JP2003016421A - Optimization problem processor - Google Patents

Optimization problem processor

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JP2003016421A
JP2003016421A JP2001203208A JP2001203208A JP2003016421A JP 2003016421 A JP2003016421 A JP 2003016421A JP 2001203208 A JP2001203208 A JP 2001203208A JP 2001203208 A JP2001203208 A JP 2001203208A JP 2003016421 A JP2003016421 A JP 2003016421A
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Japan
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individual
population
chromosome
model
probabilistic model
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Application number
JP2001203208A
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Japanese (ja)
Inventor
Makihiko Satou
眞木彦 佐藤
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the efficiency of genetic algorithm. SOLUTION: A gene statistical arithmetic part 24 generates a probability model according to information of a chromosome group stored in a chromosome group storage part 22 and stores the model in a probability model storage part 25. A chromosome generation part 26 generates a new chromosome according to the probability model and a chromosome selection part 27 selects a chromosome from the chromosome group according to the probability model. A GA arithmetic part 23 performs operations for the calculation of an evaluation function of a chromosome, the selection of a chromosome, crossover, mutation, etc. A probability control part 29 controls operations regarding the probability model.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、最適化問題を解く
ために、確率モデルに基づいて遺伝的アルゴリズム(Ge
netic Algorithm ,GA)の操作を行う処理装置に関す
る。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a genetic algorithm (Ge algorithm based on a stochastic model) for solving an optimization problem.
The present invention relates to a processing device for operating netic Algorithm (GA).

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、スケジューリングやパラメー
タ・フィッティング等の最適化問題を解くために、コン
ピュータを利用した様々なシステムが開発されてきた。
特に、近年のコンピュータの性能の向上に伴い、従来の
エキスパートシステム等で解決が困難であった問題を解
決する方法として、シミュレーテッド・アニーリング等
の確率的最適化手法が注目をあび、最適化の実用的な方
法として研究がなされている。様々な確率的最適化手法
の中でも、GAは特に着目されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, various systems using computers have been developed to solve optimization problems such as scheduling and parameter fitting.
In particular, as computer performance has improved in recent years, stochastic optimization methods such as simulated annealing have attracted attention as a method for solving problems that were difficult to solve with conventional expert systems and the like. Research has been conducted as a practical method. Among various probabilistic optimization methods, GA has received special attention.

【0003】また、昨今では、コンピュータの低価格化
に伴う豊富なCPU(Central Processing Unit )パワ
ーを、問題解決のためにいかに有効に使いこなすかが、
課題となっている。GAは、困難な問題をコンピュータ
・パワーで乗り切る方法としても有望である。
In recent years, how to effectively use the abundant CPU (Central Processing Unit) power that accompanies the cost reduction of computers for solving problems has been
It has become a challenge. GA is also a promising way to overcome difficult problems with computer power.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のGAには、次のような問題がある。従来のGA
では、評価関数(適応度)だけを最適化の指標として用
いているが、このような枠組は、GAの大きな長所であ
ると同時に欠点ともなりうる。
However, the above-mentioned conventional GA has the following problems. Conventional GA
In the above, only the evaluation function (fitness) is used as an index for optimization, but such a framework can be a great advantage of GA and at the same time a drawback.

【0005】GAは局所解にとらわれにくいと言われて
いるが、GAは局所解から抜け出る機構を持ち合わせて
いない。このため、実用的な問題を解こうとすると、解
空間と比較してGAの個体数が小さいため、実際には局
所解に束縛される傾向がある。また、GAの性質とし
て、解が局所最適解に陥ると、同じ遺伝子について評価
関数の計算を何度も行わなければならず、非常に非能率
的な枠組であるという問題がある。
It is said that GA is hard to be caught by a local solution, but GA does not have a mechanism to get out of the local solution. Therefore, when trying to solve a practical problem, since the number of GA individuals is smaller than that in the solution space, there is a tendency to be actually bound by a local solution. Further, as a property of GA, when a solution falls into a local optimal solution, the evaluation function has to be calculated many times for the same gene, which is a very inefficient framework.

