JP2003196635A - Problem solution operation device and method - Google Patents

Problem solution operation device and method

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JP2003196635A
JP2003196635A JP2002313346A JP2002313346A JP2003196635A JP 2003196635 A JP2003196635 A JP 2003196635A JP 2002313346 A JP2002313346 A JP 2002313346A JP 2002313346 A JP2002313346 A JP 2002313346A JP 2003196635 A JP2003196635 A JP 2003196635A
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JP
Japan
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chromosome
copy
parent
parent chromosome
solution
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Application number
JP2002313346A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroyasu Ito
伊藤  裕康
Akio Shinagawa
明雄 品川
Toshihiro Nishimura
利浩 西村
Hiroyuki Okada
浩之 岡田
Toue Adachi
統衞 安達
Hajime Oi
肇 大井
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reach a solution wherein a generation value has a large fitness value in a small step even to a large-scale complex problem by using a genetic algorithm. <P>SOLUTION: Assuming that a part between two crossover points of a parent chromosome is gc, genes of the parent chromosome are rearranged so that the gc parts of two parent chromosomes are constituted from the genes having the same value, and, while preserving the order of genes other than the gc part of the parent chromosome, the gc parts are crossed over, to thereby generate a child chromosome. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えばトラベリングセ
ールスマン問題などのような組み合わせ最適化問題の解
決方式に係り、最適解の探索を行う問題解決演算装置お
よびその方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solution method of a combinatorial optimization problem such as a traveling salesman problem, and more particularly to a problem solving arithmetic unit and method for searching for an optimum solution.

【0002】[0002]

【従来の技術】本発明が対象とする問題解決演算装置
は、いわゆる数理計画問題の解を求める装置である。対
象とする数理計画問題としてはトラヒック制御、特に通
信ネットワークにおけるパケットなどの最適伝送経路、
または電力ネットワークの配電経路の制御、交通システ
ムにおける物流配送経路の決定、列車ダイヤ、バスダイ
ヤ、及びフライトスケジュールなどのスケジュール問
題、並列処理プロセッサの間の負荷分散方式、及びプロ
セッサ間の結合網のルーティング制御などがある。
2. Description of the Related Art A problem solving arithmetic unit targeted by the present invention is a device for obtaining a solution to a so-called mathematical programming problem. The target mathematical programming problem is traffic control, especially the optimal transmission path of packets in communication networks,
Or control of distribution route of power network, determination of distribution route in transportation system, schedule problem such as train schedule, bus schedule, flight schedule, load balancing method between parallel processors, and routing of connection network between processors There are controls, etc.

【0003】これらの数理計画問題の中で、「N個の都
市を重複を許さずに最短距離で回れ」と言うトラベリン
グセールスマン問題に対しては、全ての組み合わせを探
索して最適解を求める手法を適用すると都市数Nの増加
と共に計算時間が指数関数的に増加する。このような問
題はいわゆるNP困難(ノン・デターミニスティック・
ポリノミアル・ハード)と言われ、いわゆる多項式以内
の時間では、最適解を求めるアルゴリズムが存在しない
ことがすでに判明している。
Among these mathematical programming problems, for the traveling salesman problem of "turning N cities in the shortest distance without allowing duplication", all combinations are searched for optimum solutions. When the method is applied, the calculation time increases exponentially as the number of cities N increases. Such problems are so-called NP-hard (non-deterministic
It is already known that there is no algorithm that finds the optimal solution within the so-called polynomial time.

【0004】このような数理計画問題の最適解を求める
従来の最適化手法を、厳密性、すなわち得られる解の最
適性の観点から見ると厳密な最適解を求める方法とし
ての厳密解法と、近似最高解を高速に求める方法とし
ての近似解法とに大別される。
From the viewpoint of strictness, that is, the optimality of the obtained solution, the conventional optimization method for obtaining the optimum solution of such a mathematical programming problem is an exact solution method as a method for obtaining an exact solution, and an approximation. It is roughly classified into an approximate solution method for obtaining the highest solution at high speed.

【0005】また解の探索方法と言う観点から見ると、
最適化手法は厳密な列挙、あるいは等化的な列挙によ
って厳密な最適解を求める列挙共通手法、最適解、あ
るいは近似解を生成するためのルールを用いて、ただ1
つの解にヒューリスティックにしぼり込む手法としての
発見的手法、及びとの中間的方法であって、解空
間の部分領域を探索することによって近似最適解を求め
る手法としての探索的手法との3つに分類される。
From the viewpoint of a solution search method,
The optimization method uses an exact enumeration or an enumeration common method for obtaining an exact optimal solution by an equalization enumeration, a rule for generating an optimal solution, or an approximate solution.
Heuristics as a method of heuristically narrowing down one solution, and an intermediate method between and, which is an exploratory method as a method for finding an approximate optimal solution by searching a partial region of the solution space. being classified.

【0006】このような最適化手法の1つとしての遺伝
的アルゴリズム(GA)は、前述のととに分類され
る方法であって、ランダムな遺伝子を持つ複数の個体か
らなる初期集団を生成した後に、生殖(リプロダクショ
ン)、交叉(クロスオーバ)、及び突然変異(ミューテ
ーション)と言う3種類の遺伝子操作を用いて、最適解
の探索を探索終了条件が満たされるまで繰り返すことを
基本とする。
A genetic algorithm (GA) as one of such optimization methods is a method classified into the above-mentioned and, and generates an initial population consisting of a plurality of individuals having random genes. After that, basically, the search for the optimal solution is repeated until the search end condition is satisfied, using three types of genetic manipulations such as reproduction (reproduction), crossover (crossover), and mutation (mutation). .

【0007】ここで生殖とは、前世代の個体のうちのい
くつかをランダムに選択して現世代の個体を決定する処
理であり、その結果の個体に対して次の交叉の処理が行
われる。交叉は個体の一部を交換する、すなわち2つの
個体の遺伝子型を部分的に相互に入れ替えることによっ
て子孫としての新しい個体を生成する処理であり、また
突然変異は子孫となる各個体の遺伝子の一部を対立遺伝
子に交換、あるいは変異させる処理であり、従来の遺伝
的アルゴリズムでは最適解探索の終了条件が満たされる
まで、これらの3つの遺伝子操作が繰り返し行われてい
た。
Here, reproduction is a process of randomly selecting some of the individuals of the previous generation to determine the individuals of the current generation, and the resulting individuals are subjected to the next crossover process. . Crossover is the process of exchanging a part of an individual, that is, by partially exchanging the genotypes of two individuals with each other to produce a new individual as a progeny, and mutation is a process of gene generation in each progeny. This is a process of exchanging or mutating a part of alleles, and in the conventional genetic algorithm, these three gene manipulations were repeatedly performed until the termination condition of the optimum solution search was satisfied.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】このような数理計画問
題に対して、遺伝的アルゴリズムを適用して最適解を探
索するために、世代交代を繰り返し、ジェネレーション
の値が大きくなると、ジェネレーションの値の増加に対
する解の評価値としてのフィットネス値の増加の割合が
減少する、すなわちフィットネス値の伸び率が鈍化する
と言う問題点があった。
For such a mathematical programming problem, in order to apply a genetic algorithm to search for an optimal solution, generation alternation is repeated, and when the generation value becomes large, the generation value becomes large. There is a problem that the rate of increase of the fitness value as the evaluation value of the solution to the increase decreases, that is, the growth rate of the fitness value slows down.

【0009】解を探索すべき問題の規模が大きく、また
複雑な場合には、この問題点は特に重要であり、現実的
な時間内に実用的なフィットネス値を満足する解を探索
することが難しいと言う問題点があった。
This problem is particularly important when the problem for which a solution is to be searched is large and complicated, and it is possible to search for a solution that satisfies a practical fitness value within a realistic time. There was a problem that it was difficult.

【0010】本発明は、GAアルゴリズムを用いて、大
規模で複雑な問題に対しても、ジェネレーション値が小
さな段階で良好な評価値、あるいは、大きなフィットネ
ス値を持つ解に到達することを可能にすることを目的と
する。
The present invention, using the GA algorithm, makes it possible to reach a solution having a good evaluation value or a large fitness value at a small generation value stage even for a large-scale complex problem. The purpose is to do.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理ブロ
ック図である。同図は、数理計画問題などの解決を目的
として、その問題に対する解の探索空間を探索して最適
解を求めるために、状態遷移の概念を導入した問題解決
演算装置の原理構成ブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing the principle of the present invention. FIG. 1 is a block diagram showing the principle configuration of a problem-solving arithmetic unit in which the concept of state transition is introduced in order to search a search space of a solution for a mathematical programming problem or the like to find an optimal solution for the purpose of solving the problem. .

【0012】図1において、最適解探索手段1は一般に
複数個設けられ、それぞれ1つ以上の最適解探索手法の
組み合わせを用いた状態で最適解を探索するものであ
る。ここで最適解探索手法は、例えば遺伝的アルゴリズ
ムにおいては前述の生殖、交叉、及び突然変異などの手
法であり、また遺伝的アルゴリズム以外の探索手法も含
むものである。
In FIG. 1, a plurality of optimum solution searching means 1 are generally provided, and an optimum solution is searched for in a state in which a combination of one or more optimum solution searching methods is used. Here, the optimum solution search method is, for example, the above-mentioned reproduction, crossover, and mutation methods in a genetic algorithm, and also includes a search method other than the genetic algorithm.

【0013】探索過程観測及び状態遷移手段2は、最適
解探索手段1の1つによる最適解の探索過程を観測し、
その探索の過程において予め定められた条件が満たされ
た時、複数の最適解探索手段1のうちの他の1つによる
探索に状態を遷移させるものである。
The search process observation and state transition means 2 observes the search process of the optimum solution by one of the optimum solution search means 1,
When a predetermined condition is satisfied in the process of the search, the state is transited to the search by another one of the plurality of optimum solution search means 1.

【0014】また、本発明のもう1つの問題解決演算装
置は、メモリ、交叉処理手段、および最適解探索手段を
備え、問題に対する解の探索空間を探索して最適解を求
める。
Further, another problem solving arithmetic unit according to the present invention comprises a memory, a cross processing means, and an optimum solution searching means, and searches a search space of a solution for a problem to obtain an optimum solution.

