1 K thut tnh ton Heuristic v thch ng (Adaptive) trong vin thng

1 K thut tnh ton Heuristic v thch ng (Adaptive) trong vin thng.

Gii thiu

1.1 Cc vn ti u ha trong vin thng

S phc tp v kch thc ca cc mng vin thng hin i cung cp cho chng ta nhiu thch thc v c hi. Trong cun sch ny, nhng thch thc m chng ti tp trung vo l nhng lin quan n vic ti u ha. iu ny ch n gin cp ti nhng trng hp m trong chng ta ang hng ti tm mt cch tip cn phng n tt nht gia nhiu phng n c th c gii quyt bi ton. V d, c mt s lng ln cch thit k cc cu trc lin kt mt mng d liu ring cho mt cng ty ln. Lm th no chng ta c th tm thy mt thit k c bit tt trong tt c cc kh nng? Ngoi ra, chng ta c th th tm mt cch tt gn knh tn s cho nhiu ngi s dng mng di ng. C mt lot cc kh khn phc tp lin quan y, s lng cc phng n c th p ng cc kh khn vn cn qu ln chng ti hy vng s kim tra ln lt tng phng n trong s chng. V vy, mt ln na, chng ta cn mt s cch tm ra gii php tt trong tt c cc kh nng.

Nhng thch thc hin ti l c hi cho s hp tc gia cc k s vin thng, cc nh nghin cu v pht trin trong khoa hc my tnh v tr tu nhn to cng ng. c bit, c mt b cc cng ngh phn mm mi ni nhm ti u ha cc vn m hin nay ang c c s dng trong ngnh cng nghip, nhng c tim nng ln cho cc gii php c li nhun v hiu qu cho nhiu bi ton trong ngnh vin thng.

Phn ln cun sch ny tp trung vo cc k thut ti u ha, v cc cng trnh nghin cu trong cc chng sp ti trnh by mt phn vic p dng nhng k thut ny cho cc bi ton lin quan n vin thng. Cc k thut s dng bao gm cc phng php "tm kim a phng nh m phng (Aarts v Korst, 1989) v tm kim tabu (Glover, 1989; 1989a), v cc k thut tm kim 'da trn tp hp' nh thut ton di truyn (H Lan, 1975 ; Goldberg, 1989), chin lc pht trin (Schwefel, 1981; Back, 1996), lp trnh tin ha (Fogel, 1995) v lp trnh di truyn (Koza, 1992). Mc 1.3 gii thiu ngn gn v c bn cc k thut trn, dnh cho cc k s vin thng, qun l hoc nghin cu, nhng ngi hiu bit qu nhiu v vn ny, nhng cha bit cch gii quyt chng. Chng sau tho lun v vic s dng lin quan n cc bi ton c bit trong vin thng.

1.2 Bi ton ng v thch ng.

Mt kha cnh c bn ca nhiu vn ti u ha trong vin thng l mt thc t rng cc gii php ti u l ng. Nhng g c th l gii php tt nht by gi c th khng phi l gii php l tng trong mt vi gi, hoc thm ch mt vi pht. V d, cc nh cung cp dch v ca mt c s d liu phn tn ( nh video theo yu cu , dch v web - b nh m, vv) phi c gng m bo cht lng dch v cho mi khch hng. lm iu ny lin quan n vic chuyn hng c s d liu ca khch hng truy cp n cc my ch khc nhau ti cc thi im khc nhau ( khch hng khng th nhn bit) thc hin ph hp cn bng ti gia cc my ch. K thut ti u ha hin i c th c s dng phn phi ti trng ph hp trn cc my ch, tuy nhin gii php ny tr nn khng hp l ngay sau khi c s thay i trung bnh trong m hnh truy cp c s d liu ca khch hng. Mt v d khc l nh tuyn gi chung trong mt mng point-to -point . Theo truyn thng, bng nh tuyn ti mi nt c s dng tm kim ' bc k tip ' tt nht cho mt gi da trn im n cui cng ca n . Chng ta c th tng tng mt k thut ti u ha p dng cho vn ny , k thut ny da vo m hnh tng th v xc nh cc bng nh tuyn thch hp cho mi nt , do n tc chung v s chm tr c th c gim thiu, tc l trong nhiu trng hp l ' bc k tip " tt nht c th khng tm c nt tip theo trn con ng ngn nht , v lin kt ny c th c c s dng nhiu ri. Tuy nhin, y r rng l mt chng trnh cn c thc hin lp i lp li nh nhng biu thay i lu lng truy cp.