【0006】GAには、1つの染色体集団を操作対象と
する単純GAと、複数の染色体集団を操作対象とする並
列GAの2種類がある。このうち、単純GAにおいて
は、解の適応度を用いて個々の染色体(配列)を識別/
選択している。このとき、個体間の差異等の情報につい
ては特に考慮されておらず、解の適応度は、個体間の類
似性の指標として適切ではない。このため、局所最適解
から抜け出すのが困難となる。
There are two types of GAs, a simple GA in which one chromosome group is an operation target, and a parallel GA in which a plurality of chromosome groups are operation targets. Among them, in the simple GA, individual chromosomes (sequences) are identified / used by using the fitness of the solution.
You have selected. At this time, information such as difference between individuals is not particularly considered, and the fitness of the solution is not appropriate as an index of similarity between individuals. Therefore, it is difficult to get out of the local optimum solution.

【0007】また、並列GAにおいては、ある集団を代
表する情報として最良の染色体の情報を用い、集団間で
最良の染色体同士の適応度やハミング距離等を比較して
いる。しかし、集団全体に関する情報は用いられていな
い。最良の染色体同士のハミング距離では、個々の配列
間の距離の指標とはなっても、集団全体については何も
判らない。
In parallel GA, the information of the best chromosome is used as the information representing a certain group, and the fitness and the Hamming distance between the best chromosomes of the groups are compared. However, information about the entire population is not used. Although the best Hamming distance between chromosomes is an indicator of the distance between individual sequences, nothing is known about the population as a whole.

【0008】本発明の課題は、より効率の良いGAを用
いた最適化問題処理装置を提供することである。
An object of the present invention is to provide an optimization problem processor using a more efficient GA.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】図1は、本発明の最適化
問題処理装置の原理図である。図1の最適化問題処理装
置は、集団格納手段11、モデル格納手段12、発生手
段13、選択手段14、操作手段15、および出力手段
16を備え、GAを用いて最適化問題の解を求める処理
を行う。
FIG. 1 is a principle diagram of an optimization problem processor according to the present invention. The optimization problem processing device of FIG. 1 includes a group storage unit 11, a model storage unit 12, a generation unit 13, a selection unit 14, an operation unit 15, and an output unit 16, and obtains a solution of the optimization problem using GA. Perform processing.

【0010】本発明の第1の局面において、集団格納手
段11は、個体集団の情報を格納し、モデル格納手段1
2は、個体集団の対立遺伝子の出現確率を表す確率モデ
ルの情報を格納する。発生手段13は、確率モデルを参
照して新たな個体を生成し、生成した個体を次世代の個
体として集団格納手段11に格納する。操作手段15
は、集団格納手段11内の個体集団に対してGAの操作
を施し、出力手段16は、操作結果を出力する。
In the first aspect of the present invention, the group storage means 11 stores information on an individual group, and the model storage means 1
2 stores information on a probabilistic model that represents the occurrence probability of alleles of an individual population. The generation unit 13 refers to the probabilistic model to generate a new individual, and stores the generated individual in the group storage unit 11 as a next-generation individual. Operating means 15
Performs GA operation on the individual population in the population storage means 11, and the output means 16 outputs the operation result.

【0011】集団格納手段11は、個体集団の各個体
(染色体)の配列データを格納し、モデル格納手段12
は、個体集団内で、各対立遺伝子が各遺伝子座に出現す
る確率を、確率モデルのデータとして格納する。発生手
段13が確率モデルに基づいて新たな個体を生成するこ
とで、それを含む次世代の個体集団が生成される。操作
手段15は、こうして生成された個体集団に対して、選
択、交叉、突然変異等の操作を施す。そして、所定の終
了条件が満たされると、それまでの操作結果が処理結果
として、出力手段16から出力される。
The group storage means 11 stores the sequence data of each individual (chromosome) of the individual population, and the model storage means 12
Stores the probability that each allele appears at each locus within the population as the data of the probabilistic model. The generation unit 13 generates a new individual based on the probabilistic model, thereby generating a next-generation individual population including the new individual. The operation means 15 performs operations such as selection, crossover, and mutation on the thus-generated individual population. When the predetermined termination condition is satisfied, the operation result up to that point is output from the output means 16 as the processing result.

