DE102019005706A1 - Mechanically implemented procedure for the expansion of sets of representations of boundary conditions for the solution of technical, scientific or economic tasks - Google Patents

Mechanically implemented procedure for the expansion of sets of representations of boundary conditions for the solution of technical, scientific or economic tasks Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft die Aufgabe, mithilfe eines Computerprogramms Lösungen für Aufgaben zu finden, bei denen formal beschriebene Randbedingungen beachtet werden müssen. Die Erfindung erreicht ihren Zweck durch neuartige Kombination von Elementen an sich bekannter Verfahren des Genetischen Programmierens und an sich bekannter Verfahren zur Lösung formaler Aufgaben durch Inferenzmaschinen und/oder Computer-Algebra-Systeme. Hierbei werden durch genetische Algorithmen Varianten der Parameter zur Vervollständigung von Formelschemata erzeugt, welche an das Computer-Algebra-System oder die Inferenzmaschine übergeben werden. Das Computer-Algebra-System, bzw. die Inferenzmaschine und das System zur Erzeugung von Parametervarianten sind in eine Gesamtlösung eingebettet. In dieser werden die Resultate der Inferenzmaschine oder des Algebra-Systems in Sinn einer Fitnessfunktion für den genetischen Algorithmus verwendet, welcher die vollständigen Formeln aus den Schemata generiert.The invention relates to the task of using a computer program to find solutions for tasks in which formally described boundary conditions must be observed. The invention achieves its purpose by a novel combination of elements of known methods of genetic programming and known methods for solving formal tasks by means of inference machines and / or computer algebra systems. Here, genetic algorithms are used to generate variants of the parameters to complete formula schemes, which are transferred to the computer algebra system or the inference machine. The computer algebra system or the inference machine and the system for generating parameter variants are embedded in an overall solution. In this, the results of the inference machine or the algebra system are used in the sense of a fitness function for the genetic algorithm, which generates the complete formulas from the schemes.

Description

Die Erfindung betrifft die Aufgabe, mithilfe eines Computerprogramms Lösungen für Aufgaben zu finden, bei denen formal beschriebene Randbedingungen beachtet werden müssen. Die Erfindung erreicht ihren Zweck durch neuartige Kombination von Implementierungen einer Variante an sich bekannter Verfahren der Genetischen Programmierung (GP) und an sich bekannter Verfahren zur Lösung formaler Aufgaben durch Inferenzmaschinen(IM) und/oder Computer-Algebra-Systeme (CAS).The invention relates to the task of using a computer program to find solutions for tasks in which formally described boundary conditions must be observed. The invention achieves its purpose through a novel combination of implementations of a variant of genetic programming (GP) methods known per se and methods known per se for solving formal tasks using inference machines (IM) and / or computer algebra systems (CAS).

Abkürzungen, relevante Nicht-PatentliteraturAbbreviations, relevant non-patent literature

GP steht für Genetische Programmierung im Sinn von John R. Koza Genetic Programming. On the Programming of Computers by Means of Natural Selection. ISBN: 9780262527910GP stands for Genetic Programming in the sense of John R. Koza Genetic Programming. On the Programming of Computers by Means of Natural Selection. ISBN: 9780262527910

IM steht für Inferenzmaschine im Sinn von:

  • Sterling, Leon; Ehud Shapiro. The Art of Prolog. ISBN 0-262-19250-0.
oder verwandter Systeme.IM stands for inference machine in the sense of:
  • Sterling, Leon; Ehud Shapiro. The Art of Prolog. ISBN 0-262-19250-0.
or related systems.

CAS steht für Computer Algebra System im Sinn von:

  • J. v. z. Garnen, J. Gerhard: Modern Computer Algebra. ISBN: 1107039037
CAS stands for Computer Algebra System in the sense of:
  • J. vz Garnen, J. Gerhard: Modern Computer Algebra. ISBN: 1107039037

Die Erfindung nimmt keinen Bezug auf die speziellen Ausgestaltungen der Prinzipien in den zuvor genannten Werken, sondern nur auf die allgemeinen Prinzipien als solche. Erfindungsrelevante Besonderheiten der Ausgestaltung werden im Folgenden dargestellt.The invention makes no reference to the specific embodiments of the principles in the aforementioned works, but only to the general principles as such. Special features of the design relevant to the invention are presented below.

