particle swarm optimization algorithm
در نشریات گروه کشاورزی-
یکی از مهم ترین فاکتورهای مدیریتی در دوران بهره برداری مخازن سدها، تعیین پارامترهای بهینه بهره برداری می باشد. با توجه به اینکه حجم رهاسازی در ارتباط با حجم ذخیره مخازن سدها بوده و بایستی تواما و باهم بهینه سازی گردند، لذا در این تحقیق تلاش می گردد، پس از معرفی الگوریتم ژنتیک و الگوریتم ازدحام ذرات، عملکرد این الگوریتم ها به تنهایی و در حالت ترکیب با هم، در بهره برداری بهینه از مخزن سد علویان با نتایج مدل سازی برنامه ریزی غیرخطی مقایسه و منحنی های فرمان بهره برداری ترسیم گردند. برای ارزیابی عملکرد الگوریتم های مورد بررسی در بهره برداری بهینه از مخزن، از شاخص های عملکرد مخزن استفاده شده است. جواب بهینه مدل های الگوریتم ژنتیک و الگوریتم ازدحام ذرات به ترتیب با 08/1 و 87/0 و الگوریتم ترکیب آن ها با مقدار 62/0 و روش برنامه ریزی غیرخطی جواب بهینه محلی 91/0 می باشند. با توجه به شاخص های عملکرد مخزن، الگوریتم ترکیبی توانسته است 85 درصد از نیاز آبی کشاورزی پایاب سد علویان را تامین کند. جواب های بهینه نشان دادند که مدل الگوریتم ترکیبی در مورد سیاست بهره برداری از مخزن، نتیجه مطلوب تری داشته و نتایج حاکی از عملکرد بالای الگوریتم ترکیبی در مقایسه با دیگر روش های مورد بررسی در بهره برداری بهینه از سیستم تک مخزنه سد علویان بود. بر این اساس، پارامترهای بهینه بهره برداری از مخزن سد علویان با استفاده از الگوریتم ترکیبی به دست آمد.
کلید واژگان: بهره برداری بهینه، الگوریتم های ازدحام ذرات و ژنتیک، الگوریتم ترکیبی، هیدروانفورماتیک، منحنی فرمان، مخزن سد علویانBackground and ObjectivesOptimum operation of dam reservoirs is one of the most significant management factors in developing the annual resource and consumption plan of dam reservoirs during operation. The decisions regarding amount of water release are made by having the volume of the reservoir, amount of demand, and the prediction of reservoir inflow in the actual operation of dam reservoirs. Since the volume of release is related to the storage volume of the reservoirs of the dams and should be optimized simultaneously, after introducing the genetic algorithm and the particle swarm algorithm, the performance of these algorithms alone and in combination with each other in the optimal operation of the Alavian dam reservoir are compared with the modeling results in the nonlinear programming and the rule curves of the operation are developed in this study. The performance indicators of the reservoir were been used including reliability, vulnerability and stability to evaluate the performance of the examined algorithms in the optimal operation of the reservoir.
MethodologyIn this study, after introducing the genetic algorithm and the particle swarm algorithm, innovatively examines the accuracy and effectiveness of modeling by comparing the performance of these algorithms both individually and in combination. This comparison focuses on optimizing the operation of the Alavian dam reservoir over multi-step ahead, using modeling results from the software Lingo. To enhance decision-making for improved management of the Alavian dam reservoir, operation rule curves have been developed. The model utilizes a series of 25 years of data from the Alavian dam, which includes the volume of inflow, the volume of release from the reservoir, storage volume, and usage data encompassing drinking, agriculture, industry, and environmental needs. Additionally, information such as the volume of overflow from the dam reservoir and the volume of evaporation from the surface of the Alaviyan Dam reservoir has been collected on a monthly basis.
FindingsThe results from these optimal solutions indicate that the combined algorithm outperforms other methods, demonstrating a better correlation with the reservoir management policy. Over the last 25 years, the combined algorithm met 85% of the water requirements for agriculture downstream of Alavian dam, compared to 82% for the Particle swarm optimization(PSO) algorithm and 78% for the genetic algorithm (GA). In contrast, the nonlinear programming (NLP) method met 80%. The total shortages over the entire 25-year operational period for the GA, PSO, GA-PSO, and NLP algorithms were 38, 33.7, 27.1, and 35.2 million cubic meters, respectively. The GA-PSO algorithm has successfully addressed 10.87 million cubic meters more than the GA algorithm and 6.57 million cubic meters more than the PSO algorithm.