【0015】メモリは、問題に対する解候補となる染色
体の集団を格納する。交叉処理手段は、第1および第2
の親染色体において2つの交叉点の間の部分をコピー部
分とし、第1の親染色体のコピーを第3の親染色体と
し、第3の親染色体のコピー部分が第2の親染色体のコ
ピー部分に含まれる遺伝子と同じ値の遺伝子から構成さ
れるように第3の親染色体の遺伝子を並べ換え、第3の
親染色体のコピー部分以外の遺伝子の順序が第1の親染
色体の対応する遺伝子の順序と同じになるようにし、第
2の親染色体のコピー部分の遺伝子を子染色体のコピー
部分にコピーし、第3の親染色体のコピー部分以外の部
分の遺伝子を子染色体のコピー部分以外の部分にコピー
することにより、メモリ上で子染色体を生成する。最適
解探索手段は、生成された子染色体を解候補として用い
て最適解を探索する。
The memory stores a group of chromosomes which are solution candidates for the problem. The crossover processing means includes first and second
In the parent chromosome of, the part between the two crossover points is the copy part, the copy of the first parent chromosome is the third parent chromosome, and the copy part of the third parent chromosome is the copy part of the second parent chromosome. The genes of the third parent chromosome are rearranged so that they are composed of genes having the same value as the included gene, and the order of the genes other than the copy part of the third parent chromosome is the order of the corresponding genes of the first parent chromosome. Make it the same, copy the gene of the copy part of the second parent chromosome to the copy part of the child chromosome, and copy the gene of the part other than the copy part of the third parent chromosome to the part other than the copy part of the child chromosome. By doing so, a child chromosome is generated on the memory. The optimum solution searching means searches for an optimum solution using the generated child chromosome as a solution candidate.

【0016】[0016]

【作用】本発明においては、1つ以上の最適解探索手法
の組み合わせを用いた状態で最適解の探索が行われる。
この最適解探索手法としては、前述のように遺伝的アル
ゴリズムにおけるいくつかの手法、及び遺伝的アルゴリ
ズム以外の最適化手法を組み合わせたものが用いられ、
また複数の最適解探索手段において同一の手法が用いら
れる場合には、例えば探索のパラメータとして別の値が
用いられることもある。
In the present invention, the search for the optimum solution is performed in a state where a combination of one or more optimum solution search methods is used.
As this optimal solution search method, a combination of several methods in the genetic algorithm as described above and optimization methods other than the genetic algorithm is used.
When the same method is used in a plurality of optimum solution search means, different values may be used as search parameters, for example.

【0017】1つの最適解探索手段1によってある最適
解探索手法の組み合わせ状態で最適解探索が行われてい
る場合、その探索過程が観測され、例えば解のフィット
ネス値の伸び率が規定値を下回るなどのように予め定め
られた条件が達成された時、その状態での最適解の探索
は中止され、最適解探索手法の別の組み合わせ(または
探索パラメータの変化)を用いた状態での探索が他の最
適解探索手段1によって行われる。すなわち解の探索状
態の遷移が行われることになる。
When an optimum solution search is performed by one optimum solution search means 1 in a combination state of a certain optimum solution search method, the search process is observed, and, for example, the growth rate of the fitness value of the solution is below a specified value. When a predetermined condition such as, for example, is achieved, the search for the optimal solution in that state is stopped, and the search in the state using another combination of optimal solution search methods (or a change in the search parameter) is performed. This is performed by another optimum solution searching means 1. That is, the transition of the search state of the solution is performed.

【0018】以上のように、本発明によればそれぞれ1
つ以上の最適解探索手法の組み合わせを用いた状態で最
適解を探索する複数の最適解探索手段1の間で探索の状
態遷移が行われ、ある最適解探索手段1による探索の効
果が低下した時には別の最適解探索手段1により最適解
探索が続行される。
As described above, according to the present invention, each 1
The state transition of the search is performed among the plurality of optimum solution searching means 1 that searches for the optimum solution in the state using the combination of one or more optimum solution searching methods, and the effect of the search by the certain optimum solution searching means 1 is reduced. Sometimes, another optimum solution searching means 1 continues the optimum solution search.

【0019】[0019]

【実施例】図2は本発明の問題解決演算装置の基本構成
ブロック図である。同図において演算装置は大きく探索
モジュール11と制御モジュール12とで構成され、探
索モジュール11内には複数の探索状態16−1、16
−2、16−3、・・・、16−Mの間を遷移する探索
部13が備えられ、また制御モジュール12の中には観
測部14と遷移制御部15とが備えられている。
FIG. 2 is a block diagram showing the basic arrangement of a problem solving arithmetic unit according to the present invention. In the figure, the arithmetic unit is roughly composed of a search module 11 and a control module 12, and a plurality of search states 16-1, 16 are provided in the search module 11.
-, 16-3, ..., 16-M is provided with a search unit 13, and the control module 12 is provided with an observation unit 14 and a transition control unit 15.

【0020】探索モジュール11は問題の入力に対して
最適解を出力するものであり、探索モジュール11内の
探索部13が取り得る複数の探索状態16−1、・・
・、16−Mはそれぞれ図1の最適解探索手段1に相当
し、それぞれ1つ以上の最適解探索手法を組み合わせた
状態である。この最適解探索手法には遺伝的アルゴリズ
ムの手法以外の探索手法も含まれる。
The search module 11 outputs an optimum solution to the input of the problem, and a plurality of search states 16-1, which the search unit 13 in the search module 11 can take ,.
.., 16-M correspond to the optimum solution searching means 1 in FIG. 1, and are a state in which one or more optimum solution searching methods are combined. This optimal solution search method includes search methods other than the genetic algorithm method.

【0021】制御モジュール12は探索モジュール11
の最適解探索過程を観測し、その観測結果に基づいて探
索モジュール11内の探索部13に最適解探索状態の遷
移を行わせる。観測部14は探索された解の評価値(あ
るいはフィットネス値)の上昇率、すなわちジェネレー
ション値の変化に対するフィットネス値の変化率を観測
する機能、1つの世代における個体の集団内のフィット
ネス値の分散などを観測する機能、探索の実行回数を観
測する機能、遺伝的アルゴリズムにおけるその他の評価
基準を観測する機能などを含んでいる。ある1つの状態
における探索部13による探索の効果が低下したと判定
された時には、別の状態における探索部13による探索
への変更、すなわち探索状態の遷移が行われる。
The control module 12 is the search module 11
The optimal solution search process is observed, and the search unit 13 in the search module 11 is caused to transit to the optimal solution search state based on the observation result. The observation unit 14 has a function of observing the rate of increase of the evaluation value (or fitness value) of the searched solution, that is, the rate of change of the fitness value with respect to the change of the generation value, the variance of the fitness value within the population of individuals in one generation, etc. It includes the function of observing, the function of observing the number of search executions, and the function of observing other evaluation criteria in the genetic algorithm. When it is determined that the effect of the search by the search unit 13 in one state has decreased, the search unit 13 changes to the search in another state, that is, the search state transitions.

【0022】図2における各ブロックの動作を更に説明
すると、探索モジュール11は遺伝的アルゴリズムを用
いた処理中に世代毎の集団の状況、例えばフィットネス
値の最大値、及び分散などを出力し、制御モジュール1
2の内部の観測部14は探索モジュール11の出力を観
測して、観測結果を状態遷移条件と比較し、その比較結
果に応じて遷移制御部15に対して状態遷移を行わせる
ための指示を出力する。その指示を受けた遷移制御部1
5は、探索部13の探索状態を切り替えることにより、
探索モジュール11による最適解の探索を続行させる。
その動作は探索の終了条件が満足されるまで繰り返し行
われる。
To further explain the operation of each block in FIG. 2, the search module 11 outputs and controls the state of the population for each generation, such as the maximum fitness value and the variance, during the processing using the genetic algorithm. Module 1
The observation unit 14 inside 2 observes the output of the search module 11, compares the observation result with the state transition condition, and instructs the transition control unit 15 to perform the state transition according to the comparison result. Output. The transition control unit 1 that has received the instruction
By switching the search state of the search unit 13,
The search for the optimum solution by the search module 11 is continued.
The operation is repeated until the search termination condition is satisfied.

【0023】図3は本発明における最適解探索状態の状
態遷移の説明図である。同図においては、与えられた問
題に対する最適値を探索するための探索状態として第1
の最適値探索状態21〜第5の最適値探索状態25の5
つが設けられ、各最適値探索状態は一般に複数の最適値
探索手法の組み合わせを用いた状態で最適値の探索を行
う。
FIG. 3 is an explanatory diagram of the state transition of the optimum solution search state in the present invention. In the same figure, as the search state for searching the optimum value for a given problem,
Optimum value search state 21 to fifth optimum value search state 5 of 5
In each optimum value search state, the optimum value is generally searched in a state in which a combination of a plurality of optimum value search methods is used.

【0024】それぞれの最適値探索状態の間では、状態
遷移のための遷移条件12、23、25、31、34、
43、51、54が探索効果の向上の可能性に対応して
設定されている。例えば、第1の最適値探索状態21か
らは、第2の最適値探索状態22に対して遷移条件12
が設定され、また第5の最適値探索状態25からは、第
1の最適値探索状態21に対する遷移条件51と、第4
の最適値探索状態24に対する遷移条件54が設定され
ている。
Between the optimum value search states, the transition conditions 12, 23, 25, 31, 34, for the state transition are set.
43, 51 and 54 are set corresponding to the possibility of improving the search effect. For example, from the first optimum value search state 21 to the second optimum value search state 22, the transition condition 12
Is set, and from the fifth optimum value search state 25, the transition condition 51 for the first optimum value search state 21
The transition condition 54 for the optimum value search state 24 of is set.

【0025】次に前述の巡回セールスマン問題を具体例
として用いて、本発明の実施例を説明する。図4、及び
図5は巡回セールスマン問題における都市の配置の例で
ある。図5は図4にその配置を示した各都市のX座標と
Y座標を示したものである。ここで示した100個の都
市を重複を許さずに最短距離で巡回する解を求める問題
が巡回セールスマン問題である。
Next, an embodiment of the present invention will be described using the traveling salesman problem described above as a specific example. 4 and 5 are examples of city arrangement in the traveling salesman problem. FIG. 5 shows the X and Y coordinates of each city whose arrangement is shown in FIG. The traveling salesman problem is the problem of finding a solution that allows the 100 cities shown here to travel the shortest distance without allowing duplication.