Hintergrundbackground

Hintergrund ist, dass Ingenieursaufgaben häufig erfordern, bei der Suche nach Lösungen Randbedingungen zu beachten, welche als Resultat naturwissenschaftlicher Forschung durch formale Konstrukte beschrieben werden können. In diesem Fall sollte der Suchraum, welcher durch ein Verfahren maschinellen Lernens traversiert wird, durch die Repräsentation der formalen Randbedingungen eingeschränkt werden.The background to this is that engineering tasks often require the search for solutions to consider boundary conditions that can be described as a result of scientific research using formal constructs. In this case, the search space, which is traversed by a machine learning process, should be restricted by the representation of the formal boundary conditions.

Aufbau der ErfindungStructure of the invention

Die erfindungsgemäße Implementierung eines geeigneten Verfahrens verwendet einen programmierbaren Computer bekannter Bauart. Teil der Implementierung ist die Implementierung einer IM bekannter Art, zum Beispiel Amzi!-Logic Server, und/oder eines CAS bekannter Art, zum Beispiel Wolfram Mathematica. Weiters beinhaltet die Implementierung diejenige eines genetischen Algorithmus an sich bekannter Art.The implementation of a suitable method according to the invention uses a programmable computer of known type. Part of the implementation is the implementation of an IM of a known type, for example Amzi! -Logic Server, and / or a CAS of a known type, for example Wolfram Mathematica. Furthermore, the implementation includes that of a genetic algorithm of a known type.

Genotypen im Sinn des genetischen Algorithmus werden durch eine Projektionsfunktion als Instanziierungen von Formelschemata interpretiert. Erfindungskennzeichnend ist, dass die Formeln, welche als Interpretation der Genotypen gebildet werden, Teilmenge der Eingaben an das CAS oder die Inferenzmaschine sind, wobei sie solche Formeln ergänzen, welche entweder allgemeine Gesetzmäßigkeiten oder die speziellen Randbedingungen von Testfällen repräsentieren. Erfindungskennzeichnend ist weiter, dass die Fitnesslandschaft des genetischen Algorithmus durch Evaluation der Aufrufe des CAS oder die IM definiert ist.Genotypes in the sense of the genetic algorithm are interpreted as instantiations of formula schemes using a projection function. It is characteristic of the invention that the formulas that are formed as an interpretation of the genotypes are a subset of the inputs to the CAS or the inference machine, whereby they supplement those formulas which represent either general principles or the special boundary conditions of test cases. Another characteristic of the invention is that the fitness landscape of the genetic algorithm is defined by evaluating the calls to the CAS or the IM.

Die Generierung von Eingaben an das CAS oder IM durch den genetischen Algorithmus ist grundsätzlich eine Ausgestaltung der GP, in der Formelmengen mit möglicherweise einem oder mehreren Elementen in einer von CAS/IM akzeptierten Syntax generiert werden. Besonderheit der Ausgestaltung ist weiters, dass die Genotypen in einen Raum von Repräsentationen von Formelschemata projiziert werden, der gegenüber der Menge der wohlgeformten Formeln im Sinn des CAS oder der IM eingeschränkt sein kann. Weiters definiert diese Projektion zusammen mit den Regeln der Mutation und (optional) Rekombination die Pfade, über welche Genotypen von anderen Typen erreichbar sind. Diese Ausgestaltung des bekannten Ansatzes der GP ist Teil der Erfindung aber für sich nicht erfindungskennzeichnende Besonderheit.The generation of inputs to the CAS or IM by the genetic algorithm is fundamentally an embodiment of the GP, in which formula sets with possibly one or more elements are generated in a syntax accepted by CAS / IM. Another special feature of the design is that the genotypes are projected into a space of representations of formula schemes, which can be restricted compared to the set of well-formed formulas in the sense of the CAS or the IM. Furthermore, this projection, together with the rules of mutation and (optional) recombination, defines the paths via which genotypes of other types can be reached. This embodiment of the known approach of the GP is part of the invention but does not in itself characterize the invention.

