPO over the competitors and competitive performance of the assumed algorithms in comparison with the volume of considerations and calculations of the base problem.
Keywords: Intelligent optimization, metaheuristic algorithms, soft computing, integrated INS, GNSS navigation, inclined planes system optimization -
ماتریس های تنک در بسیاری از مسایل مرتبط با علوم و مهندسی ظاهر می شوند. عملکرد الگوریتم های طراحی شده برای حل کردن چنین مسایلی وابستگی زیادی به پهنای باند ماتریس مسئله دارد. پهنای باند یک ماتریس متقارن برابر است با فاصله ای از قطر اصلی ماتریس که فراتر از آن تمام درایه های آن ماتریس صفر هستند. کمینه کردن پهنای باند یک ماتریس مسئله ای ان پی-کامل است. با توجه به اهمیت این مسیله، تاکنون الگوریتم های بسیاری برای حل آن ارایه شده اند که از میان آنها الگوریتم های فراابتکاری عملکرد بسیار بهتری در مقایسه با سایر الگوریتم ها از خود نشان داده اند. مشکلی که در بکارگیری الگوریتم های فراابتکاری برای حل این مسئله وجود دارد این است که میزان پهنای باند که تقریبا در همه مطالعه های پیشین از آن برای مقایسه کیفیت جواب های تولید شده توسط این الگوریتم ها استفاده شده است، معیار مناسبی نیست و به همین دلیل نمی تواند فرآیند جستجو را به سمت جواب هایی با کیفیت بالا هدایت کند. در این تحقیق، مشکل مذکور مورد بررسی قرار گرفته و رویکرد جدیدی برای رفع آن ارایه می شود.
کلید واژگان: ماتریس تنک، پهنای باند، پروفایل، الگوریتم های فراابتکاری، الگوریتم ژنتیکJournal of Iranian Association of Electrical and Electronics Engineers, Volume:18 Issue: 4, 2021, PP 167 -174Sparse matrices appear in a number of problems related to science and engineering. The performance of algorithms designed for solving such problems depends significantly on the bandwidth of the problem matrix. The bandwidth of a sparse symmetric matrix is the distance from the main diagonal beyond which all elements of the matrix are zero. Minimizing the bandwidth of a matrix is an NP-complete problem. Considering the importance of this problem, numerous algorithms have so far been presented for its solution among which metaheuristic algorithms have performed much better than other algorithms. The issue with using metaheuristic algorithms for addressing this problem is that the bandwidth size, which has been employed for comparing the quality of solutions produced by these algorithms in almost all previous studies, is not an appropriate measure, and therefore cannot direct the search process towards high-quality solutions. In this research, the above-mentioned issue is investigated, and a new approach is presented for dealing with it.
Keywords: Sparse matrix, Bandwidth, Profile, Metaheuristic algorithms, Genetic algorithm -
Scientia Iranica, Volume:28 Issue: 5, Sep-Oct 2021, PP 2596 -2612In the performance-based optimal seismic design, one attempts to obtain structural design variables to meet the minimum objective function satisfying the strength-based and performance-based constraints. A limited number of studies have been conducted on the performance-based optimal seismic design of reinforced concrete frames. On the other hand, due to the importance of environmental impacts, further study is necessary for the design of RC buildings with the aim of reducing CO2 emissions. In this study, a computational procedure is developed for performance-based optimal seismic design of RC frames with prismatic and non-prismatic beams. The objective functions consist of minimizing the cost and CO2 emissions. Nonlinear pushover analysis is performed for analysis of the structures. The described procedure is applied to 4-story reinforced concrete frames and the relationship between optimal cost and optimal CO2 emissions is studied for frames with prismatic beams and frames with non-prismatic beams.Keywords: Performance-Based Seismic Design, Optimal cost, Optimal CO2 emissions, Prismatic, Non-prismatic, metaheuristic algorithms
-