ConclusionInvestigating the results obtained from the optimal solutions revealed that the hybrid algorithm model provides a more favorable result and shows a better correlation regarding the reservoir operation policy. The results indicate the high performance of the hybrid algorithm compared to other studied methods in the optimal operation of the single reservoir system of Alavian dam. Accordingly, the optimal parameters of the Alavian dam reservoir were obtained using a hybrid algorithm. It was proposed to release volume rule curves and reservoir volume for the multi-step ahead.
Keywords: Particle Swarm Optimization Algorithm, Genetic Algorithm, Hybrid Algorithm, Optimal Operation, Rule Curve, Alavian Dam -
زمینه و هدف
اندازه گیری و رفتارسنجی سد موضوع جدیدی می باشد که می تواند به دلیل تغییر پارامترهای موجود برای ارایه مدلی باشد که رفتار پارامترهای منفرد را بر روی سد و همچنین روی یکدیگر بررسی کند و تغییرات ایجاد شده را آنالیز کرده و سیاست های لازم را ایجاد کند. هدف این پژوهش ایجاد یک روش ترکیبی از رگرسیون لجستکی با بهینه سازی الگوریتم بهینه سازی گروه ذرات با مقدار حقیقی جهت پیش بینی رفتار تجهیزات سد می باشد.
روش پژوهشدر این مطالعه از داده های 365 روز، از 31/01/1397 تا 31/01/1398 که 600 مجموعه داده تجهیزات سد شامل پارامترهای دمای آب، سطح آب، فشار دریچه، میزان رسوب گذاری، فشار منافذ، دمای هوا، حجم آب ورودی، مشخصات ویژه سد، شرایط بتن، سطح آب مخزن، تغییر مکان افقی و عمودی، اجزای اتصال انتقالی و شتاب زمین، قدرت، فشار، کشش و تنش بالا برای مدل سازی استفاده شدند. برای آموزش مدل سازی الگوریتم بهینه سازی گروه ذرات مقدار حقیقی-رگرسیون لجستیک و 120 مجموعه داده جهت آزمایش استفاده گردید. برای ارزیابی عملکرد روش پیشنهادی، از چهار آماره شامل ضریب تعیین (R2)، ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE)، ضریب پراکندگی (SI) و میانگین خطاهای انحرافی (MBE) استفاده گردید.
یافته هانتایج نشان داد که مدل در پیش بینی فشار پیزومتریک در بدنه سد عملکرد قابل قبولی دارد. همچنین نتایج حاصل از مدل شبکه عصبی مصنوعی با کسب 930/0 R2= و 587/8SI= همگرایی قابل قبولی را نشان می دهد. نتایج مربوط به داده های آموزش مدل نیز بیانگر این است که میانگین (µ) و انحراف معیار (σ) مدل ارایه شده، برای داده های آموزش به ترتیب برابر با 341/1 و 526/1 می باشد و برای داده های صحت سنجی این مقادیر برابر با 576/1 و 247/2 می باشد که این نشان از عملکرد خوب مدل پیشنهاد شده دارد. در معیار احتمال تجمعی، مدل پیشنهاد شده با 940/0P50= و 742/1P90= مبین این است که نتایج قابل قبول می باشد.
نتایجنتایج بیانگر این است که بهینه سازی گروه ذرات مقدار حقیقی-رگرسیون لجستیک در عوض به حداقل رساندن ریسک تجربی که تعمیم عالی برای اندازه های نمونه کوچک را فراهم می سازد، اصل کاهش ریسک سازه ای را اجرا می کند. نسبت مقادیر پیزومتریک پیش بینی شده به مقادیر قرایت شده برای حدود 72 درصد داده ها در این مدل در حدود یک بوده که بیانگر آموزش و قدرت پیشبینی مناسب این مدل میباشد. در نهایت بر اساس معیارهای ارزیابی مدل ترکیبی عملکرد بهتری نسبت به روش های بیان شده دارد.
کلید واژگان: سد بتنی، تحلیل رگرسیون، الگوریتم بهینه سازی گروه ذرات، سد ستارخانBackground and AimDam measurement and behavior assessment is a new issue that can be due to changes in available parameters to develop a model examining the behavior of individual parameters on the dam as well as on each other and analyze the changes and create the necessary policies. This study aims to propose a hybrid method involving logistic regression with particle swarm optimization algorithm with real value to predict the behavior of dam equipment.
MethodIn this study, from 365 days data, from 04/20/2018 to 04/20/2019, of which 600 sets of dam equipment data including parameters of water temperature, water level, valve pressure, sedimentation rate, pore pressure, air temperature, inlet water volume, specific dam characteristics, concrete conditions, reservoir water level, horizontal and vertical displacement, transmission connection components and ground acceleration, strength, pressure, tensile and high stress were used for modeling. Real value-logistic regression and 120 datasets were used for modeling the should be added of particle group optimization algorithm. To evaluate the performance of the proposed method, four statistics including coefficient of determination (R2), root mean square error (RMSE), scattering coefficient (SI), and means bias error (MBE) were used.