Erfindungskennzeichnend ist in erster Linie, dass das Resultat der GP als Repräsentation einer Randbedingung verwendet wird, welche zusammen mit Repräsentationen allgemeiner, durch Naturgesetze gegebener Randbedingungen und weiterer, spezielle Aufgaben beschreibender Randbedingungen durch ein CAS oder eine IM zur Generierung erweiterter Mengen von Repräsentationen für die Lösung einer Aufgabe verwendet wird. Die Resultate dieser Aufrufe definieren die Fitnesslandschaft für die GP. Grundidee ist, mithilfe des GP Repräsentationen von Randbedingungen zu suchen, welche einerseits mit allen oder möglichst vielen der Randbedingungen der Testfälle konsistent sind, und welche zugleich mit den jeweiligen Randbedingungen der Testfälle kombiniert dem CAS (der IM) ermöglichen, zusätzliche Randbedingungen zu finden, die den Lösungsraum sinnvoll einschränken, die aber aus den Randbedingungen des Testfalls allein - ohne die GP-generierten Erweiterungen - mit den Mitteln des CAS (der IM) nicht gefunden würden. Es wird damit im Vergleich zu bekannter GP eine zusätzliche Ebene der Indirektion und Abstraktion eingeführt, im Vergleich zu bekannter CAS/IM eine heuristische Komponente.Characteristic of the invention is primarily that the result of the GP is used as a representation of a boundary condition, which, together with representations of general boundary conditions given by natural laws and other boundary conditions describing special tasks, are used by a CAS or an IM to generate extended sets of representations for the solution used in a task. The results of these calls define the fitness landscape for the GP. The basic idea is to use the GP to search for representations of boundary conditions which are consistent with all or as many of the boundary conditions of the test cases on the one hand and which, combined with the respective boundary conditions of the test cases, enable the CAS (the IM) to find additional boundary conditions that sensibly restrict the solution space, which, however, would not be found from the boundary conditions of the test case alone - without the GP-generated extensions - with the resources of the CAS (the IM). In comparison to the known GP, an additional level of indirection and abstraction is introduced, compared to the known CAS / IM a heuristic component.

Anwendungsbeispiele (i)Application examples (i)

Ein Anwendungsbeispiel(i.l) illustriert die Art der Aufgabenstellung und deren Lösung durch das erfindungsgemäße Verfahren wie folgt:

  • Gegeben ist eine Balkenwaage, deren einer Balken B1 die Länge 100mm hat während der andere Balken B2 zwischen 100mm und 200mm verstellt werden kann, wobei die Einstellung jeweils Teil der Definition einer konkreten Aufgabe ist.
An application example (il) illustrates the nature of the task and its solution by the method according to the invention as follows:
  • A beam balance is given, one beam B1 of which is 100mm long while the other beam B2 can be adjusted between 100mm and 200mm, the setting being part of the definition of a specific task.

Gegeben ist weiter ein Behälter, dessen Gewicht durch Füllen mit einer Flüssigkeit stufenlos zwischen 10g und 20g variiert werden kann. Schließlich stehen mehrere Bleigewichte zur Verfügung, jeweils sowohl eine Kugel als auch ein Würfel mit 7g, 8g, 9g,...50g. Jede Aufgabe besteht darin, für eine vorgegebene Länge des Balkens B2 eine Kombination der Wahl eines Bleigewichts mit einer Füllung des Behälters zu finden, welche die Waage ins Gleichgewicht bringt, wenn das Bleigewicht auf der Waagschale unter dem Balken B2 und der Behälter auf der Waagschale unter dem Balken B 1 liegt.There is also a container whose weight can be varied continuously between 10g and 20g by filling it with a liquid. Finally, several lead weights are available, both a ball and a cube with 7g, 8g, 9g, ... 50g. Each task consists in finding a combination of the choice of a lead weight with a filling of the container for a given length of the bar B2, which brings the balance into equilibrium when the lead weight on the weighing pan is below bar B2 and the container is below the weighing pan the bar B 1 lies.

