L o g o

Genetic Algorithm

L o g o

Contentsความหมายของ Genetic Algorithms

องค�ประกอบของ Genetic Algorithms

กระบวนการของ Genetic Operator

ข��นตอนการทำ�างาน Genetic Algorithmข��นตอนการทำ�างาน Genetic Algorithm

สร�ป

L o g oความหมายของ Genetic

Algorithms Genetic Algorithms หมายถึ�ง

เป�นว�ธี�การมาจากกระบวนการทำางพั�นธี�กรรมของส�"งม�ชี�ว�ตจากการว�ว�ฒนาการ หร%อ การอย&'รอดของส�"งม�ชี�ว�ต เราจ�งได*น�าว�ธี�การแก*ป,ญหาทำ�"ใชี*แนวทำางเด�ยวก�บ มาชี'วยหาค�าตอบทำ�"เหมาะสมทำ�"ส�ดให*ก�บป,ญหาโดยใชี*กระบวนการทำางพั�นธี�ศาสตร�เข*ามาชี'วยในกระบวนการค*นหาค�าตอบของป,ญหา เชี'น ระบบแขนกล หร%อ ตรวจสอบระบบการทำ�างานต'าง ๆ เป�นต*น

L o g oองค�ประกอบของ Genetic

Algorithms 1. Chromosome Encoding1. Chromosome Encoding

2. Initial population

3. Fitness Function3. Fitness Function

4. Genetic Operator4. Genetic Operator

5. Parameter5. Parameter

L o g o

1. Chromosome Encoding

Chromosome Encoding( ร&ปแบบโครโมโซม )การถึอดรห�สหร%อการได*มาซ�"งโครโมโซม ค%อป,ญหาแรกทำ�"จะเร�"มแก*ป,ญหาโดยใชี* Genetic Algorithm ในการถึอดรห�สน��นจะข��นอย&'ก�บป,ญหา และในป,จจ�บ�นป,ญหาม�มากมายจ�งทำ�าให*ร&ปแบบของโครโมโซมม�ความแตกต'างก�นออกไปตามป,ญหาน��นๆ เชี'น

L o g oตั�วอย�าง Chromosome

EncodingBinary Encodingเป�นร&ปแบบ

โครโมโซมเร�"มแรกทำ�"น�ามาใชี*แก*ป,ญหาของ Genetic Algorithm จ�งทำ�าให*ร&ปแบบโครโมโซมแบบน��เป�นเร%"องธีรรมดาทำ�"ส�ด ล�กษณะของ Binary Encoding ค%อ ทำ�กต�าแหน'งของย�นของโครโมโซมจะม�ค'าเป�น bit 0 หร%อ 1 ด�งร&ป

Chromosome A 101100101100101011100101

Chromosome B 111111100000110000011111

L o g o

Value Encoding หร%อ Direct ทำ�กต�าแหน'งของย�นบนโครโมโซมจะม�ค'าบางค'า ทำ�"สามารถึเชี%"อมโยงไปย�งป,ญหาได* เชี'น ต�วอ�กษร จ�านวนจร�ง ค�าส�"ง หร%ออ%"นๆ ร&ปแบบโครโมโซมแบบน��สามารถึใชี*ได*ก�บป,ญหาทำ�"ค'อนข*างซ�บซ*อนค'าได*

Chromosome A 1.2324 5.3243 0.4556 2.3293 2.4545

Chromosome B ABDJEIFJDHDIERJFDLDFLFEGTChromosome C (back), (back),

(right), (forward), (left)

ตั�วอย�าง Chromosome Encoding

L o g o

Permutation Encoding เป�นการกระทำ�าด�บแรกก'อนทำ�"จะเข*ากระบวนการของ Genetic Algorithm ประชีากรทำ�"เก�ดจากการส�'ม Random เพั%"อน�าประชีากรเข*าไปในกระบวน ในการส�'มจะต*องส�'มให*ได*จ�านวนเทำ'าก�บขนาดของร� 'นทำ�"ได*ก�าหนดไว*โดยทำ�"ย�งไม'ม�การสนใจค'าความเหมาะสมของแต'ละโครโมโซม B: 9 5 2 1 4 6 7 8 3Chromosome A1 5 3 2 6 4 7 9 8Chromosome B8 5 6 7 2 3 1 4 9

ตั�วอย�าง Chromosome Encoding

L o g o

2. Initial populationInitial population ค%อ การส�'ม

เล%อกเพั%"อสร*างประชีากรต*นแบบข��นมาเพั%"อใชี*เป�นจ�ดเร�"มต*นของข��นตอนการว�ว�ฒนาการข��นตอนน��จะเป�นข��นตอนแรกทำ�"เก�ดข��นก'อนทำ�"จะเร�"มเข*ากระบวนการของ Genetic Algorithm โดยประชีากรกล�'มแรก หร%อประชีากรต*นก�าเน�ด จะเก�ดจากการส�'มเล%อกข��นมาจาก กล�'มของประชีากรทำ��งหมดทำ�"ม�อย&' โดยในการส�'มเล%อกจะทำ�าการส�'มตามจ�านวนของประชีากรทำ�"ได*ก�าหนดไว*เป�น Parameter ของ Algorithm