【0012】このような処理装置によれば、個体集団内
に高い確率で出現する対立遺伝子を用いて、新たな個体
を生成し、それを次世代に組み入れることができる。こ
のような個体は良い評価値を有する可能性が高く、か
つ、確率モデルの特徴を反映しているので、局所最適解
から抜け出して効率の良い探索を行うことが可能とな
る。
According to such a processing apparatus, it is possible to generate a new individual by using the allele that appears with a high probability in the individual population and incorporate it into the next generation. Since such individuals are highly likely to have good evaluation values and reflect the characteristics of the probabilistic model, it is possible to escape from the local optimum solution and perform efficient search.

【0013】また、本発明の第2の局面において、集団
格納手段11は、個体集団の情報を格納し、モデル格納
手段12は、個体集団の対立遺伝子の出現確率を表す確
率モデルの情報を格納する。選択手段14は、確率モデ
ルを参照して個体集団から個体を選択し、選択した個体
を次世代の個体として集団格納手段11に格納する。操
作手段15は、集団格納手段11内の個体集団に対して
GAの操作を施し、出力手段16は、操作結果を出力す
る。
Further, in the second aspect of the present invention, the population storage means 11 stores the information of the individual population, and the model storage means 12 stores the information of the probabilistic model representing the appearance probability of the allele of the individual population. To do. The selecting means 14 selects an individual from the individual population with reference to the probabilistic model, and stores the selected individual in the group storing means 11 as a next-generation individual. The operation unit 15 performs GA operation on the individual population in the population storage unit 11, and the output unit 16 outputs the operation result.

【0014】この場合、選択手段14が確率モデルに基
づいて個体を選択することで、選択された個体を含む次
世代の個体集団が生成される。操作手段15は、こうし
て生成された個体集団に対して、選択、交叉、突然変異
等の操作を施す。そして、所定の終了条件が満たされる
と、それまでの操作結果が処理結果として、出力手段1
6から出力される。
In this case, the selecting means 14 selects an individual based on the probabilistic model, so that a next-generation individual population including the selected individual is generated. The operation means 15 performs operations such as selection, crossover, and mutation on the thus-generated individual population. Then, when the predetermined termination condition is satisfied, the operation result up to that point is used as the processing result, and the output unit 1
It is output from 6.

【0015】このような処理装置によれば、個体集団内
に高い確率で出現する対立遺伝子を多く含む個体を優先
的に選択して、それを次世代に組み入れることができ
る。したがって、第1の局面における処理装置と同様
に、局所最適解から抜け出して効率の良い探索を行うこ
とが可能となる。
According to such a processing apparatus, it is possible to preferentially select an individual containing a large number of alleles that appear in the individual population with a high probability, and incorporate it into the next generation. Therefore, similarly to the processing apparatus in the first aspect, it is possible to escape from the local optimum solution and perform an efficient search.