【0026】遺伝的アルゴリズムを用いた巡回セールス
マン問題の解法では、まず解の候補となる巡回経路を染
色体としてコーディングを行う。本実施例では、都市名
を遺伝子としてセールスマンが巡回する順番に都市名を
並べたものを染色体とするコーディング法を採用した。
図6は解の候補のコーティング結果の例である。同図に
おいて、1番目に巡る都市名から100番目に巡る都市
名までが、各都市の番号を用いてコーディングされ、1
つの解の候補が染色体として表現されている。このよう
な巡回経路に対応する距離の総和が解のコストに対応
し、そのコストの最小化をはかるのが巡回セールスマン
問題である。
In the method of solving the traveling salesman problem using a genetic algorithm, first, a traveling route that is a solution candidate is coded as a chromosome. In the present embodiment, a coding method is adopted in which a chromosome is formed by arranging city names in the order in which a salesman makes a tour using genes as city names.
FIG. 6 is an example of the coating results of solution candidates. In the figure, the first to 100th city names are coded using the numbers of each city, and 1
One solution candidate is represented as a chromosome. The total of the distances corresponding to such a traveling route corresponds to the cost of the solution, and the traveling salesman problem is to minimize the cost.

【0027】巡回セールスマン問題における解xの評価
関数であるフィットネス関数f(x)は、例えば次式で
表される。
The fitness function f (x), which is the evaluation function of the solution x in the traveling salesman problem, is expressed by the following equation, for example.

【0028】[0028]

【数1】 [Equation 1]

【0029】ここで、di(x)は解xにおけるi−1
番目の都市とi番目の都市の間の距離であり、nは都市
の数(図4ではn=100)である。ただし、d
1(x)は出発点から1番目の都市までの距離であり、
n(x)はn−1番目(最後から2番目)の都市とn
番目の都市(最後の都市であると同時に出発点でもあ
る)の間の距離であるものとする。バイアスKは図4の
隣接する都市を結んで得られる円の直径(都市間の距離
の最大値)と都市の数nとの積である。
Where d i (x) is i−1 at solution x
It is the distance between the th city and the i th city, and n is the number of cities (n = 100 in FIG. 4). However, d
1 (x) is the distance from the starting point to the first city,
d n (x) is the n-1th (second from the last) city and n
It shall be the distance between the second city (which is the last city and the starting point at the same time). Bias K is the product of the diameter of the circle (maximum distance between cities) obtained by connecting adjacent cities in FIG. 4 and the number n of cities.

【0030】(1)式の右辺の 外1 がこの問題にお
ける解xのコストを表しており、コ
The outside 1 on the right side of the equation (1) represents the cost of the solution x in this problem.

【0031】[0031]

【外1】 [Outer 1]

【0032】ストが小さいほどフィットネス関数f
(x)の値が大きくなることがわかる。図7は実施例と
しての巡回セールスマン問題に対する状態遷移の説明図
である。同図に示されるように、本実施例での最適解探
索過程は状態0〜状態3の4つの状態の間で、遷移条件
01、12、23、31に従って状態遷移を行うことに
よって実行される。
The smaller the strike, the fitness function f
It can be seen that the value of (x) becomes large. FIG. 7 is an explanatory diagram of state transitions for the traveling salesman problem as an example. As shown in the figure, the optimum solution search process in this embodiment is executed by performing state transition among four states of state 0 to state 3 according to transition conditions 01, 12, 23, 31. .

【0033】図8は図7における各状態での遺伝的アル
ゴリズムのオペレーションの組み合わせの例である。同
図において状態0では前世代からの優秀個体のひきつ
ぎ、生殖(リプロダクション,R)、及び交叉(クロス
オーバ,C)の3つのオペレーションの組み合わせによ
って最適解の探索処理が行われる。最初の世代の場合、
優秀個体は前世代の代わりに初期の個体の集団(ポピュ
レーション)から取り出される。この状態0は初期処理
を行う状態である。
FIG. 8 is an example of a combination of operations of the genetic algorithm in each state in FIG. In the same figure, in state 0, a search for an optimum solution is performed by a combination of three operations of the excellent individuals from the previous generation: splicing, reproduction (reproduction, R), and crossover (crossover, C). For the first generation,
Outstanding individuals are taken from the population of early individuals instead of the previous generation. This state 0 is a state in which initial processing is performed.

【0034】状態1では状態0における3つのオペレー
ションに加えて突然変異(ミューテーション,M)のオ
ペレーションが組み合わされて、最適解の探索処理が行
われる。本実施例では後述するように状態0と状態1で
の同一のオペレーション、例えば前世代からの優秀個体
のひきつぎのオペレーションにおけるパラメータ、すな
わち次の世代にひきつぐ優秀個体の割合を一定として処
理を行ったが、このパラメータを状態0と状態1とで変
化させることも当然可能である。なおこの状態1は、通
常の遺伝的アルゴリズムの処理を行う状態である。
In the state 1, the operation of mutation (mutation, M) is combined with the three operations in the state 0, and the search process for the optimum solution is performed. In the present embodiment, as will be described later, processing is performed with the same operation in state 0 and state 1, for example, a parameter in the next operation of excellent individuals from the previous generation, that is, the ratio of excellent individuals attracted to the next generation is constant. However, it is naturally possible to change this parameter between state 0 and state 1. It should be noted that this state 1 is a state in which normal genetic algorithm processing is performed.

【0035】状態2では、状態1での4つのオペレーシ
ョンに加えて更に近傍探索が行われ、この近傍探索が重
点的に行われる状態である。この近傍探索は、1つの世
代の集団の中でフィットネス値の大きい方からいくつか
の個体を選び、各個体に対して突然変異と同様の処理を
集中的に繰り返し行うものである。近傍探索において
は、フィットネス値が改善される場合のみ染色体のパタ
ーンの実際の変更を行う。この近傍探索における主なパ
ラメータの値としては、近傍探索繰り返し回数として1
世代の個体当たりの回数が1以上であり、近傍探索の範
囲、すなわち近傍探索を施す個体数の集団内の全個体数
に対する比率は0.0以上、1.0以下である。
In the state 2, in addition to the four operations in the state 1, a neighborhood search is further performed, and this neighborhood search is intensively performed. In this neighborhood search, some individuals are selected from the one having a larger fitness value in the population of one generation, and the same process as the mutation is intensively repeated for each individual. In the neighborhood search, the actual change of the chromosome pattern is performed only when the fitness value is improved. The main parameter value in this neighborhood search is 1 as the number of iterations of the neighborhood search.
The number of generations per individual is 1 or more, and the range of the neighborhood search, that is, the ratio of the number of individuals to be subjected to the neighborhood search to the total number of individuals in the group is 0.0 or more and 1.0 or less.

【0036】図9に近傍探索の概念を示す。図9におい
て、染色体のパターンを変えることにより、フィットネ
ス値が増大するような解(染色体)が探索されることが
わかる。
FIG. 9 shows the concept of neighborhood search. In FIG. 9, it can be seen that a solution (chromosome) that increases the fitness value is searched for by changing the pattern of the chromosome.

【0037】状態3は前世代からの優秀個体のひきつぎ
と、新個体の受け入れの2つのオペレーションの組み合
わせによって最適解を探索する状態であり、新たな集団
を受け入れる状態である。この新個体の受け入れに対す
るパラメータとしての集団内の新個体の比率は、0.0
から1.0の間に設定される。
The state 3 is a state in which an optimal solution is searched for by a combination of two operations, that is, the operation of excelling individuals from the previous generation and the acceptance of new individuals, and is the state of accepting a new group. The ratio of new individuals in the population as a parameter for acceptance of this new individual is 0.0
It is set between 1 and 1.0.

【0038】図10に新個体の受け入れ(リクルートメ
ント)の概念を示す。図10において、新個体はランダ
ムに発生するため、その染色体のパターンは広範囲に分
散することがわかる。
FIG. 10 shows the concept of acceptance (recruitment) of a new individual. In FIG. 10, it can be seen that new individuals are randomly generated, and thus the pattern of their chromosomes is widely dispersed.

【0039】次に状態0〜3における各オペレーション
に対して共通的に設定されるパラメータについて説明す
る。まず、1世代の染色体の総数、すなわち個体の総数
であるポピュレーションのサイズは10に設定され、前
世代からの優秀個体のひきつぎの割合、すなわちジェネ
レーションオーバラップ率(ジェネレーションギャップ
率の反対の概念)としては優秀な方から40%を次の世
代にひきつぐ操作が行われた。また、突然変異、すなわ
ち1つの染色体における1組の遺伝子の値の交換、図6
ではある1組の都市名の交換は0.01、すなわち1%
の頻度で行われた。この問題に対する突然変異操作にお
いては、染色体の左端から1つずつ順に遺伝子の位置を
指していき、指されている位置の内容を1%の確率で他
の任意の位置の内容と交換していく。
Next, the parameters commonly set for each operation in the states 0 to 3 will be described. First, the total number of chromosomes in one generation, that is, the size of the population, which is the total number of individuals, is set to 10, and the proportion of successive individuals from the previous generation, that is, the generation overlap rate (the opposite concept of the generation gap rate) As a result, 40% of the people who were excellent were operated to attract the next generation. Also, mutations, ie the exchange of the values of a set of genes on one chromosome, FIG.
So one set of city name exchanges is 0.01, or 1%
Was done with a frequency of. In the mutation operation for this problem, the gene positions are pointed one by one from the left end of the chromosome, and the content of the pointed position is exchanged with the content of any other position with a probability of 1%. .

【0040】図7における各状態の間での遷移条件は次
の3つの条件の組み合わせとして設定された。第1の条
件(条件1)はポピュレーションとしての10個の染色
体における各遺伝子の標準偏差の和が規定値を下回るこ
とである。
The transition condition between the states in FIG. 7 was set as a combination of the following three conditions. The first condition (Condition 1) is that the sum of the standard deviations of the genes in the 10 chromosomes as the population is below the specified value.