ایستگاه های شارژ یکی از مهمترین تجهیزات شارژ برای خودروهای برقی (EV) محسوب می شوند. یکی از مهم ترین چالش های ایستگاه های شارژ جایابی بهینه آن می باشد که عملا بهره برداری از اجزای سیستم را در ناحیه ماکزیمم قرار می دهد. . شبکه های توزیع حلقه نهایی زنجیره تامین انرژی الکتریکی برای مصرف کنندگان می باشد.لذا کارایی اقتصادی و فنی هرچه بیشتر این شبکه ها تضمین کننده یک آینده پایدار و مطمین در صنعت برق می باشد در این راستا بررسی نقش ایستگاهای خودروهای الکتریکی بسیار مهم خواهد بود. در این مقاله جایابی بهینه ایستگاه های شارژ و دشارژ و برنامه ریزی بهره برداری بهینه خودروهای برقی در یک شبکه توزیع مورد بررسی قرار گرفته است. فاکتورهای موثر در انتخاب محل و میزان شارژ و دشارژ بهینه در ایستگاه ها ترکیبی از مسایل فنی و اقتصادی می باشد. در خصوص مسایل فنی، حداقل سازی تلفات، حداقل سازی افت ولتاژ در فیدرها و یکنواخت سازی منحنی بار شبکه مدنظر قرار گرفته است. در زمینه اقتصادی، جایابی ایستگاه ها و میزان شارژ و دشارژ به نحوی صورت پذیرفته است که هزینه های شارژ و دشارژ در ایستگاه ها و هزینه کل پرداخت شده بابت خرید توان به حداقل مقدار ممکن برسد. به منظور مدیریت بار در سمت مصرف کننده و هم چنین یکنواخت سازی منحنی بار، برنامه پاسخ تقاضای قیمت محور درنظر گرفته شده و در شبیه سازی ها پیاده سازی شده است. جهت یافتن نقطه کار بهینه از الگوریتم های فراابتکاری ژنتیک، ترکیبی ژنتیک- ازدحام ذرات و ترکیبی ژنتیک- رقابت استعماری استفاده شده است. کلیه شبیه سازی ها در نرم افزار MATLAB انجام شده و به منظور ارزیابی روش های ارایه شده، صحت سنجی در هر قسمت بر روی سیستم تست استاندارد IEEE با تعداد شین 69 صورت پذیرفته است.
کلید واژگان: جایابی بهینه، خودروهای برقی، ایستگاه های شارژ، برنامه پاسخگویی بار، الگوریتم های فرا ابتکاریCharging stations are one of the most important pieces of equipment for electric vehicles (EV). One of the most important challenges of charging stations is their optimal location, which practically puts the operation of the system components in the maximum area. Distribution networks are the final link in the electricity supply chain for consumers. Therefore, the economic and technical efficiency of these networks guarantees a stable and secure future in the electricity industry. In this regard, it is very important to study the role of EVstations. This paper investigates, the optimal location of charging and discharging stations and the optimal operation planning of Evs in a distribution network. The effective factors in choosing the location and the optimal charging and discharging rate in the stations are a combination of technical and economic issues. Regarding technical issues, the minimization of losses, the minimization of voltage drop in feeders and the uniformity of the network load curve were considered. In the economic field, the stations were located and the charging and discharging rates were determined in such a way that the charge and discharge costs in the stations and the total cost paid for the purchase of power were minimized as much as possible. In order To manage the load on the consumer side and to unify the load curve, the price-based demand response program was considered and implemented in the simulations.To find the optimal working point, genetic metaheuristic algorithms, genetic combination-particle swarm and genetic combination-colonial competition were used. All simulations were performed in MATLAB software To evaluate the proposed methods, validation was performed in each part on the IEEE standard testing system with a bus number of 69.
Keywords: Optimal placement, Electric Vehicles, Charging Stations, Load Response Program, Metaheuristic Algorithms -
نشریه عصر برق، پیاپی 14 (پاییز 1399)، صص 27 -36
پیچیدگی مدل های ریاضی، افزایش نمایی زمان حل بسیاری از روش ها، عدم دسترسی به اطلاعات گرادیان و همگرایی به بهینه محلی، از جمله مشکلاتی هستند که الگوریتم های بهینه سازی کلاسیک در حل مسایل پیچیده با آن ها مواجه هستند. به منظور رفع این مشکلات از الگوریتم های فراکاوشی به طور گسترده برای حل مسایل پیچیده و چند متغیره استفاده می شود. انتخاب بهترین و مناسب ترین الگوریتم به دلیل تنوع بالای آن ها کاری دشوار است. در پژوهش های گذشته برخی از این روش ها جمع بندی شده اند ولی به دلیل انتشار بیش از اندازه این الگوریتم ها در سال های اخیر، مقاله ای مشخصی که تمامی این روش ها را بیان و مقایسه نماید وجود ندارد. در این مقاله مهم ترین الگوریتم های بهینه سازی فراکاوشی از سال 2012 تاکنون معرفی شده است. در بخش های مجزا برای هر الگوریتم، تاریخچه، منبع الهام، تابع هدف و تعداد پارامترهای تنظیم آن بیان شده است. سپس با استفاده از چندین نظریه، این الگوریتم ها دسته بندی و مقایسه شده اند. با توجه به نوع کاربرد هر الگوریتم در مسایل مهندسی، نمی توان الگوریتم واحدی را به عنوان بهترین روش معرفی نمود با این وجود الگوریتم بهینه سازی گرگ خاکستری (GWO)، یکی از الگوریتم های با تعداد ارجاع بالا در سال های اخیر می باشد.