【0016】また、本発明の第3の局面において、集団
格納手段11、モデル格納手段12、および操作手段1
5は、それぞれ複数個設けられる。複数の集団格納手段
11は、複数の個体集団の情報をそれぞれ格納し、複数
のモデル格納手段12の各々は、各個体集団の対立遺伝
子の出現確率を表す確率モデルの情報を格納する。選択
手段14は、確率モデルを参照して、複数の個体集団の
うちの2つの集団を比較し、それらのうち少なくとも一
方から個体を選択し、選択した個体を次世代の個体とし
て、対応する集団格納手段11に格納する。複数の操作
手段15は、複数の集団格納手段11内の個体集団に対
して、それぞれGAの操作を施し、出力手段16は、操
作結果を出力する。
Further, in the third aspect of the present invention, the group storing means 11, the model storing means 12, and the operating means 1
A plurality of 5 are provided respectively. The plurality of population storage means 11 each store information of a plurality of individual populations, and each of the plurality of model storage means 12 stores information of a probabilistic model that represents the occurrence probability of the allele of each individual population. The selection means 14 refers to the probabilistic model, compares two populations of a plurality of individual populations, selects an individual from at least one of them, and selects the selected individual as a next-generation individual, and a corresponding population. It is stored in the storage means 11. The plurality of operation means 15 perform GA operation on the individual groups in the plurality of group storage means 11, and the output means 16 outputs the operation result.

【0017】各モデル格納手段12は、対応する集団格
納手段11内の個体集団に関する確率モデルのデータを
格納し、各操作手段15は、対応する集団格納手段11
内の個体集団を対象として、GAの操作を施す。選択手
段14が、各個体集団の確率モデルに基づいて2つの集
団を比較し、一方の集団から個体を選択することで、選
択された個体を含む次世代の個体集団が生成される。こ
うして生成された個体集団に対して、対応する操作手段
15が、選択、交叉、突然変異等の操作を施す。そし
て、所定の終了条件が満たされると、それまでの操作結
果が処理結果として、出力手段16から出力される。
Each model storage means 12 stores the data of the probabilistic model related to the individual population in the corresponding population storage means 11, and each operation means 15 stores the corresponding population storage means 11.
The GA operation is performed on the individual population within. The selection unit 14 compares two populations based on the probability model of each individual population and selects an individual from one of the populations, whereby a next-generation individual population including the selected individual is generated. The corresponding operation means 15 performs operations such as selection, crossover, and mutation on the thus-generated individual population. When the predetermined termination condition is satisfied, the operation result up to that point is output from the output means 16 as the processing result.

【0018】このような処理装置によれば、集団全体の
情報を反映する確率モデルを用いることで、並列GAに
おける2つの個体集団の類似度を正確に判定することが
できる。また、2つの個体集団が類似している場合に、
それらが乖離していくように個体を選択することで、そ
れらの集団を互いに異なる探索領域に振り分けることが
できる。これにより、並列GAの効率を向上させること
が可能となる。
According to such a processing apparatus, by using the probabilistic model reflecting the information of the entire population, the similarity between the two individual populations in the parallel GA can be accurately determined. Also, when two populations are similar,
By selecting individuals so that they deviate from each other, these groups can be distributed to different search areas. This makes it possible to improve the efficiency of the parallel GA.

【0019】図1の集団格納手段11は、例えば、後述
する図2の染色体集団記憶部22および後述する図9の
GA部32に対応する。また、図1のモデル格納手段1
2は、例えば、図2の確率モデル記憶部25および図9
の確率モデル記憶部33に対応する。また、図1の発生
手段13は、例えば、図2の染色体発生部26に対応
し、図1の選択手段14は、例えば、図2の染色体選択
部27および図9の確率モデル間制御部34に対応す
る。また、図1の操作手段15および出力手段16はい
ずれも、例えば、図2のGA演算部23および図9のG
A部32に対応する。
The group storage means 11 of FIG. 1 corresponds to, for example, a chromosome group storage unit 22 of FIG. 2 described later and a GA unit 32 of FIG. 9 described later. Also, the model storage means 1 of FIG.
2 is, for example, the stochastic model storage unit 25 of FIG.
Corresponds to the stochastic model storage unit 33. Further, the generating means 13 in FIG. 1 corresponds to, for example, the chromosome generating section 26 in FIG. 2, and the selecting means 14 in FIG. 1 is, for example, in the chromosome selecting section 27 in FIG. 2 and the inter-probability model control section 34 in FIG. Corresponding to. Further, both the operation means 15 and the output means 16 in FIG. 1 are, for example, the GA calculation unit 23 in FIG. 2 and the G operation in FIG.
It corresponds to the A section 32.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の実施の形態を詳細に説明する。図2は、単純GA
(SingleGA,SGA)を用いた最適化問題処理装置の
構成図である。図2の処理装置は、初期染色体発生部2
1、染色体集団記憶部22、GA演算部23、遺伝子統
計演算部24、確率モデル記憶部25、染色体発生部2
6、染色体選択部27、終了判定部28、および確率モ
デル制御部29を備える。実線の矢印は、処理データの
やり取りを表し、破線の矢印は、制御データのやり取り
を表す。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. Figure 2 is a simple GA
It is a block diagram of the optimization problem processing apparatus using (SingleGA, SGA). The processing device of FIG.
1, chromosome population storage unit 22, GA calculation unit 23, gene statistical calculation unit 24, stochastic model storage unit 25, chromosome generation unit 2
6, a chromosome selection unit 27, an end determination unit 28, and a stochastic model control unit 29. Solid arrows represent exchanges of processing data, and broken arrows represent exchanges of control data.