Eine Implementierung der Erfindung ist wie folgt aufgebaut:

  • Die Genotypen werden in die Menge der Formeln der Gestalt [T];x=L; projiziert, wobei [T] der Platzhalter für Terme ist, die als Variablensymbole alle Sequenzen von Kleinbuchstaben haben dürfen und L für den Term steht, der in jeder Aufgabe an die Balkenlänge gebunden wird. Also sind beispielshalber
y=4;x=L
Figure DE102019005706A1_0001
y=6;x=L;
Figure DE102019005706A1_0002
y=10;x=L;
Figure DE102019005706A1_0003
y=10-4*INT ( X/180 ) ;x=L;
Figure DE102019005706A1_0004
mögliche Produktionen, die einem Genotyp korrespondieren. Der optimale Genotyp wird ermittelt, indem für 50 Testfälle mit Balkenlängen zwischen 100mm und 200mm jeweils die Produktion des Genotyps mit einer Gleichung der Gestalt L=[n] für einen Wert von n zwischen 100 und 200, sowie der Gleichung z=y*(L/100) und den Ungleichungen z≧0; x≦20 kombiniert und nach einer Lösung gesucht wird. Die Fitness ist umso höher, je höher die Zahl der Testfälle ist, bei der dies gelingt.An implementation of the invention is structured as follows:
  • The genotypes are divided into the set of formulas of the form [T]; x = L; projected, where [T] is the placeholder for terms that may have all sequences of lowercase letters as variable symbols and L stands for the term that is tied to the bar length in every exercise. So are exemplary
y = 4; x = L
Figure DE102019005706A1_0001
y = 6; x = L;
Figure DE102019005706A1_0002
y = 10; x = L;
Figure DE102019005706A1_0003
y = 10-4 * INT ( X / 180 ) ; x = L;
Figure DE102019005706A1_0004
possible productions that correspond to a genotype. The optimal genotype is determined by producing the genotype for 50 test cases with bar lengths between 100mm and 200mm using an equation of the form L = [n] for a value of n between 100 and 200, as well as the equation z = y * (L / 100) and the inequalities z ≧ 0; x ≦ 20 is combined and a solution is sought. The higher the number of test cases in which this succeeds, the higher the fitness.

Für die Produktion (i) ist es nie möglich, die Aufgabe für einen Testfall zu lösen, da für y=4 jede Gleichung der Gestalt z=y*(L/100) mit einem Wert für L zwischen 100 und 200 einen Widerspruch zu z≧10 ergibt. Die Produktion (ii) ist für Balkenlängen ab (1000/6)mm valid. Dagegen entsprechen (iii) und (iv) Regeln für die Wahl des Gewichts am Balken B2, für welche die Aufgabe immer erfüllbar ist: Bei (iii) muss das Gewicht des Behälters zwischen 10g und 20g gewählt werden. Bei Regel (iv) muss das Gewicht für eine Länge des Balkens B2 zwischen 100 und 180-ε zwischen 10g und 18g gewählt werden, ab einer Länge von 180mm zwischen (180/100)*6=10.8g und (200/100)*6=12g.For production (i) it is never possible to solve the problem for a test case, since for y = 4 every equation of the form z = y * (L / 100) with a value for L between 100 and 200 contradicts z ≧ 10 results. The production (ii) is valid for beam lengths from (1000/6) mm. On the other hand, (iii) and (iv) correspond to rules for the choice of the weight on bar B2, for which the task can always be fulfilled: In (iii) the weight of the container must be selected between 10g and 20g. With rule (iv) the weight for a length of the bar B2 between 100 and 180-ε between 10g and 18g must be selected, from a length of 180mm between (180/100) * 6 = 10.8g and (200/100) * 6 = 12g.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann daher zur Generierung einer der Repräsentationen Randbedingungen x=10; y=L; oder x=10-4*INT(x/180); x=L; führen (oder irgendeiner anderen, gleich guten Lösung). Die generierte Randbedingung wird dann vom CAS nach Abschluss der Lernphase verwendet, um die realen Aufgaben zusammen mit der Repräsentation der allgemeineren Bedingungen - z=y*(L/100); z≧10; x≦20; - und der jeweiligen konkreten Aufgabendefinition - L=[n] - zu lösen.The application of the method according to the invention can therefore be used to generate one of the representations of boundary conditions x = 10; y = L; or x = 10-4 * INT (x / 180); x = L; lead (or any other equally good solution). The generated boundary condition is then used by the CAS after the learning phase has been completed to perform the real tasks together with the representation of the more general conditions - z = y * (L / 100); z ≧ 10; x ≦ 20; - and the respective concrete task definition - L = [n] - to be solved.