FindingsThe results showed that the model has an acceptable performance in predicting piezometric pressure in the dam body. Also, the results of the artificial neural network model show acceptable convergence with R2 = 0.930 and SSI = 8.587. The results related to the training data of the model also indicate that the mean (µ) and standard deviation (σ) of the proposed model are equal to 1.341 and 1.526 for the training data and these values for the validation data are equal to 1.576 and 2.247, respectively indicating the good performance of the proposed model. In the cumulative probability criterion, the proposed model with P50 = 0.940 and P90 = 1.742 indicates that the results are acceptable.
ResultsThe results indicate that the real value-logistic regression particle swarm optimization implements the principle of structural risk reduction instead of minimizing the experimental risk that provides excellent generalization for small sample sizes. The ratio of predicted piezometric values to read values for about 72% of the data in this model is about one, indicating the appropriate training and predictive power of this model. Finally, according to the evaluation criteria, the hybrid model performs better than the presented methods.
Keywords: Concrete Dam, Regression Analysis, Particle Swarm Optimization Algorithm, Sattarkhan Dam -
پیش بینی تراز آب زیرزمینی اولویتی ضروری برای برنامه ریزی و مدیریت منابع آب زیرزمینی می باشد. هدف از تحقیق حاضر مقایسه دقت سیستم استنتاج تطبیقی عصبی- فازی [1] (ANFIS) با مدل ترکیبی ANFIS آموزش دیده توسط الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات[2] (ANFIS+PSO) در پیش بینی ماهانه تراز آب زیرزمینی آبخوان گلپایگان طی سال های 97-1381 می باشد. بدین منظور از داده های ماهانه بارندگی، دما، تبخیر از تشت در ایستگاه های هواشناسی منتخب، حجم تخلیه از چاه های بهره برداری و تراز آب زیرزمینی چاه های مشاهده ای استفاده شده است. پس از انجام تحلیل مکانی و زمانی، چهار چاه مشاهده ای با دو ساختار داده ورودی (S1 و S2) برای پیش بینی تراز آب زیرزمینی انتخاب گردید. نتایج آزمون های روند و همگنی حاکی از معنی داری 99 درصدی تغییرات تراز آب زیرزمینی در چاه های مشاهده ای منتخب 4، 8، 19 و 20 با افت ناگهانی 22، 17، 27 و 2 متر به ترتیب در قبل و بعد از ماه های خرداد، شهریور، تیر و مرداد 1389 می باشد. بیشترین و کمترین دقت پیش بینی تراز آب زیرزمینی مربوط به چاه های مشاهده ای 20 و 4 با مقادیر ریشه میانگین مربعات خطا [3] (RMSE) برابر 37/2 و 21/0 متر به ترتیب مربوط به مدل های ANFIS_S1 و ANFIS+PSO_S2 می باشد. نتایج کلی تحقیق حاکی از تاثیر بیشتر انتخاب تاخیرهای مناسب داده های ورودی (ساختار مدل) نسبت به ترکیب دو مدل (ANFIS و PSO) در افزایش دقت پیش بینی تراز آب زیرزمینی دارد، به طوری که ساختار مطلوب داده های ورودی و ترکیب الگوریتم بهینه ساز با مدل شبیه ساز به ترتیب 44 و 25 درصد دقت پیش بینی تراز آب زیرزمینی را افزایش داده اند.
کلید واژگان: الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات، پیش بینی تراز آب زیرزمینی، تحلیل مکانی و زمانی، خوشه بندی سلسله مراتبی تجمعی، سیستم استنتاج تطبیقی عصبی- فازیGroundwater level prediction is an essential priority for planning and managing groundwater resources. This study aimed to compare the accuracy of the Neuro-Fuzzy Adaptive Inference System (ANFIS) model with the ANFIS model combined with particle swarm optimization algorithm (ANFIS+PSO) in predicting the monthly groundwater level of Golpayegan aquifer during 2002-2019. For this purpose, monthly data on rainfall, temperature, pan evaporation in the selected meteorological stations, discharge volume of exploitation wells and groundwater level of observation wells have been used. After spatial and temporal analysis, four observation wells with two input data structures (S1 and S2) were selected to predict the groundwater level. The results of trend and homogeneity tests show a 99% significance of groundwater level changes in the selected observation wells 4, 8, 19 and 20 with a sudden drop of 22, 17, 27 and 2 meters before and after June, September, July and August 2010, respectively. The highest and the lowest accuracy of groundwater level prediction is related to observation wells 20 and 4 with root mean square error values (RMSE) of 2.37 and 0.21 m, respectively, related to ANFIS_S1 and ANFIS + PSO_S2 models. Generally, the results of this study indicate that the selection of appropriate structure of input data is more effective than the combination of two models (ANFIS and PSO) in increasing the accuracy of groundwater level prediction. So, that the optimal structure of input data and the combination of optimized algorithm model have increased the accuracy of groundwater level prediction, 44% and 25%, respectively.