L o g o

3. Fitness FunctionFitness Function เป�นว�ธี�การส�าหร�บ

ประเม�นค'าความเหมาะสม เพั%"อให*คะแนนส�าหร�บค�าตอบต'างๆ ทำ�"เป�นไปได*ของป,ญหาโครโมโซมทำ�กต�วจะม�ค'าความเหมาะสมของต�วเองเพั%"อใชี*ส�าหร�บพั�จารณาว'า โครโมโซมต�วน��น เหมาะหร%อไม'ทำ�"จะน�ามาใชี*ส%บทำอดพั�นธี�กรรมส�าหร�บสร*างโครโมโซมร� 'มใหม' เชี'น ก�าหนดให*ค'าความเหมาะสม = จ�านวนของบ�ต 1 ทำ��งหมดในโครโมโซม

A: 100011100ด�งน��นโครโมโซม A ม�ค'าความเหมาะสมเทำ'าก�บ 4

L o g o

4. Genetic OperatorGenetic Operator ซ�"งเป�นว�ธี�การ

ปร�บเปล�"ยนองค�ประกอบของข*อม&ลทำ�กข��นตอน Genetic Algorithm ซ�"งม�กระบวนการพั%�นฐานทำ�"ส�าค�ญ ม� 3 ส'วน ด�งน��

1. Selection – การค�ดเล%อก2. Crossover – การข*ามสาย

พั�นธี��3. Mutation – การกลายพั�นธี��

L o g oกระบวนการของ Genetic

Operator - Selection เพั%"อให*เก�ดการอย&'รอดของส�"ง

ม�ชี�ว�ตน��น โดยค�ดเล%อกมาเป�นโครโมโซมพั'อและโครโมโซมแม' หร%อทำ�"เร�ยกว'า Parentsในการส%บสายพั�นธี�� ทำ�าให*เก�ดป,ญหาว'าจะทำ�าอย'างไรให*เก�ดจากค�ดเล%อกโครโมโซมทำ�"น'าพัอใจเพั%"อทำ�"จะเก�ดการอย&'รอดของส�"งม�ชี�ว�ตตามทำฤษฏี�ของ Charles Darwin จ�งทำ�าให*เก�ดร&ปแบบมากมายในการเล%อกโครโมโซมทำ�"น'าพัอใจทำ�"ส�ดเพั%"อน�าไปส%บสายพั�นธี�ทำ�าให*เก�ดร&ปแบบการค�ดเล%อกมากมายเพั%"อให*เก�ดผลล�พัธี�น'าพัอใจทำ�"ส�ด เชี'น การค�ดเล%อกแบบ Roulette Wheel การค�ดเล%อกแบบ Ranking การค�ดเล%อกแบบ Tournament การค�ดเล%อกแบบ Elitist การค�ดเล%อกแบบ Steady-state และอ%"นๆมากมายหลายว�ธี�เพั%"อให*ได*มาซ�"งว�ธี�การค�ดเล%อกโครโมโซมทำ�"ด�

L o g oกระบวนการของ Genetic

Operator - Crossover เป�นกระบวนการทำ�"ส�าค�ญ

Genetic Algorithm เม%"อเก�ดการ Crossover ข��นในทำาง พั�นธี�ศาสตร�จะทำ�าให*เก�ดการเปล�"ยนแปลงของส�"งม�ชี�ว�ตทำ�"หลากหลาย ซ�"งการ Crossover จะต*องอาศ�ยว�ว�ฒนาการเป�นเวลานาน จ�งสามารถึเล%อกเอาค�าตอบทำ�"เหมาะสมก�บความต*องการได*มากทำ�"ส�ดและ ข��นตอนในการ Crossover ค%อ น�า 2 โครโมโซม(Parent) มาผสมก�นเพั%"อให*ได*โครโมโซมใหม'ข��นมา จากน��นใชี*ว�ธี�การทำ�"ง'ายทำ�"ส�ด ค%อ ส�'มต�าแหน'ง Crossover และทำ�าการค�ดลอกทำ�กอย'างทำ�"อย&'หน*าต�าแน'ง Crossover ของพั'อและค�ดลอกทำ�กอย'างหล�งต�าแหน'ง Crossover ของแม'รวมก�นจะได*ล&กต�วทำ�" 1 ออกมา จากน��นทำ�าการค�ดลอกทำ�กอย'างทำ�"อย&'หน*าต�าแหน'ง Crossover ของแม' และค�ดลอกหล�งต�าแหน'ง Crossover ของพั'อรวมก�นจะได*ล&กต�วทำ�" 2 ออกมา