Ein weiteres Anwendungsbeispiel(i.2) entspricht dem vorigen mit Ausnahme dessen, dass die Balkenlänge B2 nun zwischen 100mm und 300mm variieren kann. Damit beschreibt der Genotyp, der Formelmenge (iii) codiert, nun keine allgemeine Lösung mehr, da für einen Balken mit Länge >200m ein Gewicht des Behälters von mehr als 20g erforderlich wäre. Hingegen codiert (iv) immer noch für eine allgemein verwendbare Basis einer Lösung, da die Wahl eines Gewichts von 6 ab einer Länge von 180mm die Balancierung durch ein Gegengewicht zwischen 10.8g und 18g ermöglicht.Another application example (i.2) corresponds to the previous one, with the exception that the bar length B2 can now vary between 100mm and 300mm. The genotype encoding formula set (iii) no longer describes a general solution, since a bar with a length> 200m would require a container weight of more than 20g. On the other hand, (iv) still encodes a generally applicable basis for a solution, since the choice of a weight of 6 from a length of 180mm enables balancing with a counterweight between 10.8g and 18g.

Ungeachtet der Trivialität der Anwendungsbeispiele illustrieren diese den Hintergrund der Erfindung und die Art, in welcher sie ihren Zweck erreicht: Häufig ergeben sich einige Randbedingungen für die Lösung von Aufgaben aus Naturgesetzen, die durch Theorien der Naturwissenschaft beschrieben werden (Das Verhältnis von Hebellänge, Gewicht und Kraft im Beispiel). Weitere Randbedingungen für eine Familie von Aufgaben sind explizit bekannt (die Auswahl möglicher Gewichte und die möglichen Füllungen des Behälters im Beispiel). Es gibt jedoch kein praktikables Verfahren, aus diesen Randbedingungen algorithmisch eine Lösung zu generieren. Es ist möglich, Repräsentationen zusätzlicher Randbedingungen zu generieren, die sich nicht logisch aus den vorgegebenen Bedingungen ergeben, jedoch mit diesen zusammen erfüllbar sind (die Wahl des Gewichts am Balken B2 im Beispiel). Die somit erweiterte Menge von Repräsentationen lässt sich für jede Aufgabe wiederum für jede Aufgabe aus der Aufgabenfamilie zusammen mit den konkreten Randbedingungen der Aufgabe noch einmal erweitern (Die Lösung des Gleichungssystems im Beispiel). Das Ergebnis ist immer noch nicht notwendig eine eindeutige Lösung (Im Beispiel bleibt die Wahl zwischen den jeweils vorhandenen gleich schweren Kugeln und Würfeln offen). Es wird aber die Repräsentation der Randbedingungen so präzisiert, dass eine konstruktive Lösung gefunden werden kann.Regardless of the triviality of the application examples, these illustrate the background of the invention and the way in which it achieves its purpose: Often there are some boundary conditions for the solution of tasks from natural laws, which are described by theories of natural science (the ratio of lever length, weight and Force in the example). Further boundary conditions for a family of tasks are explicitly known (the selection of possible weights and the possible fillings of the container in the example). However, there is no practicable method to algorithmically generate a solution from these boundary conditions. It is possible to generate representations of additional boundary conditions that do not logically result from the given conditions, but can be fulfilled together with them (the choice of weight on bar B2 in the example). The thus expanded set of representations can be expanded again for each task for each task from the task family together with the concrete boundary conditions of the task (the solution of the system of equations in the example). The result is still not necessarily an unambiguous solution (in the example, the choice between the balls and cubes of the same weight remains open). However, the representation of the boundary conditions is specified in such a way that a constructive solution can be found.