Keywords: Agglomerative Hierarchical Clustering, Groundwater level prediction, Neuro-Fuzzy Adaptive Inference System, Particle Swarm Optimization Algorithm, Spatial, Temporal Analysis -
نشریه علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)، سال بیست و دوم شماره 4 (پیاپی 86، زمستان 1397)، صص 371 -383نخستین گام در مطالعات منطقه ای سیلاب یافتن حوضه های آبخیز همگن از لحاظ رفتار هیدرولوژیکی است. این تحقیق برمبنای مفهوم ناحیه اثر بوده و با هدف یافتن گروه های همگن حوضه های آبخیز در محدوده حاشیه جنوبی دریای خزر انجام گرفته است. روش تحقیق مبتنی بر چارچوبی است که بر مبنای بهینه سازی شبکه های فازی با استفاده از الگوریتم ازدحام ذرات شکل گرفته است. پس از تعیین متغیرهای اصلی مرتبط با سیلاب با روش آزمون تحلیل مولفه های اصلی، از آنها به عنوان ورودی سیستم فازی استفاده شد. گروه بندی حوضه ها در فضای فازی این متغیرها و طی یک فرایند تکراری انجام گرفت. تعیین بهینه گروه های همگن توسط الگوریتم ازدحام ذرات انجام شد، به نحوی که از آماره گشتاور خطی ناهمگنی به عنوان معیار ارزیابی صحت و دقت گروه های همگن استفاده شد. تعداد 61 ایستگاه هیدرومتری واقع در این منطقه درنظر گرفته شده و مشخصات فیزیکی، اقلیمی و هیدرولوژیک آنها به عنوان متغیرهای مرتبط با سیلاب بررسی شده است. آزمون تحلیل مولفه های اصلی با روش چرخشی قائم و چرخش عامل واریوماکس روی داده های حوضه منتهی به چهار عامل اصلی مساحت، ارتفاع متوسط، ضریب گراولیوس و ضریب شکل شد که در مجموع 84 درصد واریانس تجمعی را پوشش داده و لذا از آنها برای مراحل بعدی همگنی استفاده شده است. عملکرد الگوریتم ازدحام ذرات در تکرار نهم موجب کسب بهترین نتیجه، یعنی حداقل میانگین و بهینه تابع شد که به ترتیب 26 و 22 است. مشخصات توپولوژی PSO به دست آمده در این مطالعه شامل وزن اینرسی، شتاب محلی، شتاب اجتماعی، تعداد نسل و اندازه جمعیت به ترتیب 7298/0، 4692/1، 4692/1، 10 و 5 است. نتایج حاصل از این تحقیق تعداد 61 ناحیه اثر (متعلق به 61 ایستگاه مورد مطالعه) است. با توجه به موقعیت جغرافیایی ایستگاه های واقع در نواحی همگن می توان نتیجه گرفت که فاصله جغرافیایی حوضه ها الزاما دلالت بر همگنی یا عدم همگنی آنها ندارد. نتایج این مطالعه بیانگر کارایی روش تحقیق مورد استفاده در تعیین مناطق همگن حوضه های آبخیز دریای خزر دارد.کلید واژگان: سیل، الگوریتم ازدحام ذرات، منطق فازی، حوضه های همگن، دریای خزرRegional flood frequency studies are initialized by the delineation of the homogeneous catchments. This study was based on "Region of Influence" concept, aiming to find the similar catchments in the south of Caspian Sea. The methodology utilized the Particle Swarm Optimization Algorithm, PSO, to optimize the fuzzy system over a dataset of catchment properties. The main catchment variables in relation to flood were determined by the principle component analysis method and employed as the inputs in the fuzzy system. Catchments grouping was performed over these fuzzy input variables by the iterative process. The optimum similar groups were obtained by PSO, and the heterogeneous L-moment index was used as the termination criterion for the optimization process. A total of 61 hydrometric stations located in the study area were selected and their relevant catchments' physical, climatic and hydrologic properties in relation to flood were studied. Principle Component Analysis by Variomax Rotation Factor over the catchments datasets tended to four out of 16 physical variables, including area, mean elevation, Gravelious Factor and Form Factor, as the main parameters in terms of homogeneity with 84 percent of accumulative variance. These variables, as well as mean annual rainfall, were used as the input data to define the fuzzy system. PSO algorithm was then employed to optimize the developed fuzzy system. The developed algorithm tended to yield the best result in the 9th iteration with 26 and 22 for the minimum average and the optimum values of cost function, respectively. The topology of the resulting algorithm included inertia weight, local and acceleration rates, the number of generations