Vic thc hin lp i lp li ca cc k thut ti u ha l mt trong nhng cch c th tip cn cc bi ton ng, n thng l mt cch kh ph hp, c bit l khi cc gii php tt yu cu cn thit phi rt nhanh, v mi trng thay i rt nhanh chng. Thay vo , mt phm vi khc ca cc k thut tnh ton hin i thng thch hp cho cc bi ton nh vy. Chng ta c th gi chung lp ny l k thut "thch ng", mc d vic s dng cc chng sau trong cun sch ny thc s kh a dng. c bit, chng sau s s dng tnh ton thn kinh (neural), logic m v l thuyt tr chi gii quyt ti u ha thch nghi trong mi trng ng, trong mt s trng hp kt hp vi tm kim c b hoc da vo tp hp. V c bn, mt k thut ti u ha cung cp mt cch nhanh chng v hiu qu tm mt gii php tt trong nhiu gii php, mt k thut thch ng phi cung cp mt gii php tt gn nh l ngay lp tc.

Th thut y l cc phng php s dng tin trnh off-line hc v vn ang gii quyt sao cho khi m cc kt qu tt v nhanh c yu cu th chng s c chuyn i. V d , mt cch tip cn thch hp cho vic nh tuyn gi tin trong cc mt thay i trong m hnh giao thng s bao gm mt s lin tc nhng ti thiu ha x l m c cp nht lin tc trong bng nh tuyn ti mi nt da trn thng tin hin ti v tr v mc giao thng.

Trong phn cn li ca chng ny chng ta s gii thiu ngn gn v s ti u v v cc k thut thch ng m chng ta cp trn. Chi tit s c ni cc chng sau . Sau chng ta s ni mt cht v ba phn trong cun sch ny trong cc chng tip theo. Sau cng , chng ta s ch ra ti sao nhng k thut ny l quan trng trong vin thng , v chng s ngy cng pht trin theo thi gian.

1.3 Cc k thut Heuristic hin i

C mt lot cc phng php ni ting trong hot ng nghin cu, nh l : quy hoch ng (DynamicProgramming), quy hoch tuyn tnh(Integer Programming).. c s dng gii quyt cc la vn ti u khc nhau. Tuy nhin , mt cng ng ln ca cc nh khoa hc my tnh v cc nh nghin cu tr tu nhn to ngy nay ang dnh rt nhiu n lc vo nhng tng hin i hn c gi l metaheuristics hay cn gi l heuristic. Vn khc nhau c bn gia cc phng php hin i v phng php c in l , n d p dng hn. Tc l nu a ra mt vn thc t in hnh v phc tp th n s cn t cng sc pht trin cch tip cn m hnh ti thp gii quyt vn hn l trnh by vn theo cch quy hoch tuyn tnh c th p dng trn n.

iu ny khng ni rng cc phng php hin i s lm tt hn phng php c in . Trn thc t , kch bn thc t v in hnh khi m c hai loi phng php c p dng l :

Mt chuyn gia metaheuristics so snh hi loi k thut : phng php hin i lm tt hn phng php c in

Mt chuyn gia nghin cu cc hot ng c in so snh hai loi k thut : phng php c in vt tri hn phng php hin i

Mc d s quan st ny da trn mt kha cnh quan trng trong vic gii quyt cc vn ti u . bn cng hiu r cc k thut ring bit m bn ang p dng th bn cng c kh s dng v khai thc n t c kt qu tt hn.

Trong phn ny chng ti ch cung cp kha qut v mt s thut ton ti u hin i, v do khng cung cp kh y thng tin cho mt ngi c c th chnh cho ph hp vi cc vn c th. Mc d chng ti khng ch cho bn cch sng to vi chng , nhng chng ti ch ra im mu cht u. Lm cch no p dng sng to chng th ph thuc v rt nhiu vn , nhng chng sau s cung cp cc thng tin cho tng trng hp c th . Nhng g s tr nn r rng t chng ny, tuy nhin, l nhng k thut c nh gi cao chung trong ng dng ca chng. Trong thc t, bt c khi no cng c mt s cch kh sn nh gi hoc tnh im gii php ng c vin cho vn ca bn, sau cc k thut ny c th c p dng.

V bn cht cc k thut ny c chia lm 2 nhm : tm kim a phng, tm kim da trn dn s . s l nhng th s c bn n tip theo y.