Die dargestellte Erfindung erhebt nicht den Anspruch, ein mathematisches Theorem in eine technische Lösung umzusetzen. Sie integriert zwar mathematisch-logische Konzepte (IM, CAS, GP), die Erfindung selbst ist aber eine Ingenieurslösung zur Anwendung einer Kombination von Implementierungen dieser Konzepte für eine Klasse von Aufgabenfamilien.The presented invention does not claim to convert a mathematical theorem into a technical solution. Although it integrates mathematical-logical concepts (IM, CAS, GP), the invention itself is an engineering solution for using a combination of implementations of these concepts for a class of task families.

Heuristische Suche nach Lösungen für Teilklassen der Aufgabenfamilie Das Verfahren ist in naheliegender Weise zu einem Verfahren der heuristischen Suche nach Lösungen für Teile der Aufgabenfamilie erweiterbar. Hierzu wird zunächst, wie in der Beschreibung des Grundverfahrens dargelegt, nach Genotypen solchen gesucht, welche Repräsentationen von Randbedingungen generieren, die in möglichst vielen Testfällen gemeinsam mit den ursprünglichen Randbedingungen erfüllbar sind. Werden keine universellen Lösungen gefunden, so wird versucht, eine Teilmenge der Aufgaben zu identifizieren, für die eine Lösung (ein geeigneter Genotyp) existiert. Anschließend werden die nicht zu dieser Menge gehörigen Aufgaben eine Lösung gesucht. Gelingt dies für die gesamte Restmenge, so ist damit eine Einteilung in zwei Teilklassen gelungen. Ansonsten wird das Verfahren wiederholt, bis entweder eine brauchbare Einteilung gefunden wird, oder die Suche als erfolglos abgebrochen wird.Heuristic search for solutions for subclasses of the task family The procedure can be extended in an obvious way to a method of the heuristic search for solutions for parts of the task family. For this purpose, as set out in the description of the basic method, genotypes are first searched for, which generate representations of boundary conditions that can be fulfilled in as many test cases as possible together with the original boundary conditions. If no universal solutions are found, an attempt is made to identify a subset of the tasks for which a solution (a suitable genotype) exists. Then a solution is sought for the tasks that do not belong to this set. If this succeeds for the entire remaining quantity, a division into two sub-classes is successful. Otherwise, the process is repeated until either a usable classification is found or the search is terminated as unsuccessful.

Falls eine überschaubar kleine Menge von Genotypen gefunden wird, die jeweils für Teilmengen der Testfälle geeignet sind, können diese jeweils als Erweiterungen der Randbedingungen ausprobiert werden, bis eine Lösung gefunden wird.If a manageably small amount of genotypes is found that are suitable for subsets of the test cases, these can be tried out as extensions of the boundary conditions until a solution is found.

Optional kann versucht werden, die Klassen anhand von Merkmalen zu identifizieren, die unabhängig von den Genotypen bestimmbar sind. Hierzu können insbesondere neuronale Netze verwendet werden.An attempt can optionally be made to identify the classes on the basis of characteristics that can be determined independently of the genotypes. For this purpose, neural networks in particular can be used.

Anwendungsbeispiel (ii)Application example (ii)

Ein Anwendungsbeispiel(ii.1) kann aus Anwendungsbeispiel (i.1) durch Einführung einer zusätzlichen Variable für die Größe des Behälters konstruiert werden. Dieses Beispiel nimmt an, dass eine Menge von Aufgaben für ein Gefäß mit einem Gewicht zwischen 10g und 20g, eine weitere für ein Gefäß mit einem Gewicht zwischen 30g und 40g gelöst werden sollen. Es nimmt weiter an, dass die Gefäßgröße in dem Formelschema nicht referenziert werden kann. Daher gibt es keine Erweiterung der Randbedingungen welche für beide Klassen von Aufgaben gemeinsam mit den ursprünglichen Randbedingungen erfüllt werden kann. Es gibt jedoch für jede der Klassen eine solche Lösung, die über den genetischen Algorithmus gefunden werden kann.An application example (ii.1) can be constructed from application example (i.1) by introducing an additional variable for the size of the container. This example assumes that a set of tasks should be solved for a vessel with a weight between 10g and 20g, another for a vessel with a weight between 30g and 40g. It also assumes that the vessel size cannot be referenced in the formula scheme. Therefore there is no extension of the boundary conditions which can be fulfilled for both classes of tasks together with the original boundary conditions. However, there is such a solution for each of the classes, which can be found using the genetic algorithm.