and population size, with the values of 0.7298, 1.4962, 1.4962, 10 and 5, respectively. This study tended to a total of 61 regions of influence, proportional to the relevant 61 sites. According to the geographical location of the catchments in the region, it could be concluded that the geographical proximity doesn't necessarily involve homogeneity. The obtained results indicated the efficient potential of PSO-FES in the delineation of the homogenous catchments in the study area.Keywords: Particle Swarm Optimization Algorithm, Fuzzy Expert System, Flood Frequency Analysis, Catchment Similarity, Caspian Sea
-
پدیده خشکسالی یکی از بلایای طبیعی می باشد که احتمال وقوع آن در تمام مناطق اقلیمی امکان پذیر است و در هر منطقه ای که روی می دهد، باعث ایجاد آسیب های جدی در محیط زیست و زندگی انسان ها می شود. بنابراین، پیش بینی این پدیده مضر، می تواند تاثیر قابل توجهی در مدیریت منابع آب داشته باشد و آثار مخرب آن را تا حد امکان کاهش دهد. در این مطالعه، ابتدا با استفاده از شاخص بارندگی استانداردشده چند متغیره (MSPI) ، مشخصه های خشکسالی در حوضه آبریز لیقوان چای به دست آمد و سپس از شبکه های عصبی مصنوعی (ANN) جهت پیش بینی شاخص فوق استفاده گردید. جهت آموزش شبکه های عصبی مصنوعی و تخمین بهینه وزن های آن، الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات (PSO) به کار برده شد و عملکرد آن با الگوریتم پس انتشار خطا (BP) مورد مقایسه قرار گرفت. در این راستا سناریوها و ساختارهای مختلفی در نظر گرفته شد و سپس با استفاده از آزمون های نیکوئی برازش، میزان دقت هر یک از آن ها محاسبه گردید. نتایج حاصل، برتری مدل ANN-PSO نسبت به مدل ANN-BP در پیش بینی خشکسالی را نشان داد.کلید واژگان: الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات، حوضه آبریز لیقوان چای، خشکسالی هواشناسی، شاخص بارندگی استانداردشده چند متغیره، شبکه های عصبی مصنوعیThe drought phenomenon is one of the natural disasters, which may occur in all climatic zones and cause serious damages to the environment and human life. So, forecasting this phenomenon may have significant impact on the water resources management and reduce its destructive effects as much as possible. In this study, the multivariate standardized precipitation index (MSPI) was utilized to compute the drought characteristics in the Lighvanchai basin and then the artificial neural network (ANN) was used to forecast the MSPI values. In order to train the ANN and estimate its optimized weights, the particle swarm optimization (PSO) algorithm was applied and its performance was compared with the backpropagation (BP) algorithm. In this context, different scenarios and structures were considered and then the goodness-of-fit tests were utilized for evaluating the accuracy of them. The results demonstrated that the ANN-PSO model had a better performance than the ANN-BP model for drought forecasting.Keywords: Artificial neural network, Lighvan Chai Basin, Meteorological drought, Multivariate standardized precipitation index, Particle swarm optimization algorithm
-
مجله اکو هیدرولوژی، سال چهارم شماره 4 (زمستان 1396)، صص 1199 -1213یکی از مسائل مهم در زمینه مدیریت صحیح منابع آب زیرزمینی، شناسایی پتانسیل این منابع به منظور برنامه ریزی و تصمیمگیری صحیح درباره بهرهبرداری از آنهاست. هدف این پژوهش، پتانسیلسنجی منابع آب زیرزمینی با رویکردی ترکیبی به الگوریتم بهینهسازی ازدحام ذرات (PSO) و سیستم اطلاعات مکانی (GIS) در دشت مهران است. به این منظور و برای شناسایی پتانسیل منابع آب زیرزمینی در این منطقه، 13 فاکتور مختلف تاثیرگذار بر میزان نفوذ آب در داخل زمین و تشکیل منابع آب زیرزمینی شامل شیب، ارتفاع، تراکم زهکشی، تراکم خطواره، نقشه T، نقشه K، نقشه Recharge، نقشه کاربری زمین، نقشه سنگ شناسی، نقشه Sy، نقشه عمق آب زیرزمینی، نقشه تراکم چاه و نقشه هم کلر، شناسایی و نقشه آنها تهیه و طبقهبندی شد. سپس، با استفاده از الگوریتم PSO، هر یک از نقشه ها وزندهی و پس از آن با استفاده از روش همپوشانی وزندار در محیط GIS با یکدیگر ترکیب شدند و در انتها، دو نقشه نهایی پتانسیل آب زیرزمینی، یک بار در حالتی که معادله بهینهسازی برابر با نقشه تراکم چاه قرار گرفت (PSO_chah) و بار دیگر برای حالتی که معادله بهینهسازی برابر نقشه آبدهی ویژه قرار گرفت (PSO_Sy)، به دست آمد. در این زمینه، نقشه PSO_chah، 56/2 درصد از منطقه و نقشه PSO_Sy، 40/2 درصد از منطقه را به عنوان مناطق با پتانسیل بسیار زیاد از نظر منابع آب زیرزمینی مشخص کردند.