کلید واژگان: بهینه سازی، الگوریتم های فراکاوشی، تکامل، بهینه سازی ازدحام موجوداتThe complexity of mathematical models, exponential growth of the solution time for many methods, lack of access to gradient information and optimal local convergence are some of the problems that optimal classical algorithms face in solving complex problems. In order to eliminate these drawbacks, metaheuristic algorithms are widely used to solve complex and multivariate problems. Choosing the best and most suitable algorithm is difficult due to their high diversity. In previous studies, some of these methods have been summarized, but due to overpublicize of these methods in recent years, there is no specific article to describe and compare all of these methods. In this paper, the most important metaheuristic optimization algorithms are introduced from 2012 till now. In separate sections for each algorithm, the history, source of inspiration, objective function and number of its setting parameters are stated. These algorithms are then categorized and compared using several theories. Due to the type of application of each algorithm in engineering problems, it is not possible to introduce a single algorithm as the best methodology, but the Gray Wolf Optimization (GWO) algorithm is one of the algorithms with a high number of citations in recent years.
Keywords: Optimization, Metaheuristic algorithms, Evolution, Particle swarm optimization -
Scientia Iranica, Volume:27 Issue: 4, Jul Aug 2020, PP 1826 -1842Project scheduling in the resource-constrained situation is one of the key issues of project-oriented organizations. The aim of resource-constrained project scheduling problem (RCPSP) is finding a schedule with minimum makespan by considering precedence and resource constraints. RCPSP is a combinatorial optimization problem and belongs to the class of NP-hard problems. The exact methods search the entire search space and are unable to solve large-sized project networks. Thus metaheuristics are used to solve this problem with less computational time. Due to the probabilistic nature of metaheuristics, it is a challenging problem to balance between exploitation and exploration phases. The literature review shows that embedding with chaos improves both the convergence speed and the local optima avoidance of metaheuristics. This paper presents a Chaotic Vibrating Particles System (CVPS) optimization algorithm for solving the RCPSP. Vibrating Particles System (VPS) is a physic inspired metaheuristic which mimics the free vibration of single degree of freedom systems with viscous damping. The performance and applicability of the CVPS is compared with the standard VPS, and five well known algorithms on three benchmark instances of the RCPSPs Experimental studies reveals that the proposed optimization method is a promising alternative to assist project managers in dealing with RCPSP.Keywords: Resource-constrained project scheduling problem, metaheuristic algorithms, Chaotic maps, Chaotic vibrating particles system, Chaos theory, Global optimization
-
As a result of an incredibly fast growth of the number and diversity of smart devices connectable to the internet, commonly through open wireless sensor networks (WSNs) in internet of things (IoT), the access of attackers to the network traffic in the form of intercepting, eavesdropping and rebroadcasting has become much easier. Anomaly or intrusion detection system (IDS) is an efficient security mechanism, however despite the maturity of anomaly detection technologies for wired networks, current technologies with high computational complexity are improper for resource-limited WSNs in IoT and they also fail to detect new WSN attacks. Furthermore, dealing with the huge amount of intrusion wireless traffic collected by sensors, causing slow detecting process, higher resource usage and inaccurate detection. Hence, considering WSN limitations for developing an IDS in IoT, establishes a significant challenge for security researchers. This paper proposes a new model to develop a support vector machine (SVM)-based lightweight IDS (LIDS) using combination concepts of genetic algorithm (GA) and mathematical equations of grey wolf optimizer (GWO) which is called GABGWO. The GABGWO through applying two new crossover and mutation operators tries to find the most relevant traffic features and eliminate worthless ones, in order to increase the performance of the LIDS. The performance of LIDS is evaluated using AWID real-world wireless dataset under two scenarios with and without using GABGWO. The results showed a promising behavior of the proposed GABGWO algorithm in choosing optimal traffics, decreasing the computational costs and providing high accuracies for LIDS. The hybrid algorithm is also compared to pure GA and GWO and other recent methods and it is found that its performance is better than them.