Eine einfache Version eines Verfahrens zur Lösung aller Aufgaben des Beispiels ist die, zunächst die Erweiterung nach der ersten Teillösung auszuprobieren und im Fall eines Misserfolges anschließend die alternative Teillösung zu probieren. Eine mögliche Optimierung ist die, die Aufgaben durch ein Verfahren, welches die unterschiedlichen Gefäßgrößen sehen kann, zu unterteilen und dann jeweils die passende Erweiterung zu verwenden.A simple version of a method for solving all of the tasks in the example is to first try the extension after the first partial solution and then, in the event of failure, to try the alternative partial solution. One possible optimization is to subdivide the tasks using a method that can see the different vessel sizes and then to use the appropriate extension in each case.

Claims (6)

Maschinelle Implementierung eines Verfahrens zur Erweiterung von Mengen von Repräsentationen von Randbedingungen für die Lösung von technischen, wissenschaftlichen oder ökonomischen Aufgaben, - gekennzeichnet dadurch, dass die Repräsentation von Randbedingungen in einem Format erfolgt, welches durch eine Inferenzmaschine und/oder ein Computer-Algebra-System verarbeitbar ist, - gekennzeichnet weiter dadurch, dass durch eine Implementierung eines genetischen Algorithmus Codes generiert werden, die im Sinn des genetischen Algorithmus als Genotypen aufgefasst werden können, - gekennzeichnet weiter dadurch, dass Repräsentationen von Randbedingungen durch die Implementierung eines Verfahrens zur Projektion des Raumes von Genotypen in einen Raum der Instanziierung von Schemata der Repräsentation von Randbedingungen erzeugt werden, - gekennzeichnet weiter dadurch, dass die durch Genotypen-definierten Instanziierung von Schemata generierten Repräsentationen von Randbedingungen zusammen mit anderen, als Testfällen fungierenden Repräsentationen von Randbedingungen als Eingaben an die Implementierung eines Computer-Algebra-Systems oder an die Implementierung einer Inferenzmaschine übergeben werden, - gekennzeichnet weiter dadurch, dass die Fitnesslandschaft für den genetischen Algorithmus durch Evaluierung der Resultate des Aufrufs des Computer-Algebra-Systems und/oder der Inferenzmaschine für die Testläufe definiert ist.Machine implementation of a method for expanding sets of representations of boundary conditions for the solution of technical, scientific or economic tasks, - characterized in that the representation of boundary conditions takes place in a format which can be processed by an inference machine and / or a computer algebra system, - further characterized in that an implementation of a genetic algorithm generates codes that can be understood as genotypes in the sense of the genetic algorithm, - further characterized in that representations of boundary conditions are generated by implementing a method for projecting the space of genotypes into a space of instantiating schemes for representing boundary conditions, - further characterized in that the representations of boundary conditions generated by the genotype-defined instantiation of schemes are passed on as inputs to the implementation of a computer algebra system or to the implementation of an inference machine, together with other representations of boundary conditions functioning as test cases, - further characterized in that the fitness landscape for the genetic algorithm is defined by evaluating the results of calling up the computer algebra system and / or the inference machine for the test runs. Maschinelle Implementierung eines Verfahrens zur Erweiterung von Mengen von Repräsentationen von Randbedingungen für die Lösung von technischen, wissenschaftlichen oder ökonomischen Aufgaben gemäß Anspruch 1, - zusätzlich gekennzeichnet dadurch, dass für mehrere Mengen von Testfällen die Evolution von Genotypen simuliert wird.Machine implementation of a method for expanding sets of representations of boundary conditions for the solution of technical, scientific or economic tasks according to Claim 1 - additionally characterized in that the evolution of genotypes is simulated for several sets of test cases. Maschinelle Implementierung