【0041】図11はこの第1の条件の説明図である。
同図において、n個のスロットの各々についてm個の染
色体における各遺伝子の値(都市番号)の平均値と標準
偏差が求められる。さらに、各スロット毎の標準偏差か
ら標準偏差の和が求められ、その和が規定値を下回る場
合に第1の条件が満足されたものとする。すなわち、第
1の条件は各染色体をn次元空間における点としてとら
え、その点を表すn個の座標(都市番号)に対する標準
偏差がある規定値以下になることで、n次元空間におけ
る染色体のバラつきが小さくなることを意味する。
FIG. 11 is an explanatory diagram of this first condition.
In the same figure, for each of the n slots, the average value and standard deviation of the values (city number) of each gene in the m chromosomes are obtained. Furthermore, the sum of the standard deviations is calculated from the standard deviations for each slot, and if the sum is less than the specified value, it is assumed that the first condition is satisfied. That is, the first condition is that each chromosome is regarded as a point in the n-dimensional space, and the standard deviation with respect to the n coordinates (city number) representing the point is less than or equal to a specified value, which results in variation of the chromosome in the n-dimensional space. Means smaller.

【0042】第2の条件(条件2)は探索処理の実行回
数が予め定められた規定値を上回ることである。第3の
条件(条件3)はフィットネス値の伸び率が規定値を下
回ることである。これはフィットネス値を表す関数f
(x)に解候補としての染色体のdi(x)の値を代入
して、各ジェネレーションに対するフィットネスの値を
計算し、フィットネス値の変化率を求めることによって
判定される。
The second condition (condition 2) is that the number of times the search process is executed exceeds a predetermined value. The third condition (condition 3) is that the growth rate of the fitness value is lower than the specified value. This is the function f that represents the fitness value.
It is determined by substituting the value of d i (x) of the chromosome as a solution candidate into (x), calculating the fitness value for each generation, and obtaining the rate of change of the fitness value.

【0043】図12はこの第3の条件におけるフィット
ネス値の変化率の説明図である。図12では、各ジェネ
レーションに属する複数の個体のフィットネス値のう
ち、最も大きな値がプロットされている。同図に示すよ
うにフィットネス値の変化率は次式によって計算され
る。
FIG. 12 is an explanatory diagram of the rate of change of the fitness value under the third condition. In FIG. 12, the largest value among the fitness values of a plurality of individuals belonging to each generation is plotted. As shown in the figure, the change rate of the fitness value is calculated by the following equation.

【0044】[0044]

【数2】 [Equation 2]

【0045】引継ぎ操作を施せば、前のジェネレーショ
ンの最大のフィットネス値を持つ個体は必ず次のジェネ
レーションに引き継がれるため、各ジェネレーションに
おけるフィットネス値の最大値は前のジェネレーション
における最大値を下回ることはない。したがって、ジェ
ネレーションを経るにつれて、フィットネス値の最大値
は単調に増加する。
When the inheritance operation is performed, the individual having the maximum fitness value of the previous generation is always succeeded to the next generation, so the maximum value of the fitness value in each generation does not fall below the maximum value in the previous generation. . Therefore, the maximum fitness value monotonically increases as the generation progresses.

【0046】図7において、実施例における問題解決演
算装置は初期において状態0で最適解を探索し、遷移条
件01が満足されると状態1での探索に移行する。その
後は状態1→状態2→状態3→状態1→・・・の状態遷
移を、例えば最大実行時間に至るまで繰り返す。
In FIG. 7, the problem solving arithmetic unit in the embodiment searches for an optimum solution in the state 0 at the beginning, and shifts to the search in the state 1 when the transition condition 01 is satisfied. After that, the state transition of state 1 → state 2 → state 3 → state 1 → ... is repeated until, for example, the maximum execution time is reached.

【0047】本実施例では遷移条件01,12及び23
はすべて同一とし、 第1の条件∪(第2の条件∩第3の条件) …(3) が成立するときに状態遷移を行うものとした。
In this embodiment, transition conditions 01, 12 and 23
Are all the same, and the state transition is performed when the first condition ∪ (the second condition ∩ the third condition) (3) is satisfied.

【0048】すなわち本実施例では、第2の条件と第3
の条件が同時に成立するか、あるいは第1の条件のみが
成立する時に状態0から状態1、状態1から状態2、及
び状態2から状態3への状態遷移が行われる。また状態
3から状態1への遷移条件31は第1の条件に一致する
ものとした。ここでは、各遷移条件の論理構造が同じと
いう意味であり、しきい値のようなパラメータの値はそ
れぞれ異なったものを用いることもできる。
That is, in this embodiment, the second condition and the third condition are
When the above conditions are satisfied at the same time, or only the first condition is satisfied, the state transition from the state 0 to the state 1, the state 1 to the state 2, and the state 2 to the state 3 is performed. Moreover, the transition condition 31 from the state 3 to the state 1 is assumed to match the first condition. Here, the logical structure of each transition condition is the same, and different values of parameters such as threshold values can be used.

【0049】図13は以上の説明に対応して図2に示し
た問題解決演算装置の基本構成を更に詳細に示したもの
である。同図において、図2の制御モジュール12と探
索モジュール11はセル30に含まれ、セル30は入力
信号を受け取る入力部31、解を出力する出力部32、
入力データ及び探索過程における解候補などを格納する
メモリ33、解のフィットネス値を計算するフィットネ
ス値計算処理部34、遺伝的アルゴリズムにおける複
製、交叉のオペレーションなどを実行する複製/交叉処
理部35、突然変異のオペレーションを実行する突然変
異処理部36及び前述の近傍探索を行う近傍探索処理部
37から構成されている。
FIG. 13 shows the basic structure of the problem solving arithmetic unit shown in FIG. 2 in more detail in response to the above description. 2, the control module 12 and the search module 11 of FIG. 2 are included in a cell 30, which has an input unit 31 for receiving an input signal, an output unit 32 for outputting a solution,
A memory 33 for storing input data and a solution candidate in the search process, a fitness value calculation processing unit 34 for calculating a fitness value of a solution, a duplication / crossover processing unit 35 for performing duplication and crossover operations in a genetic algorithm, suddenly It is composed of a mutation processing unit 36 that executes a mutation operation and a neighborhood search processing unit 37 that performs the neighborhood search described above.

【0050】フィットネス値計算処理部34、複製/交
叉処理部35、突然変異処理部36、および近傍探索処
理部37による処理を組み合わせることにより、セル3
0は図2に示すM個の探索状態16−1〜16−Mのう
ちいずれの状態にも設定され得る。
By combining the processing by the fitness value calculation processing unit 34, the duplication / crossover processing unit 35, the mutation processing unit 36, and the neighborhood search processing unit 37, the cell 3
0 can be set to any of the M search states 16-1 to 16-M shown in FIG.

【0051】図2の観測部14に対応する評価観測処理
部38は標準偏差の和の規定値であるダイバーシティ・
メジャ、ジェネレーションギャップ率であるジェネレー
ションギャップ・メジャ、フィットネス値の伸び率の規
定値であるグロースレート・メジャ、及び実行回数の最
大限度値としてのターミネーション・メジャに基づい
て、遷移制御部15に対応するGAオペレーション遷移
制御処理部39に対する必要な指示を行う。GAオペレ
ーション遷移制御処理部39は複製/交叉処理部35、
突然変異処理部36、および近傍探索処理部37に対す
る制御信号を出力する。
The evaluation observation processing unit 38 corresponding to the observation unit 14 in FIG.
The transition control unit 15 is supported based on the measure, the generation gap measure that is the generation gap ratio, the growth rate measure that is the prescribed value of the growth rate of the fitness value, and the termination measure that is the maximum limit value of the number of executions. It gives necessary instructions to the GA operation transition control processing unit 39. The GA operation transition control processing unit 39 is a duplication / crossover processing unit 35,
It outputs control signals to the mutation processing unit 36 and the neighborhood search processing unit 37.

【0052】例えばジェネレーションギャップ・メジャ
により定義されるジェネレーションギャップ率は、前世
代からの優秀個体の引継ぎのオペレーションを行う際の
パラメータである。これは、1つのポピュレーションに
含まれる個体の数に対する引き継がれる個体の数の比率
を表し、このパラメータに従ってGAアルゴリズムとし
ての引継ぎのオペレーションが実行される。
For example, the generation gap rate defined by the generation gap measure is a parameter when performing the operation of handing over excellent individuals from the previous generation. This represents the ratio of the number of individuals to be inherited to the number of individuals included in one population, and the operation of inheritance as the GA algorithm is executed according to this parameter.

【0053】図13に示すようなセルを複数個設けて、
それぞれが独立して最適解を探索するような並列処理を
行わせれば、探索効率はさらに向上する。図14は、山
登り法を適用することのできる複数のセルを並列に接続
した本発明の問題解決演算装置の構成図である。図14
において、セル41−1〜41−Nはそれぞれマイグレ
ーション値分配処理部56および並列処理制御部57に
接続され、並列に処理を行う。並列処理により解の成長
の速度はさらに向上する。
By providing a plurality of cells as shown in FIG. 13,
If parallel processing is performed such that each independently searches for an optimum solution, the search efficiency is further improved. FIG. 14 is a configuration diagram of a problem solving calculation device of the present invention in which a plurality of cells to which the hill climbing method can be applied are connected in parallel. 14
In, the cells 41-1 to 41-N are connected to the migration value distribution processing unit 56 and the parallel processing control unit 57, respectively, and perform processing in parallel. Parallel processing further increases the speed of solution growth.

【0054】各セルは条件1処理部52、条件2処理部
53、条件3処理部54、GAオペレーション遷移制御
処理部55、入力部42、メモリ43、出力部44、フ
ィットネス値計算処理部45、複製/交叉処理部46、
突然変異処理部47、近傍探索処理部48、反転処理部
49、リクルートメント処理部50、山登り処理部51
を備える。このうち、入力部42、メモリ43、出力部
44、フィットネス値計算処理部45、複製/交叉処理
部46、突然変異処理部47、近傍探索処理部48の機
能は、それぞれ図13の入力部31、メモリ33、出力
部32、フィットネス値計算処理部34、複製/交叉処
理部35、突然変異処理部36、近傍探索処理部37と
基本的に同じである。
Each cell includes a condition 1 processing unit 52, a condition 2 processing unit 53, a condition 3 processing unit 54, a GA operation transition control processing unit 55, an input unit 42, a memory 43, an output unit 44, a fitness value calculation processing unit 45. Duplication / crossover processing unit 46,
Mutation processing unit 47, neighborhood search processing unit 48, inversion processing unit 49, recruitment processing unit 50, hill climbing processing unit 51.
Equipped with. Of these, the functions of the input unit 42, the memory 43, the output unit 44, the fitness value calculation processing unit 45, the duplication / crossover processing unit 46, the mutation processing unit 47, and the neighborhood search processing unit 48 are respectively the input unit 31 of FIG. , Memory 33, output unit 32, fitness value calculation processing unit 34, duplication / crossover processing unit 35, mutation processing unit 36, and neighborhood search processing unit 37.