Keywords: Wrapper Feature Selection, Metaheuristic Algorithms, GreyWolf Optimizer (GWO), GeneticAlgorithm (GA), WirelessNetworks, Internet of Things(IoT), Anomaly Detection, Support Vector Machine (SVM) -
Scientia Iranica, Volume:27 Issue: 3, May-Jun 2020, PP 1176 -1186In this paper, an efficient technique is proposed by displacement method of analysis and three metaheuristic algorithms consisting of the Colliding Bodies Optimization (CBO), Enhanced Colliding Bodies Optimization (ECBO) and Vibrating Particles System (VPS), for the simultaneous analysis and optimal design of truss structures. The presented method is applied to the minimum weight design of some planar and spatial truss structures. For examining the accuracy and efficiency of the proposed method, the problems are also designed by the same metaheuristic algorithms utilizing pure force method and pure displacement method as analysis tools (non-simultaneous) and the resulting structural weights are compared.Keywords: displacement method, metaheuristic algorithms, analysis, design, optimization, trusses, strain energy
-
در این مقاله، یک ابزار CAD بر پایه ی ارتباط بین نرم افزار شبیه ساز اسپایس و الگوریتم فراابتکاری بهینه سازی صفحات شیبدار (IPO) ، ارائه می شود که هدف آن انجام یک طراحی بهینه برای مقایسه گرهای قفلدار است. این ابزار با استفاده از مدل های دقیق ترانزیستورها و در نظر گرفتن کلیه عناصر پارازیتیک، توانسته است به جواب هایی نزدیک به واقعیت دست یابد. ابزار پیشنهادی چندین هدف را به طور همزمان کمینه می کند و در نهایت یک دسته از جواب های بهینه در قالب جبهه ی پرتوی دو به دو را ارائه می دهد. بنابراین، طراح می تواند با توجه به کاربرد خاص خود و درک همبستگی بین توابع هدف، بهترین طراحی را انتخاب کند و در انتها، با اجرای شبیه سازی مونت کارلو و بررسی صحت طراحی در گوشه های PVT، جواب های پایانی را ارزیابی کند.کلید واژگان: مقایسه گر قفلدار، طراحی با رایانه، سایزبندی ترانزیستورها، الگوریتم های فرا ابتکاریIn this paper, a CAD tool based on the link between Hspice and a heuristic algorithm called Inclined Planes Optimization (IPO) is provided, which its goal is to obtain an optimal design for voltage comparators. This tool uses detailed models of transistors and considers all parasitic elements, to achieve solutions close to reality. The proposed CAD tool minimizes a multi-objective function and provides several 2-dimensional Pareto-fronts. Therefore, the designer understands the correlation between objective functions and selects the optimal design considering the application requirements. To evaluate the final results, 1000-run of Monte Carlo simulation and PVT verification design is performed.Keywords: Latch Comparator, Computer Aided Design (CAD), Transistor Sizing, Metaheuristic Algorithms
-
با پیچیده تر شدن مسائل بهینه سازی و عدم کارایی مطلوب روش های تحلیلی سنتی، نیاز به ابزارهای قویتر برای حل این مسائل احساس شد. علاوه بر مشکلاتی همچون نیاز به تضمین هایی در خصوص مشتق پذیری و پیوستگی، امکان همگرایی به بهینه محلی، زمان حل این روش ها در بسیاری از مسائل به صورت نمایی رشد می کند. در پاسخ به این نیاز، الگوریتم های حل فراکاوشی ظهور پیدا کردند. این روش ها هیچگونه نیازی به اطلاعات مشتق مساله ندارند، با عملگرهای خاص خود قادر به فرار از بهینه محلی و کشف بهینه کلی هستند و زمان محاسبات مورد نیاز در آن ها با افزایش ابعاد مساله به صورت خطی یا چندجمله ای افزایش می یابد. با این حال به دلیل پراکندگی این روش ها در تحقیقات مختلف و عدم سازمان دهی کامل آن ها، محققان شناخت مناسبی از طیف گسترده این الگوریتم ها، سازوکار و ویژگی های این الگوریتم ها ندارند. در این مقاله سعی شده است شماری از مهم ترین و کاربردی ترین این الگوریتم ها (40 الگوریتم فراکاوشی مختلف) معرفی گردد، ویژگی های اصلی این الگوریتم ها همچون سازوکار جستجوی فضای مساله بهینه سازی، عملگرهای اساسی و منبع الهام هریک شرح داده شود. همچنین به صورت فشرده، بعضی وجوه تمایز این الگوریتم ها مانند قابلیت جستجوی محلی و کلی، تعریف حافظه و تنظیم پارامترها بحث شده است.
کلید واژگان: بهینه سازی، روش های تحلیلی، الگوریتم های فراکاوشیWith continuously increasing complexity of optimization problems and poor performance of conventional analytical based methods، more powerful tools are required to cope these problems. Difficulties such as necessity of differentiable and continuous model as well as possibility of converging to local minimum، computational time of these methods increase exponentially as well. Metaheuristic algorithms have introduced to overcome such challenges. These methods don’t require differentiation information، can discover global optimal and run away from local optima using their operators with linear or polynomial increase in their computational time. However، because of diversity and different publication resource of these methods، researchers don’t know their characteristic and search mechanism well. This paper aims to introduce some of the most important of these algorithms (40 different algorithms)، to describe main characteristic of these algorithms such as solution space search method، main operators and their inspiration sources. Moreover، some of unique characteristic of these algorithms such as local and global search capability، memory consideration and parameters tuning methods are discussed.Keywords: Optimization, Analytical methods, Metaheuristic algorithms
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.