eines Verfahrens zur Erweiterung von Mengen von Repräsentationen von Randbedingungen für die Lösung von technischen, wissenschaftlichen oder ökonomischen Aufgaben gemäß Anspruch 2, - zusätzlich gekennzeichnet dadurch, dass die Einteilung einer Menge von Testfällen in Abhängigkeit von zuvor durchgeführten Simulationsläufen dynamisch erfolgt.Machine implementation of a method for expanding sets of representations of boundary conditions for the solution of technical, scientific or economic tasks according to Claim 2 - additionally characterized in that the division of a set of test cases is carried out dynamically as a function of previously performed simulation runs. Maschinelle Implementierung eines Verfahrens zur Erweiterung von Mengen von Repräsentationen von Randbedingungen für die Lösung von technischen, wissenschaftlichen oder ökonomischen Aufgaben gemäß Anspruch 2 und optional Anspruch 3, - zusätzlich gekennzeichnet dadurch, dass ein Verfahren zur Klassifikation von Randbedingungen implementiert ist, welches die Zugehörigkeit von Randbedingungen zu den Teilklassen entsprechend des Anspruchs 2 automatisch entscheidet.Machine implementation of a method for expanding sets of representations of boundary conditions for the solution of technical, scientific or economic tasks according to Claim 2 and optional Claim 3 - additionally characterized in that a method for classifying boundary conditions is implemented, which determines the affiliation of boundary conditions to the sub-classes according to the Claim 2 automatically decides. Maschinelle Implementierung eines Verfahrens zur Erweiterung von Mengen von Repräsentationen von Randbedingungen für die Lösung von technischen, wissenschaftlichen oder ökonomischen Aufgaben gemäß Anspruch 4, - zusätzlich gekennzeichnet dadurch, dass das Verfahren zur Klassifikation von Randbedingungen entsprechend Anspruch 4 durch die Implementierung eines Verfahrens zum maschinellen Lernen, insbesondere des Trainierens eines neuronalen Netzes, aus den Testfallklassen erzeugt wird.Machine implementation of a method for expanding sets of representations of boundary conditions for the solution of technical, scientific or economic tasks according to Claim 4 - additionally characterized in that the method for classifying boundary conditions accordingly Claim 4 is generated from the test case classes through the implementation of a method for machine learning, in particular the training of a neural network. Erweiterung der maschinellen Implementierung eines Verfahrens zur Erweiterung von Mengen von Repräsentationen von Randbedingungen für die Lösung von technischen, wissenschaftlichen oder ökonomischen Aufgaben gemäß Anspruch 1 allein oder Anspruch 1 kombiniert mit einem oder mehreren der Ansprüche 2-5, - zusätzlich gekennzeichnet dadurch, dass die Erweiterung der Implementierung die Repräsentation von Randbedingungen als Eingaben akzeptiert, dass sie diese zusammen mit mindestens einer durch die Implementierung des Grundverfahrens generierten Repräsentation zusätzlicher Randbedingungen an die Implementierung des Computer-Algebra-System und/oder der Inferenzmaschine weiterleitet und durch Aufruf der Implementierung des Computer-Algebra-Systems und/oder der Inferenzmaschine weitere Repräsentationen von Randbedingungen erzeugt.Extension of the machine implementation of a method for the extension of sets of representations of boundary conditions for the solution of technical, scientific or economic tasks according to Claim 1 alone or Claim 1 combined with one or more of the Claims 2 - 5 - additionally characterized in that the extension of the implementation accepts the representation of boundary conditions as inputs, that it forwards them to the implementation of the computer algebra system and / or the inference machine together with at least one representation of additional boundary conditions generated by the implementation of the basic method and by calling the implementation of the computer algebra system and / or the inference machine, further representations of boundary conditions are generated.
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