کلید واژگان: آب زیرزمینی، الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات، پتانسیل سنجی، سامانه اطلاعات مکانیOne of very important problems in correct managing of groundwater resources is finding potential of this resources to correct planning and deciding for use of them. The purpose of this research is potential evaluation of groundwater resources with the hybrid approach to particle swarm optimization algorithm and geographic information systems in Mehran plain. In this regard and due to evaluation of groundwater resources potential in this area, 13 various factors which have a great impact on level of water permeability in ground and groundwater resources formation Including the slope, height, drainage density, fault density, T map, K map, recharge map, landuse map, lithology map, Sy map, depth of groundwater map, well density map and Cl map, were prepared and classified. Then, by PSO algorithm, each map was assigned weight and with overlay method in GIS combined with each other and at the end 2 final groundwater potential map were obtained, once when that optimization equation equal to the well density map (PSO_chah), and once again when that optimization equation equal to the Sy map (PSO_Sy). In this context, PSO_chah map, 2.56% and PSO_Sy map, 2.40% of area determined as areas with very high potential in case of groundwater resources.Keywords: Potential Evaluation, Underground Water, Particle Swarm Optimization Algorithm, Geospatial Information Systems
-
International Journal of Agricultural Management and Development, Volume:7 Issue: 3, Sep 2017, PP 395 -405Production planning includes complex topics of production and operation management that according to expansion of decision-making methods, have been considerably developed. Nowadays, Managers use innovative approaches to solving problems of production planning. Given that the production plan is a type of prediction, models should be such that the slightest deviation from their reality. In this study, in order to minimize deviations from the values stated in the tea industry, two Particle Swarm optimization algorithm and genetic algorithm were used to solve the model. The data were obtained through interviews with Securities and Exchange Organization and those in financial units, industrial, commercial, and production. The results indicated the superiority of birds swarm optimization algorithm in the tea industry.Keywords: production planning, Genetic Algorithm, Particle swarm optimization algorithm, Securities, Exchange Organization
-
با پدید آمدن تکنیک های آماری قوی و شبکه های عصبی، مدل های پیش بینی کننده پراکنش آفات به سرعت در اکولوژی توسعه پیدا کرده است. این پژوهش به منظور پیش بینی و ترسیم نقشه توزیع Bemisia tabaci G. با استفاده از شبکه های عصبی پرسپترون چند لایه (MLP) ترکیب شده با حرکت تجمعی ذرات در سطح مزرعه خیار انجام شد. داده های مربوط به جمعیت این آفت از طریق نمونه برداری از 100 نقطه از سطح مزرعه شهرستان رامهرمز در سال 1396 به دست آمد. به منظور ارزیابی قابلیت شبکه های عصبی مورد استفاده در پیش بینی توزیع از مقایسه آماری پارامتر هایی مانند واریانس، توزیع آماری و میانگین بین مقادیر پیش بینی شده مکانی توسط شبکه عصبی و مقادیر واقعی آن ها استفاده شد. نتایج نشان داد که در فاز های آموزش و آزمایش بین مقادیر ویژگی های آماری واریانس، توزیع آماری و میانگین مجموعه داده های واقعی و پیش بینی شده مکانی این آفت توسط شبکه عصبی ترکیب شده، تفاوت معنی داری وجود نداشت. نقشه های ترسیم شده نشان داد که توزیع این آفت تجمعی است و امکان کنترل متناسب با توزیع مکانی را در مزرعه دارد.