L o g o

การ Crossover

L o g oกระบวนการของ Genetic

Operator - Mutation เก�ดข��นหล�งจากการ

Crossover เสร:จส��นจะทำ�าการส�'มประชีากรเปล�"ยนแปลงผลทำ�"ได*จากการ Crossover หมายความว'า ร� 'นล&กทำ�"เก�ดจากผสมจากร� 'นพั'อแม'แล*วจ�งน�าร� 'นล&กมาด�าเน�นการ Mutation ต'อไป ซ�"งการ Mutation ทำางพั�นธี�ศาสตร�จะทำ�าให*ได*ล�กษณะใหม'ๆ เก�ดข��น ข� �นตอนในการ Mutation เม%"อได*ต�าแหน'ง Mutation แล*วเปล�"ยน แปลงค'า ณ ต�าแหน'งทำ�"ส�'มน��น ในต�วอย'างต'อไปน��จะด�าเน�นการ Mutation ก�บร&ปแบบโครโมโซมแบบ Binary เราจะส�'มเล%อก bit เพั�ยงเล:กน*อย จะม�การเปล�"ยนแปลงค'าจาก 1 เป�น 0 หร%อจาก 0 เป�น 1

L o g o

การ Mutation

L o g o

5. ParameterParameter เป�นว�ธี�การทำ�"ใชี*ในการสร*าง

จ�านวนโครโมโซมร� 'นถึ�ดไป ถึ*าก�าหนดให*จ�านวนโครโมโซมในแต'ละร� 'นมากจะทำ�าให* Genetic Algorithm ประมวลผลได*ชี*าลง เชี'น ขนาดของประชีากร Population size ความน'าจะเป�นของ Crossover หร%อ Probability Crossover ส'วนใหญ'ม�ค'าอย&'ทำ�" 60% -95% ความน'าจะเป�นของ Mutation หร%อ Probability Mutation ส'วนใหญ'ม�ค'าอย&'ทำ�" 0%-1% และจ�านวนโครโมโซมทำ�"ใชี*ในการสร*างร� 'นถึ�ดไป ถึ*าก�าหนดให*จ�านวนโครโมโซมในแต'ละร� 'นมากจะทำ�าให* Genetic Algorithm ประมวลผลได*ชี*าลง

L o g oข��นตัอนการทำ�างาน Genetic

Algorithmข��นตอนการทำ�างานค*นหาค�าตอบของ Genetic Algorithm น��นม�ด�งน��

เร�"มทำ�าการค*นหา ป,ญหาทำ�"เก�ดข��นถึ*าย�งไม'พับค�าตอบ แต'ครบจ�านวนรอบทำ�"ได*

ก�าหนดไว* ก:จะหย�ดทำ�าการค*นหาทำ�าการค*นหาจนพับเป;าหมายหร%อค�าตอบทำ�"

ต*องการ ก:จะหย�ดทำ�าการค*นหาพับว'าค�าตอบทำ�"ได*เร�"มล&'เข*าส&'ค�าตอบทำ�"เป�นค�า

ตอบทำ�"ด�ทำ�"ส�ด เชี'น ค�าตอบทำ�"ได*จากประชีากรแต'ละร� 'นไม'ม�การเปล�"ยนแปลงหร%อคงทำ�"เป�นจ�านวนทำ�"ต�ดต'อก�น

L o g o

สร�ปป,จจ�บ�นการว�เคราะห�ข*อม&ลม�หลายว�ธี� ซ�"ง

แต'ละว�ธี�ก:จะให*ผลล�พัธี�การว�เคราะห�ทำ�"แตกต'างก�นไปตามความส�มพั�นธี�ของสมการ ซ�"งถึ*าหากก�าหนดร&ปแบบสมการไม'ถึ&กต*อง ผลล�พัธี�ทำ�"ได*อาจม�ความคลาดเคล%"อนจากความเป�นจร�ง ซ�"งส'งผลให*การว�เคราะห�ข*อม&ลเก�ดความผ�ดพัลาดข��นได* ด�งน��นจ�งม�แนวค�ดว�ธี�การของ Genetic Algorithms เพั%"อเป�นทำางเล%อกในการแก*ป,ญหาความผ�ดพัลาดในการว�เคราะห�ข*อม&ล โดยได*ม�การน�ากระบวนการ Genetic Algorithms ซ�"งเป�นความร& *เก�"ยวก�บทำฤษฎี�ทำางธีรรมชีาต�มาชี'วย เพั%"อหาค�าตอบทำ�"เหมาะสมและตรงก�บความส�มพั�นธี�ของข*อม&ล

L o g o

รายชื่��อสมาชื่�กนางสาวน�จร�ย� ว�ชี�ยวงษ�

513020737-4นายวร�ฒ ชี�ยวงษ�

513020752-8นางสาวศ�ร�นทำรา พัาเฮื%อง

513020757-8นางสาวศ�ร�น�นทำ� ประเสร�ฐส�งข�

513020759-4นางสาวอ�ษา พั�จารณ�

513020768-3

สาขาสารสนเทำศสถึ�ต�

L o g o