1.3.1. Tm kim cc b

Gi s rng bn ang c gng gii quyt mt vn P, v bn c mt tp hp S l cc gii php tim nng cho vn ny. Bn khng nht thit phi c tp S, v n qu ln c th hiu r ton b. Tuy nhin, bn c mt s cch to ra cc gii php t n. V d, S c th l mt tp hp cc cu trc lin kt cho mt mng, v cc gii php ng c s, s ', s'', l cc c cu trc kt ni c th m bn a ra theo cch no . Thm vo , hy tng tng rng bn c mt hm chun ha f(s) (fitness function) c chc nng a ra kt qu ca mt gii php c. Kt qu tt hn ng ngha vi vic l gii php tt hn. Ly v d, chng ta ang c gng tm ra nhng cu trc lin kt mng ng tin cy nht, sau f (s) c th tnh ton xc sut tht bi ca lin kt gia hai nt c bit quan trng. Trong trng hp chng ta mun s dng nghch o ca gi tr ny nu chng ta thc s mun gi n l chun ha (fitness). Trong nhng trng hp khi m kt qu thp hn, th tt hn v thng th thch hp hn l coi f(s) l mt hm chi ph.

Chng ta cn cn thm mt iu na, m chng ta gi l mt ton t ln cn (neighbourhood operator). y l hm c chc nng ly ra mt gii php c s, v to ra mt gii php c mi s - thng ch hi khc mt cht so vi s. Chng ta s s dng thut ng bin c (mutation) m t cho ton t ny. V d, nu chng ta bin i mt cu trc lin kt mng, kt qu bin i c th bao gm mt lin kt thm khng c trong cu trc lin kt cha m, hoc cng c th l ging nh nhau. Ngoi ra, bin c c th loi b, hoc di chuyn, mt lin kt.

By gi chng ta c th m t mt cch c bn v tm kim cc b. Trc tin, hy xem xt mt trong nhng phng php tm kim cc b n gin nht, c gi l phng php leo i (hillclimbing), thc hin theo cc bc di y:

1. Bt u: to ra mt gii php c ban u (c th bng mt cch ngu nhin); gi y l gii php hin ti, c. nh gi n.

2. Bin i c to ra mt bin c m, sau nh gi m.

3. Nu f(m) l tt hn hn hoc tng ng f(c), vy th cn thay th c vi m. (V d c by gi l mt bn sao ca m).

4. Lp li bc 2, cho n khi no t ti mt tiu ch kt thc.

tng ca hillclimbing nn c trnh by r rng theo thut ton nu trn. bt k bc no, chng ta c mt gii php hin ti, v khi chng ta nhn vo mt n cn ca gii php ny c vi im khc nhau. Nu gii php ln cn l mt b lc (fitter) (hoc tng ng), vy th c v nh l y mt tng tt chuyn sang ln cn ; do , cn bt u li vi ln cn ging nh l vi mt gii php hin ti mi. tng cn bn ng sau iu ny, v ng sau phng php tm kim cc b ni chung, l s hi t ca cc gii php tt. Bn c th khng thc s mong i mt cu trc lin kt ng tin cy xut hin, v d, thm mt lin kt n vo mt cu trc lin kt khng ng tin cy. Tuy nhin, bn c th mong i rng mt s thay i nh vy c th bin mt cu trc lin kt ng tin cy thnh mt cu trc lin kt ng tin cy hn.

Trong tm kim cc b, chng ta khai thc tng ny bng cch lin tc tm kim trong vng ln cn ca gii php hin ti. Sau chng ta s chuyn n mt gii php ph hp, v ti thc thi qu trnh ny. S nguy him y l chng ta c th gp kh khn trong vi ci gi l ti u cc b, tc l gii php hin ti l khng tt cho mc ch ca chng ta, nhng tt c cc phng n ln cn ca n thm ch cn ti hn. y l im khng tt i vi thut ton leo i (hillclimbing), v n gin l n s b mc kt . Cc phng php tm kim cc b khc ngoi hillclimbing, c cch gii quyt chnh xc tnh hung ny.

Cc phng php tm kim cc b khc c phn bit chng vi hillclimbing, tuy nhin, c mt s cch gii quyt tnh trng ny mt cch chnh xc. Chng ta s xem xt li 2 phng php y, y l nhng phng php c s dng ph bin v c s dng phn sau trong cun sch ny. Di y l m phng luyn kim (simulated annealing) v tm kim tabu (tabu search).

Simulated annealing

Simulated anneling ging vi hillclimbing. S khc bit duy nht l vic thm vo ca 1 cp tham s, mt bc ph m mt s cun sch thc hin vi nhng tham s ny, v y l im chnh, bc 3 c thay i s dng cc tham s ny:

1. Bt u: To v nh gi gii php ng c ban u (mt cch ngu nhin); gi y l gii php hin ti c. Khi to tham s nhit T v lm mt r (0