【0055】図14の反転処理部49は、染色体の遺伝
子の一部の順序を反転させるオペレーションを行い、リ
クルートメント処理部50は新個体の受入れのオペレー
ションを行う。また、山登り処理部51は近傍探索と類
似する山登り法による探索を行う。フィットネス値計算
処理部45は、標準偏差の和、各ジェネレーションにお
ける処理実行回数、フィットネス値の伸び率を算出し
て、それぞれ条件1処理部52、条件2処理部53、条
件3処理部54に送る。
The inversion processing unit 49 of FIG. 14 performs an operation of inverting the order of a part of the genes of the chromosome, and the recruitment processing unit 50 performs an operation of accepting a new individual. Further, the mountain climbing processing unit 51 performs a search by a mountain climbing method similar to the neighborhood search. The fitness value calculation processing unit 45 calculates the sum of standard deviations, the number of processing executions in each generation, and the growth rate of the fitness value, and sends them to the condition 1 processing unit 52, the condition 2 processing unit 53, and the condition 3 processing unit 54, respectively. .

【0056】条件1処理部52、条件2処理部53、条
件3処理部54は、これらの値をそれぞれの規定値と比
較して、条件1、条件2、条件3が成立するか否かをG
Aオペレーション遷移制御処理部55に伝える。GAオ
ペレーション遷移制御処理部55は、図7の遷移条件0
1、12、23、31が成立するか否かを判定し、その
結果設定される遷移フラグsに応じてフィットネス値計
算処理部45、複製/交叉処理部46、突然変異処理部
47、近傍探索処理部48、反転処理部49、リクルー
トメント処理部50、山登り処理部51を制御する。
The condition 1 processing unit 52, the condition 2 processing unit 53, and the condition 3 processing unit 54 compare these values with their respective prescribed values to determine whether Condition 1, Condition 2, and Condition 3 are satisfied. G
A operation transition control processing unit 55 is notified. The GA operation transition control processing unit 55 uses the transition condition 0 of FIG.
It is determined whether or not 1, 12, 23, and 31 are established, and the fitness value calculation processing unit 45, the duplication / crossover processing unit 46, the mutation processing unit 47, and the neighborhood search are performed according to the transition flag s set as a result. The processing unit 48, the inversion processing unit 49, the recruitment processing unit 50, and the hill climbing processing unit 51 are controlled.

【0057】マイグレーション値分配処理部56は、各
セルのメモリ43から最もフィットネス値の大きな染色
体のパターンを収集し、収集した染色体の中でさらに最
も良いフィットネス値を持つものを各セルに分配する。
The migration value distribution processing unit 56 collects the pattern of the chromosome having the highest fitness value from the memory 43 of each cell, and distributes the collected chromosome having the best fitness value to each cell.

【0058】並列処理制御部57は各セルの処理の開始
と停止の同期を取り、それらに並列処理を行わせる。ま
た、並列処理制御部57は並列処理の制御を行うと同時
に、マイグレーション値分配処理部56をも制御する。
The parallel processing control unit 57 synchronizes the start and stop of the processing of each cell and causes them to perform the parallel processing. In addition, the parallel processing control unit 57 controls the parallel processing and also controls the migration value distribution processing unit 56.

【0059】図15および16は、図14の問題解決演
算装置の各セルによる最適解の探索処理のフローチャー
トである。図15において処理が開始されると、まず各
セルにおいて初期化の操作が行われる(ステップS
1)。この操作により、各セルの入力部42から問題お
よびパラメータが読み込まれ、メモリ43上で初期のポ
ピュレーションの発生が行われる。また、読み込まれた
問題に応じてフィットネス関数のバイアスKの値が決定
される。
FIGS. 15 and 16 are flowcharts of the search process for the optimum solution by each cell of the problem solving arithmetic unit of FIG. When the process is started in FIG. 15, first, an initialization operation is performed in each cell (step S
1). By this operation, the problem and the parameter are read from the input section 42 of each cell, and the initial population is generated on the memory 43. Further, the value of the bias K of the fitness function is determined according to the read question.

【0060】次に、GAオペレーション遷移制御処理部
55は遷移フラグsを0とおき、状態0での探索処理を
行うための制御信号を発生する。これにより、複製/交
叉処理部46による引継ぎ、リプロダクション、交叉の
各処理と、山登り処理部51による探索処理が続けて行
われる(ステップS2)。
Next, the GA operation transition control processing unit 55 sets the transition flag s to 0 and generates a control signal for performing the search processing in the state 0. As a result, the replication / crossover processing unit 46 continuously performs the takeover, reproduction, and crossover processes, and the hill-climbing processing unit 51 continuously performs the search process (step S2).

【0061】そして、(3)式が表す状態1への遷移条
件が成立すると、GAオペレーション遷移制御処理部5
5は遷移フラグsを1とおき、状態1での探索処理を行
うための制御信号を発生する(ステップS3)。
When the transition condition to the state 1 represented by the equation (3) is satisfied, the GA operation transition control processing unit 5
5 sets the transition flag s to 1 and generates a control signal for performing the search process in the state 1 (step S3).

【0062】図16に示すように、状態1においては、
複製/交叉処理部46による引継ぎ、リプロダクショ
ン、交叉の各処理と、突然変異処理部47による突然変
異処理と、反転処理部49による反転処理と、山登り処
理部51による探索処理が続けて行われる(ステップS
4)。
As shown in FIG. 16, in the state 1,
Succession, reproduction, and crossover processing by the replication / crossover processing unit 46, mutation processing by the mutation processing unit 47, inversion processing by the inversion processing unit 49, and search processing by the hill climbing processing unit 51 are successively performed. (Step S
4).

【0063】以後、GAオペレーション遷移制御処理部
55は、次の状態への遷移条件が成立するまで同じ状態
での探索処理を繰り返し(ステップS5、NO)、次の
状態への遷移条件が成立すると(ステップS5、YE
S)、終了条件が成立するか否かを判定する(ステップ
S6)。
After that, the GA operation transition control processing unit 55 repeats the search processing in the same state until the transition condition to the next state is satisfied (step S5, NO), and when the transition condition to the next state is satisfied. (Step S5, YE
S), it is determined whether or not the end condition is satisfied (step S6).

【0064】次の状態への遷移条件とは、状態1から状
態2、および状態2から状態3へ遷移する場合は(3)
式により表され、状態3から状態1への場合は条件1に
相当する。また、終了条件とは、例えば探索処理の最大
実行回数に達することである。終了条件が成立しなけれ
ば(ステップS6、NO)、GAオペレーション遷移制
御処理部55は遷移フラグsを次の状態に合わせて更新
し(ステップS7)、遷移フラグsの値により選択され
る状態での探索処理を行うための制御信号を発生する
(ステップS3)。ステップS7では、遷移フラグsは
1、2、3の順に更新される。
The transition condition to the next state is (3) when the state 1 transits to the state 2 and the state 2 transits to the state 3.
It is expressed by an equation, and the case of state 3 to state 1 corresponds to condition 1. In addition, the termination condition is that the maximum number of executions of the search process is reached, for example. If the end condition is not satisfied (step S6, NO), the GA operation transition control processing unit 55 updates the transition flag s according to the next state (step S7), and in the state selected by the value of the transition flag s. A control signal for performing the search process of is generated (step S3). In step S7, the transition flag s is updated in the order of 1, 2, 3.

【0065】s=2のときは状態2に遷移し、複製/交
叉処理部46による引継ぎ、リプロダクション、交叉の
各処理と、突然変異処理部47による突然変異処理と、
反転処理部49による反転処理と、近傍探索処理部48
による近傍探索処理と、山登り処理部51による探索処
理が続けて行われる(ステップS4)。また、s=3の
ときは状態3に遷移し、複製/交叉処理部46による引
継ぎ処理と、リクルートメント処理部50による新個体
の受入れ処理が続けて行われる(ステップS4)。
When s = 2, the state transits to the state 2, and the copy / crossover processing unit 46 takes over, reproduces and crosses over, and the mutation processing unit 47 performs mutation processing.
Inversion processing by the inversion processing unit 49 and neighborhood search processing unit 48
The neighborhood search processing by and the search processing by the hill-climbing processing unit 51 are continuously performed (step S4). Further, when s = 3, the state transits to the state 3, and the copy / crossover processing unit 46 continues the takeover process and the recruitment processing unit 50 accepts the new individual (step S4).

【0066】終了条件が成立すると(ステップS6、Y
ES)、GAオペレーション遷移制御処理部55は探索
処理の終了を指示する制御信号を発生し、処理を終え
る。このとき、最後のジェネレーションの個体のうちで
最もフィットネス値の大きなものが、解として出力部4
4から出力される。
When the end condition is satisfied (step S6, Y
ES), the GA operation transition control processing unit 55 generates a control signal instructing the end of the search process, and ends the process. At this time, the one with the highest fitness value among the individuals of the last generation is the output unit 4 as a solution.
It is output from 4.

【0067】次に図17から図22までを参照しなが
ら、図14の問題解決演算装置による処理をより詳細に
説明する。図17は、複製/交叉処理部46による交叉
処理のフローチャートであり、図18は、交叉処理によ
り親染色体pi、pjから子染色体ci、cjが生成される
様子を示している。図18では、10個の遺伝子から成
る染色体を例にとり、1〜10の数字が各遺伝子を表し
ている。
Next, referring to FIGS. 17 to 22, the processing by the problem solving arithmetic unit of FIG. 14 will be described in more detail. FIG. 17 is a flowchart of the crossover process by the duplication / crossover processing unit 46, and FIG. 18 shows a state in which the child chromosomes c i and c j are generated from the parent chromosomes p i and p j by the crossover process. In FIG. 18, taking a chromosome composed of 10 genes as an example, numbers 1 to 10 represent each gene.