کلید واژگان: الگوریتم حرکت تجمعی ذرات، توزیع مکانی، شبکه عصبی مصنوعیToday, with the Advance statistical techniques and neural networks, predictive models of distribution was rapidly developed in Ecology. Purpose of this study was predict and Mapping distribution of Bemisia tabaci G. using MLP neural networks combined with Particle Swarm Optimization in surface of cucumber field. Population data of pest was obtained in 2017 by sampling in 100 fixed points in a fallow field in Ramhormoz, to evaluate the ability of neural networks combined with Particle Swarm Optimization to predict the distribution used statistical comparison parameters such as mean, variance, statistical distribution and coefficient determination of linear regression among predicted values and actual values. Results showed that in training and test phases of neural network combined Particle Swarm Optimization algorithm, was no significant effect between variance, mean and statistical distribution of actual values and predicted values. Our map showed that patchy pest distribution offers large potential for using site-specific pest control on this field.
Keywords: Bemisia tabaci, particle swarm optimization algorithm, Neural network, spatial distribution -
مدیریت حوضه های آبریز مستلزم استفاده از الگوهای هیدرولوژیکی است که نقش مهمی را در پیش بینی پاسخ حوضه به فرآیندهای بارش-رواناب ایفا می کنند. از طرفی ارزیابی رفتار حوضه نیز با الگو های ریاضی هیدرولوژیکی مستلزم واسنجی مدل با هدف تخمین و برآورد پارامترهای حوضه با بیشترین تطابق خروجی مدل با مجموعه ای از مقادیر مشاهداتی است. مهم ترین هدف واسنجی الگو های بارش-رواناب یافتن مقادیر بهینه مدل به گونه ای که بتوان بهترین منحنی را برای آبنمود های مشاهداتی و محاسباتی برازش داد. در این پژوهش، مدل هیدرولوژیکی HEC-HMS و الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات (PSO) به عنوان مدل بهینه ساز عمل می کنند. مدل تلفیقی ارائه شده بر حوضه سد کارده واقع در استان خراسان رضوی مورد بررسی قرار گرفته است. واسنجی مدل در رویکرد تک هدفه و با دو تابع هدف NASH و RMSE به طور جداگانه در رخداد-های مختلف انجام گرفت. نتایج حاکی از قابلیت مدل در واسنجی رخدادها تا حد قابل قبولی بود. هم چنین نتایج واسنجی با چهار معیار متفاوت ارزیابی شد. اعتباریابی در انتها با دسته پارامترهای حاصل از واسنجی انجام شد. نتایج نشان داد که مدل عملکرد چندان مطلوبی ندارد. لذا پیشنهاد یک مجموعه پارامتر بر اساس واسنجی رخدادهای منفرد و صحت سنجی تک رخداد باقی مانده ممکن نیست.
کلید واژگان: بارش، رواناب، حوضه آبریز، صحت سنجی، مدل بهینه ساز، واسنجی، مدل هیدرولوژیکیIntroductionPlanning and management of water resource and river basins needs use of conceptual hydrologic models which play a significant role in predicting basins response to different climatic and meteorological processes. Evaluating watershed response through mathematical hydrologic models requires finding a set of parameter values of the model which provides thebest fit between observed and estimated hydrographs in a procedure called calibration. Asmanual calibration is tedious, time consuming and requires personal experience, automaticcalibration methods make application of more significant CRR models which are based onusing a systematic search procedure to find good parameter sets in terms of at least oneobjective function.
Materials And MethodsConceptual hydrologic models play a significant role inpredicting a basin’s response to different climatic and meteorological processes within natural systems. However, these models require a number of estimated parameters. Model calibration is the procedure of adjusting the parametervalues until the model predictions match the observed data. Manual calibration of high-fidelity hydrologic (simulation) models is tedious, time consuming and sometimesimpractical, especially when the number of parameters islarge. Moreover, the high degrees of nonlinearity involved in different hydrologic processes and non-uniqueness ofinverse-type calibration problems make it difficult to find asingle set of parameter values. In this research, the conceptual HEC-HMS model is integrated with the Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm.The HEC-HMS model was developed as areplacement for HEC-1, which has long been considered as astandard model for hydrologic simulation. Most of thehydrologic models employed in HEC-HMS are event-basedmodels simulating a single storm requiring the specificationof all conditions at the beginning of the simulation. The soil moistureaccounting model in the HEC-HMS is the onlycontinuous model that simulates both wet and dry weatherbehavior.Programming of HEC –HMS has been done by MATLAB and techniques such as elite mutation and creating confusion have been used in order to strengthen the algorithm and improve the results. The event-based HEC-HMS model simulatesthe precipitation-runoff process for each set of parameter values generated by PSO. Turbulentand elitism with mutation are also employed to deal with PSO premature convergence. The integrated PSO-HMS model is tested on the Kardeh dam basin located in the Khorasan Razavi province.