【0068】図17において処理が開始されると、まず
親染色体pi、pjの2つの交叉点を決め(ステップS1
1)、親pjから子ciへコピーする部分gcを決める
(ステップS12)。このとき、各染色体の左端と右端
は連結しているものとみなす。例えば図18では、親p
jの3個の遺伝子8、5、7が子ciへコピーされること
になる。
When the processing is started in FIG. 17, first, two intersection points of the parent chromosomes p i and p j are determined (step S1).
1) Determine the part gc to be copied from the parent p j to the child c i (step S12). At this time, the left and right ends of each chromosome are considered to be connected. For example, in FIG. 18, the parent p
The three genes 8, 5, 7 of j will be copied to the offspring c i .

【0069】次に、親piのコピーを親pi′とし、親p
i′のgcに対応する部分(gc部分)に含まれる遺伝
子の値が親pjのgc部分に含まれるものと同じになる
ように遺伝子の並べ換えを行う(ステップS13)。そ
して、親pi′のgc部分以外の遺伝子の順序が親pi
対応する遺伝子の順序と同じになるようにする(ステッ
プS14)。
Next, a copy of the parent p i as a parent p i ', the parent p
The value of the gene contained in the portion (gc portion) corresponding to gc of i 'performs reordering of the gene to be the same as those contained in gc portion of the parent p j (step S13). Then, the order of genes other than the gc portion of the parent p i ′ is set to be the same as the order of corresponding genes of the parent p i (step S14).

【0070】次に、親pjのgc部分の遺伝子を子ci
gc部分にコピーし(ステップS15)、親pi′のg
c以外の部分の遺伝子を子ciのgc以外の部分にコピ
ーする(ステップS16)。こうして、親pjの遺伝子
8、5、7が子ciのgc部分にコピーされ、親pi′の
遺伝子1、2、6、および、9、4、3、10が子ci
のgc以外の部分にコピーされる。
Next, the gene of the gc portion of the parent p j is copied to the gc portion of the child c i (step S15), and the g of the parent p i ′ is copied.
The gene of the part other than c is copied to the part other than gc of the child c i (step S16). Thus, copied to gc portion of the gene 8,5,7 child c i of the parent p j, genes of the parent p i 'l, 2,6, and, 9,4,3,10 child c i
Are copied to parts other than gc.

【0071】次に、親piと親pjの立場をそっくり入れ
換えて同様の処理を行うことにより、親pj′(不図
示)を経て子cjが生成される。このように、交叉処理
においては、2つの染色体の一部をコピーして組み合わ
せることにより別の2つの染色体を生成する。交叉処理
前の染色体内の遺伝子の配列順序は、交叉処理後の染色
体内においても矛盾無く保存される。
Next, the positions of the parent p i and the parent p j are completely exchanged and the same processing is performed to generate the child c j via the parent p j ′ (not shown). Thus, in the crossover process, a part of two chromosomes is copied and combined to generate another two chromosomes. The sequence order of the genes in the chromosomes before the crossover treatment is consistently preserved in the chromosomes after the crossover treatment.

【0072】図19は、リクルートメント処理部50に
よる新個体の受入れ処理を示している。新個体の受入れ
処理においては、各遺伝子をランダムに発生させて生成
した新染色体をポピュレーションに導入する。これによ
り、解の多様性を高めた次世代のポピュレーションを発
生する。大きなフィットネス値を持つ前のジェネレーシ
ョン(前世代)の優秀個体は、複製/交叉処理部46に
より次のジェネレーション(次世代)に引き継がれる。
FIG. 19 shows the process of accepting a new individual by the recruitment processing unit 50. In the process of accepting new individuals, new chromosomes generated by randomly generating each gene are introduced into the population. This will generate a next-generation population with a higher variety of solutions. The excellent individual of the previous generation (previous generation) having a large fitness value is succeeded to the next generation (next generation) by the replication / crossover processing unit 46.

【0073】図20は、山登り処理部51による探索処
理のフローチャートであり、図21は、この処理におけ
る隣接遺伝子の置換を示す図である。図20において処
理が開始されると、まず全ての隣接する遺伝子iおよび
i+1の組について置換を行い、フィットネス値の増加
(ゲイン)を調べる(ステップS21)。この中に正の
ゲインがないときは(ステップS22、NO)、入力さ
れた染色体をそのまま出力して処理を終了する。
FIG. 20 is a flowchart of the search processing by the hill-climbing processing section 51, and FIG. 21 is a diagram showing replacement of adjacent genes in this processing. When the process is started in FIG. 20, first, replacement is performed for all adjacent genes i and i + 1, and the increase (gain) of the fitness value is examined (step S21). When there is no positive gain in this (step S22, NO), the input chromosome is output as it is, and the process ends.

【0074】正のゲインが1つ以上あるときは(ステッ
プS22、YES)、その中でゲインが最大となる置換
を行い(ステップS23)、行った置換によってゲイン
が影響を受けないような範囲で他の正のゲインの置換が
残っているかどうか調べる(ステップS24)。正のゲ
インの置換が残っていれば(ステップS24、YE
S)、位置的に近い次の正のゲインの置換を行い(ステ
ップS25)、染色体を一周して正のゲインの置換がな
くなるまでステップS24、S25の処理を繰り返す。
When there is one or more positive gains (step S22, YES), the replacement that maximizes the gain is performed (step S23), and the gain is not affected by the replacement performed. It is checked whether other positive gain replacements remain (step S24). If the replacement of the positive gain remains (step S24, YE
S), the next positive gain replacement that is close in position is performed (step S25), and the processes of steps S24 and S25 are repeated until the positive gain replacement is eliminated by going around the chromosome.

【0075】そして、行った置換により影響を受けない
範囲での正のゲインの置換がなくなると(ステップS2
4、NO)、ステップS21に戻って、再び全ての隣接
置換のフィットネス値のゲインを調べる。以後、ステッ
プS22で正のゲインがなくなるまで図20の処理を繰
り返す。このような山登り法を採用することにより、短
い時間でより優秀な個体を得ることができる。
Then, when there is no replacement of the positive gain to the extent that the replacement is not affected (step S2
4, NO), returning to step S21, the fitness value gains of all the adjacent replacements are checked again. After that, the process of FIG. 20 is repeated until the positive gain disappears in step S22. By adopting such a mountain climbing method, a more excellent individual can be obtained in a short time.

【0076】図22は、反転処理部49による反転処理
の一例を示す図である。図22において、染色体の一部
の遺伝子6、2、8、5の順序が反転されて、5、8、
2、6となり別の染色体が生成される。この反転処理は
図8では突然変異のオペレーションの集合に含まれる。
FIG. 22 is a diagram showing an example of the inversion processing by the inversion processing section 49. In FIG. 22, the order of some of the genes 6, 2, 8, 5 of the chromosome is reversed to 5, 8,
It becomes 2, 6 and another chromosome is generated. This inversion process is included in the set of mutation operations in FIG.

【0077】図23〜図25は本発明の問題解決演算装
置による図4の巡回セールスマン問題のシミュレーショ
ン結果である。これらの図においてオプティマムは理想
的なフィットネス値(最適解のフィットネス値)を示
し、ウィズ・ステートは本発明の演算装置、すなわち状
態遷移の概念を導入した場合の結果を示し、ノー・ステ
ートは状態遷移を行わない場合(状態0)の結果を示
す。図24は、図23におけるジェネレーション0から
35000の結果を拡大した図であり、図25は図24
におけるフィットネス18000から20000の部分
を拡大した図である。
23 to 25 are simulation results of the traveling salesman problem of FIG. 4 by the problem solving arithmetic unit of the present invention. In these figures, Optimum indicates an ideal fitness value (fitness value of the optimal solution), With State indicates a result when the arithmetic device of the present invention, that is, the concept of state transition is introduced, and No State indicates The result when the state transition is not performed (state 0) is shown. 24 is an enlarged view of the results of generation 0 to 35000 in FIG. 23, and FIG.
2 is an enlarged view of a portion of fitness 18000 to 20000 in FIG.

【0078】このシミュレーションにおいては、各集団
の個体数を16、各個体の染色体の長さを100、交叉
確率を1.0、突然変異確率を0.01、前世代からの
引継ぎ個体数を6、反転確率を0.1とした。1.0の
交叉確率は、2つの親染色体から2つの子染色体を生成
するとき、1.0の確率で交叉点を計算して決めること
を意味する。もし、交叉確率が0.8であれば、残りの
0.2の確率で交叉点を計算により決めずに、単純に片
方の親染色体をそのまま子染色体とする。また、0.1
の反転確率は、1つの染色体が与えられたときに、その
染色体中のランダムに決めた一部分における遺伝子の反
転処理を0.1の確率で行うことを意味する。
In this simulation, the number of individuals in each population is 16, the length of the chromosome of each individual is 100, the crossover probability is 1.0, the mutation probability is 0.01, and the number of individuals inherited from the previous generation is 6. , And the inversion probability was 0.1. The crossover probability of 1.0 means that when two child chromosomes are generated from two parent chromosomes, the crossover points are calculated and determined with a probability of 1.0. If the crossover probability is 0.8, one of the parent chromosomes is simply used as a child chromosome without determining the crossover point by calculation with the remaining probability of 0.2. Also, 0.1
The inversion probability of 1 means that when one chromosome is given, the inversion process of a gene in a randomly determined part of the chromosome is performed with a probability of 0.1.

【0079】状態遷移の概念を用いることにより、その
概念を用いない場合と比較して1/3から1/2の時間
で理想的なフィットネス値に到達すること、及び状態遷
移の概念を用いない場合には理想的な値、すなわちフィ
ットネス値の最適値にいつまでたっても到達しない場合
があることが分かる。
By using the concept of state transition, the ideal fitness value is reached in 1/3 to 1/2 the time compared with the case where the concept is not used, and the concept of state transition is not used. In some cases, it can be seen that the ideal value, that is, the optimum value of the fitness value may never be reached.

【0080】このように状態遷移の概念を導入すること
によってフィットネス値の最適値に早く収束することに
なるが、前述の状態2における近傍探索、及び状態3に
おける新個体の受け入れはこの収束を早めるために特に
有効である。
By introducing the concept of state transition in this way, the fitness value is quickly converged to the optimum value, but the neighborhood search in state 2 and the acceptance of a new individual in state 3 accelerate this convergence. Especially effective for.

【0081】遺伝的アルゴリズムでは、集団内の個体の
多様性が小さくなると、クロスオーバを行ってもフィッ
トネス値の改善が進まなくなる。そこで個体の多様性が
減少した場合には、何らかの方法で多様性を回復する必
要がある。新個体の受け入れはこの多様性回復の手段と
して有効になる。
In the genetic algorithm, when the diversity of individuals in the population is reduced, the fitness value cannot be improved even if crossover is performed. Therefore, when the diversity of individuals decreases, it is necessary to recover the diversity by some method. Acceptance of new individuals is an effective means of restoring this diversity.

【0082】通常の突然変異の処理では、各個体を表す
n次元空間の点が1ジェネレーションあたり1回だけ移
動することになるが、山登り処理および近傍探索では1
ジェネレーションあたり何回も移動が行われる。更に通
常の突然変異では点の移動の結果としてのフィットネス
値の変化は確率的に正にも負にもなるのに対して、山登
り処理および近傍探索では必ず正、または0になるよう
に制御される。従って、これらの探索方法を用いること
により探索空間における局所的探索が促進され、通常の
突然変異の処理に比較して短時間、すなわち少ないジェ
ネレーションの間に大きなフィットネス値を持つ点に移
動できる確率が大きくなる。これらの探索方法と遺伝的
アルゴリズムを適切に組み合わせれば、結果的に探索空
間における大局的探索が促進される。
In normal mutation processing, the points in the n-dimensional space representing each individual move only once per generation, but in hill climbing processing and neighborhood search, it is 1
There are many movements per generation. Furthermore, in normal mutation, the change in fitness value as a result of the movement of points can be positive or negative in probability, whereas in hill climbing processing and neighborhood search, it is always controlled to be positive or zero. It Therefore, the use of these search methods facilitates local search in the search space, and the probability of moving to a point having a large fitness value in a short time, that is, in a small number of generations as compared with the usual mutation processing, is increased. growing. Appropriate combination of these search methods and genetic algorithm will eventually promote global search in the search space.

【0083】状態3での新個体の受け入れは多様性の回
復のためにのみ用意された処理であり、この処理では均
一化した解候補の集団の一部を新たな解候補と入れ替え
ることにより、集団の多様性を常に保ちつつ、よりフィ
ットネス値の高い解に到達することができる。
Accepting a new individual in the state 3 is a process prepared only for the purpose of recovering diversity, and in this process, a part of the uniformized solution candidate group is replaced with a new solution candidate. It is possible to reach a solution with a higher fitness value while always maintaining the diversity of the group.

【0084】以上の説明においては、各状態において複
数の探索方法が組み合わされて最適解の探索が行われる
ものとしたが、例えば一部の状態において探索手法を1
つだけ、例えば近傍探索のみを用いて最適解を探索する
ことも当然可能である。
In the above description, it is assumed that a plurality of search methods are combined in each state to search for an optimum solution.
Naturally, it is also possible to search for the optimum solution using only one, for example, only the neighborhood search.

【0085】[0085]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば一般に複数の最適化手法をそれぞれ組み合わせた複
数の状態の間で、状態遷移を繰り返しながら最適解を探
索することによって、従来の手法に比較して質の高い解
を短時間で得ることが可能となり、例えば巡回セールス
マン問題のような数理計画問題の問題解決演算の高速化
に寄与するところが大きい。
As described in detail above, according to the present invention, in general, by searching for an optimal solution while repeating the state transition between a plurality of states in which a plurality of optimization methods are respectively combined, Compared with the method, it is possible to obtain a high-quality solution in a short time, and it greatly contributes to speeding up of problem solving operations for mathematical programming problems such as traveling salesman problems.

【0086】また、本発明によれば、交叉処理前の染色
体内の遺伝子の配列順序は、交叉処理後の染色体内にお
いても矛盾無く保存される。
Further, according to the present invention, the sequence order of the genes in the chromosome before the crossover treatment is conserved in the chromosome after the crossover treatment.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の原理構成ブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a principle configuration of the present invention.

【図2】本発明の問題解決演算装置の基本構成を示すブ
ロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a basic configuration of a problem solving calculation device of the present invention.

【図3】最適解探索状態の状態遷移の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of state transition of an optimum solution search state.

【図4】巡回セールスマン問題における都市の配置例を
示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of arrangement of cities in the traveling salesman problem.

【図5】図4内の各都市の位置(座標)を示す図であ
る。
5 is a diagram showing the position (coordinates) of each city in FIG.

【図6】解の候補のコーディング結果の例を示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a coding result of solution candidates.

【図7】実施例における状態遷移の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of state transitions in the example.

【図8】各状態でのオペレーションの組み合わせの例を
示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing an example of a combination of operations in each state.

【図9】近傍探索の概念を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing the concept of neighborhood search.

【図10】新個体の受け入れ(リクルートメント)の概
念を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a concept of acceptance (recruitment) of a new individual.

【図11】第1の条件における標準偏差の和の説明図で
ある。
FIG. 11 is an explanatory diagram of the sum of standard deviations under the first condition.

【図12】第3の条件におけるフィットネス値の変化率
の説明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram of a rate of change in fitness value under a third condition.

【図13】遺伝的アルゴリズムを用いる問題解決演算装
置の構成を示すブロック図である。
FIG. 13 is a block diagram showing the configuration of a problem solving calculation device using a genetic algorithm.

【図14】並列処理を行う問題解決演算装置の構成を示
すブロック図である。
FIG. 14 is a block diagram showing a configuration of a problem solving arithmetic unit that performs parallel processing.

【図15】最適解探索処理のフローチャート(その1)
である。
FIG. 15 is a flowchart (part 1) of the optimum solution search process.
Is.

【図16】最適解探索処理のフローチャート(その2)
である。
FIG. 16 is a flowchart (part 2) of the optimum solution search process.
Is.

【図17】交叉処理のフローチャートである。FIG. 17 is a flowchart of a crossover process.

【図18】交叉処理の例を示す図である。FIG. 18 is a diagram illustrating an example of crossover processing.

【図19】新個体の受け入れ処理を示す図である。FIG. 19 is a diagram showing a process of receiving a new individual.

【図20】山登り処理のフローチャートである。FIG. 20 is a flowchart of mountain climbing processing.

【図21】隣接置換を示す図である。FIG. 21 is a diagram showing adjacent replacement.

【図22】反転処理を示す図である。FIG. 22 is a diagram showing an inversion process.

【図23】GAアルゴリズムによるシミュレーション結
果を示す図(その1)である。
FIG. 23 is a (first) diagram showing a simulation result by the GA algorithm.

【図24】GAアルゴリズムによるシミュレーション結
果を示す図(その2)である。
FIG. 24 is a diagram showing a simulation result by the GA algorithm (No. 2).

【図25】GAアルゴリズムによるシミュレーション結
果を示す図(その3)である。
FIG. 25 is a diagram showing simulation results by the GA algorithm (No. 3).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 最適解探索手段 2 探索過程観測及び状態遷移手段 11 探索モジュール 12 制御モジュール 13 探索部 14 観測部 15 遷移制御部 16−1、16−2、16−3、16−M 探索状
態 30、41−1、41−2、41−N セル 31、42 入力部 32、44 出力部 33、43 メモリ 34、45 フィットネス値計算処理部 35、46 複製/交叉処理部 36、47 突然変異処理部 37、48 近傍探索処理部 38 評価観測処理部 39、55 GAオペレーション遷移制御処理部 49 反転処理部 50 リクルートメント処理部 51 山登り処理部 52 条件1処理部 53 条件2処理部 54 条件3処理部 56 マイグレーション値分配処理部 57 並列処理制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optimal solution search means 2 Search process observation and state transition means 11 Search module 12 Control module 13 Search part 14 Observation part 15 Transition control parts 16-1, 16-2, 16-3, 16-M Search state 30, 41- 1, 41-2, 41-N Cell 31, 42 Input section 32, 44 Output section 33, 43 Memory 34, 45 Fitness value calculation processing section 35, 46 Duplication / crossover processing section 36, 47 Mutation processing section 37, 48 Neighborhood search processing unit 38 Evaluation observation processing unit 39, 55 GA operation transition control processing unit 49 Inversion processing unit 50 Recruitment processing unit 51 Mountain climbing processing unit 52 Condition 1 processing unit 53 Condition 2 processing unit 54 Condition 3 processing unit 56 Migration value distribution Processor 57 Parallel processing controller

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西村 利浩 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 岡田 浩之 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 安達 統衞 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 大井 肇 東京都千代田区丸の内一丁目6番1号 株 式会社富士通システム総研内   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Toshihiro Nishimura             1015 Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture             Within Fujitsu Limited (72) Inventor Hiroyuki Okada             1015 Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture             Within Fujitsu Limited (72) Inventor, Adachi             1015 Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture             Within Fujitsu Limited (72) Inventor Hajime Oi             1-6-1, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Stock             Ceremony company Fujitsu System Research Institute