Results And DiscussionInput parameters of hydrologic models are seldomknown with certainty. Therefore, they are not capable ofdescribing the exact hydrologic processes. Input data andstructural uncertainties related to scale and approximationsin system processes are different sources of uncertainty thatmake it difficult to model exact hydrologic phenomena.In automatic calibration, the parameter values dependon the objective function of the search or optimization algorithm.In characterizing a runoff hydrograph, threecharacteristics of time-to-peak, peak of discharge and totalrunoff volume are of the most importance. It is thereforeimportant that we simulate and observe hydrographs matchas much as possible in terms of those characteristics. Calibration was carried out in single objective cases. Model calibration in single-objective approach with regard to the objective function in the event of NASH and RMSE were conducted separately.The results indicated that the capability of the model was calibrated to an acceptable level of events. Continuing calibration results were evaluated by four different criteria.Finally, to validate the model parameters with those obtained from the calibration, tests perfomed indicated poor results. Although, based on the calibration and verification of individual events one event remains, suggesting set is a possible parameter.
ConclusionAll events were evaluated by validations and the results show that the performance model is not desirable. The results emphasized the impossibility of obtaining unique parameters for a basin. This method of solution, because of non-single solutions of calibration, could be helpful as an inverse problem that could limit the number of candidates. The above analysis revealed the existence of differentparameter sets that can altogether simulate verificationevents quite well, which shows the non-uniqueness featureof the calibration problem under study. However, the methodologyhas benefited from that feature by finding newparameter intervals that should be fine-tuned further inorder to decrease input and model prediction uncertainties.The proposed methodology performed well in the automatedcalibration of an event-based hydrologic model;however, the authors are aware of a drawback of the presentedanalysis – this undertakingwas not a completely fair validationprocedure. It is because validation events represent possiblefuture scenarios and thus are not available at the time ofmodel calibration. Hence, an event being selected as a validationevent should not be used to receive any morefeedback for adjusting parameter values and ranges.However,this remark was not fully taken into consideration, mostlybecause of being seriously short of enough observed eventsin this calibration study. Therefore, the proposed methodology,although sound and useful, should be validated inother case studies with more observed flood events.
Keywords: HEC, HMS, Particle Swarm Optimization Algorithm, Validation -
یک رشته DNA را می توان رشته ای بسیار طولانی روی الفبایی با 4 حرف در نظر گرفت. تعداد زیادی از دانشمندان سعی در رمزگشایی این رشته دارند. از آنجاییکه این رشته بسیار طولانی است، ابتدا بخش های کوتاه تری از آن که با هم همپوشانی دارند رمزگشایی می شود. البته مکان اصلی این بخش ها در DNA اصلی مشخص نیست. به نظر می رسد کوتاه ترین رشته ای که این بخش ها زیر رشته ای از آن می باشند تقریب مناسبی برای رشته DNA اصلی باشد. لذا این پژوهش بر آن است به ارائه یک الگوریتم تکاملی جهت انتخاب کوتاهترین ابررشته در یک DNA بپردازد. مسئله عملی مورد بحث در این پژوهش، مسئله کوتاه ترین ابررشته SSP1 است. در این راستا، با استفاده از الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات PSO2 که در رده الگوریتم های تکاملی قرار دارد و با استفاده از زبان برنامه نویسی متلب نسخه R2011a به حل این مسئله پرداخته شد. در مقایسه با مسئله حل شده توسط الگوریتم ژنتیک، نتایج الگوریتم ازدحام ذرات روش برتری است.
کلید واژگان: DNA، کوتاه ترین ابررشته مشترک، الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذراتA DNA string can be supposed a very long string on alphabet with 4 letters. Numerous scientists attempt in decoding of this string. since this string is very long، a shorter section of it that have overlapping on each other will be decoded. There is no information for the right position of these sections on main DNA string. It seems that the shortest string (substring of the main DNA string) is a proper estimation of the main DNA string. Therefore aims of the present study is demonstrating an evolutionary algorithm for selecting the shortest superstring into a DNA string. The practical problem in current study is the shortest superstring problem (SSP). We solve the problem using particle swarm optimization algorithm (PSO) in evolutionary algorithm level by programming language MATLAB version R2011a. In comparison with solving problem by genetic algorithm، the result of present study was much better than the above mentioned algorithm.Keywords: DNA, Shortest Common Superstring, Particle Swarm Optimization Algorithm
- 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.