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 問題に対する解の探索空間を探索して最
適解を求める問題解決演算装置であって、 前記問題に対する解候補となる染色体の集団を格納する
メモリと、 第1および第2の親染色体において2つの交叉点の間の
部分をコピー部分とし、該第1の親染色体のコピーを第
3の親染色体とし、該第3の親染色体の該コピー部分が
該第2の親染色体の該コピー部分に含まれる遺伝子と同
じ値の遺伝子から構成されるように該第3の親染色体の
遺伝子を並べ換え、該第3の親染色体の該コピー部分以
外の遺伝子の順序が該第1の親染色体の対応する遺伝子
の順序と同じになるようにし、該第2の親染色体の該コ
ピー部分の遺伝子を子染色体の該コピー部分にコピー
し、該第3の親染色体の該コピー部分以外の部分の遺伝
子を該子染色体の該コピー部分以外の部分にコピーする
ことにより、前記メモリ上で該子染色体を生成する交叉
処理手段と、 前記子染色体を解候補として用いて前記最適解を探索す
る最適解探索手段とを備えることを特徴とする問題解決
演算装置。
1. A problem solving operation device for searching a search space of a solution for a problem to obtain an optimum solution, the memory storing a group of chromosomes which are solution candidates for the problem, and first and second parents. In the chromosome, the portion between the two crossover points is the copy portion, the copy of the first parent chromosome is the third parent chromosome, and the copy portion of the third parent chromosome is the copy of the second parent chromosome. Genes of the third parent chromosome are rearranged so that they are composed of genes having the same value as the gene contained in the copy portion, and the order of genes other than the copy portion of the third parent chromosome is the first parent chromosome. In the same order as the corresponding genes of the second parent chromosome, copy the gene of the copy part of the second parent chromosome to the copy part of the offspring chromosome, and copy the gene of the part other than the copy part of the third parent chromosome. The gene of the child chromosome A crossover processing means for generating the child chromosome on the memory by copying the child chromosome to a portion other than the portion, and an optimal solution searching means for searching the optimal solution by using the child chromosome as a solution candidate. Characteristic problem solving computing device.
【請求項2】 問題に対する解の探索空間を探索して最
適解を求める問題解決演算装置であって、 前記問題に対する解候補となる染色体の集団を格納する
メモリと、 第1および第2の親染色体において2つの交叉点の間の
部分をコピー部分とし、該第1の親染色体のコピーを第
3の親染色体とし、該第3の親染色体の該コピー部分が
該第2の親染色体の該コピー部分に含まれる遺伝子と同
じ値の遺伝子から構成されるように該第3の親染色体の
遺伝子を並べ換え、該第3の親染色体の該コピー部分以
外の遺伝子の順序が該第1の親染色体の対応する遺伝子
の順序と同じになるようにし、該第2の親染色体の該コ
ピー部分の遺伝子を第1の子染色体の該コピー部分にコ
ピーし、該第3の親染色体の該コピー部分以外の部分の
遺伝子を該第1の子染色体の該コピー部分以外の部分に
コピーすることにより、前記メモリ上で該第1の子染色
体を生成し、該第2の親染色体のコピーを第4の親染色
体とし、該第4の親染色体の該コピー部分が該第1の親
染色体の該コピー部分に含まれる遺伝子と同じ値の遺伝
子から構成されるように該第4の親染色体の遺伝子を並
べ換え、該第4の親染色体の該コピー部分以外の遺伝子
の順序が該第2の親染色体の対応する遺伝子の順序と同
じになるようにし、該第1の親染色体の該コピー部分の
遺伝子を第2の子染色体の該コピー部分にコピーし、該
第4の親染色体の該コピー部分以外の部分の遺伝子を該
第2の子染色体の該コピー部分以外の部分にコピーする
ことにより、前記メモリ上で該第2の子染色体を生成す
る交叉処理手段と、 前記第1および第2の子染色体を解候補として用いて前
記最適解を探索する最適解探索手段とを備えることを特
徴とする問題解決演算装置。
2. A problem solving arithmetic unit for searching a search space of a solution for a problem to find an optimum solution, the memory storing a group of chromosomes which are solution candidates for the problem, and first and second parents. In the chromosome, the portion between the two crossover points is the copy portion, the copy of the first parent chromosome is the third parent chromosome, and the copy portion of the third parent chromosome is the copy of the second parent chromosome. Genes of the third parent chromosome are rearranged so that they are composed of genes having the same value as the gene contained in the copy portion, and the order of genes other than the copy portion of the third parent chromosome is the first parent chromosome. In the same order as the corresponding genes of the second parent chromosome, and copy the gene of the copy portion of the second parent chromosome to the copy portion of the first offspring chromosome, except for the copy portion of the third parent chromosome. The part of the gene is the first child The first child chromosome is generated on the memory by copying to a part other than the copy part of the chromophore, and a copy of the second parent chromosome is used as a fourth parent chromosome, and the fourth parent chromosome is used. Rearranging the genes of the fourth parent chromosome such that the copy portion of the chromosome is composed of genes of the same value as the genes contained in the copy portion of the first parent chromosome, The order of the genes other than the copy part is the same as the order of the corresponding genes of the second parent chromosome, and the gene of the copy part of the first parent chromosome is transferred to the copy part of the second offspring chromosome. Generating the second offspring chromosome on the memory by copying and copying a gene of a part other than the copy part of the fourth parent chromosome to a part other than the copy part of the second offspring chromosome Crossover processing means for performing the above-mentioned first and second Problem solving arithmetic apparatus characterized by comprising an optimal solution search means for searching the optimal solution using a child chromosome as the solution candidates.
【請求項3】 問題解決演算装置により問題に対する解
の探索空間を探索して最適解を求める問題解決演算方法
であって、 交叉処理手段が、メモリに格納された前記問題に対する
解候補となる第1および第2の親染色体において2つの
交叉点の間の部分をコピー部分とし、該第1の親染色体
のコピーを第3の親染色体とし、該第3の親染色体の該
コピー部分が該第2の親染色体の該コピー部分に含まれ
る遺伝子と同じ値の遺伝子から構成されるように該第3
の親染色体の遺伝子を並べ換え、該第3の親染色体の該
コピー部分以外の遺伝子の順序が該第1の親染色体の対
応する遺伝子の順序と同じになるようにし、該第2の親
染色体の該コピー部分の遺伝子を子染色体の該コピー部
分にコピーし、該第3の親染色体の該コピー部分以外の
部分の遺伝子を該子染色体の該コピー部分以外の部分に
コピーすることにより、該メモリ上で該子染色体を生成
し、 最適解探索手段が、前記子染色体を解候補として用いて
前記最適解を探索することを特徴とする問題解決演算方
法。
3. A problem solving calculation method for finding an optimum solution by searching a search space for a solution to a problem by a problem solving calculation device, wherein the crossover processing means is a solution candidate for the problem stored in a memory. In the first and second parent chromosomes, the portion between the two crossover points is the copy portion, the copy of the first parent chromosome is the third parent chromosome, and the copy portion of the third parent chromosome is the copy portion. The third gene so as to be composed of a gene having the same value as the gene contained in the copy part of the second parent chromosome.
Rearranging the genes of the parent chromosome of the third parent chromosome so that the order of the genes other than the copy portion of the third parent chromosome is the same as the order of the corresponding genes of the first parent chromosome, The gene of the copy part is copied to the copy part of the offspring chromosome, and the gene of the part other than the copy part of the third parent chromosome is copied to a part other than the copy part of the offspring chromosome to obtain the memory. A problem solving calculation method, wherein the child chromosome is generated above, and the optimum solution searching means searches for the optimum solution by using the child chromosome as a solution candidate.
【請求項4】 問題解決演算装置により問題に対する解
の探索空間を探索して最適解を求める問題解決演算方法
であって、 交叉処理手段が、メモリに格納された前記問題に対する
解候補となる第1および第2の親染色体において2つの
交叉点の間の部分をコピー部分とし、該第1の親染色体
のコピーを第3の親染色体とし、該第3の親染色体の該
コピー部分が該第2の親染色体の該コピー部分に含まれ
る遺伝子と同じ値の遺伝子から構成されるように該第3
の親染色体の遺伝子を並べ換え、該第3の親染色体の該
コピー部分以外の遺伝子の順序が該第1の親染色体の対
応する遺伝子の順序と同じになるようにし、該第2の親
染色体の該コピー部分の遺伝子を第1の子染色体の該コ
ピー部分にコピーし、該第3の親染色体の該コピー部分
以外の部分の遺伝子を該第1の子染色体の該コピー部分
以外の部分にコピーすることにより、該メモリ上で該第
1の子染色体を生成し、該第2の親染色体のコピーを第
4の親染色体とし、該第4の親染色体の該コピー部分が
該第1の親染色体の該コピー部分に含まれる遺伝子と同
じ値の遺伝子から構成されるように該第4の親染色体の
遺伝子を並べ換え、該第4の親染色体の該コピー部分以
外の遺伝子の順序が該第2の親染色体の対応する遺伝子
の順序と同じになるようにし、該第1の親染色体の該コ
ピー部分の遺伝子を第2の子染色体の該コピー部分にコ
ピーし、該第4の親染色体の該コピー部分以外の部分の
遺伝子を該第2の子染色体の該コピー部分以外の部分に
コピーすることにより、該メモリ上で該第2の子染色体
を生成し、 最適解探索手段が、前記第1および第2の子染色体を解
候補として用いて前記最適解を探索することを特徴とす
る問題解決演算方法。
4. A problem solving calculation method for finding an optimum solution by searching a search space of a solution for a problem by a problem solving calculation device, wherein the crossover processing means is a solution candidate for the problem stored in a memory. In the first and second parent chromosomes, the portion between the two crossover points is the copy portion, the copy of the first parent chromosome is the third parent chromosome, and the copy portion of the third parent chromosome is the copy portion. The third gene so as to be composed of a gene having the same value as the gene contained in the copy part of the second parent chromosome.
Rearranging the genes of the parent chromosome of the third parent chromosome so that the order of the genes other than the copy portion of the third parent chromosome is the same as the order of the corresponding genes of the first parent chromosome, Copy the gene of the copy part to the copy part of the first child chromosome, and copy the gene of the part other than the copy part of the third parent chromosome to a part other than the copy part of the first child chromosome. Thereby generating the first offspring chromosome on the memory, using the copy of the second parent chromosome as the fourth parent chromosome, and the copy portion of the fourth parent chromosome is the first parent chromosome. Genes of the fourth parent chromosome are rearranged so that they are composed of genes having the same value as the gene contained in the copy portion of the chromosome, and the order of genes other than the copy portion of the fourth parent chromosome is the second gene. In the same order as the corresponding genes on the parent chromosome of A gene of the copy part of the first parent chromosome is copied to the copy part of the second offspring chromosome, and a gene of a part other than the copy part of the fourth parent chromosome is transferred to the second offspring. The second child chromosome is generated on the memory by copying to a portion other than the copy portion of the chromosome, and the optimal solution search means uses the first and second child chromosomes as solution candidates to A problem solving operation method characterized by searching for an optimum solution.
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