【0021】初期染色体発生部21は、GAの染色体集
団の初期化を行って、各染色体の初期値を生成する。染
色体集団記憶部22は、染色体集団の情報を記憶し、G
A演算部23が使用する記憶領域も含む。GA演算部2
3は、染色体の評価関数の計算、染色体の選択、交叉、
突然変異等のGA演算を行う。
The initial chromosome generation unit 21 initializes the GA chromosome group to generate initial values for each chromosome. The chromosome group storage unit 22 stores information on the chromosome group, and G
It also includes a storage area used by the A calculation unit 23. GA calculation unit 2
3 is the calculation of the evaluation function of the chromosome, the selection of the chromosome, the crossover,
GA operation such as mutation is performed.

【0022】遺伝子統計演算部24は、染色体集団記憶
部22に格納された染色体集団の情報に基づいて統計計
算を行って、確率モデルを生成し、確率モデル記憶部2
5は、生成された確率モデルを記憶する。染色体発生部
26は、確率モデルに基づいて新たな染色体を生成し、
染色体選択部27は、染色体集団から確率モデルに基づ
いて染色体を選択する。
The gene statistical calculation unit 24 performs statistical calculation based on the information of the chromosome population stored in the chromosome population storage unit 22 to generate a probabilistic model, and the stochastic model storage unit 2
5 stores the generated probabilistic model. The chromosome generation unit 26 generates a new chromosome based on the stochastic model,
The chromosome selection unit 27 selects a chromosome from the chromosome population based on the stochastic model.

【0023】終了判定部28は、GA演算部23による
探索を終了するか継続するかを判定し、確率モデル制御
部29は、染色体集団記憶部22、GA演算部23、遺
伝子統計演算部24、確率モデル記憶部25、染色体発
生部26、および染色体選択部27の確率モデルに関す
る動作を制御する。
The end determination unit 28 determines whether the search by the GA calculation unit 23 is to be ended or continued, and the stochastic model control unit 29 determines that the chromosome group storage unit 22, the GA calculation unit 23, the gene statistical calculation unit 24, The probabilistic model storage unit 25, the chromosome generation unit 26, and the chromosome selection unit 27 control operations related to the probabilistic model.

【0024】図3は、図2の処理装置によるGA処理の
フローチャートである。まず、初期染色体発生部21
は、初期の染色体集団を生成し、染色体集団記憶部22
に格納する(ステップS1)。次に、GA演算部23
は、染色体集団記憶部22の各染色体について評価関数
の値を計算し(ステップS2)、確率モデル制御部29
は、確率モデル生成のための条件が成立したか否かを判
定する(ステップS3)。この条件としては、例えば、
GAの所定の世代に到達したことが用いられる。この所
定の世代は、あらかじめ決められた世代間隔等を用いて
設定される。
FIG. 3 is a flow chart of GA processing by the processing apparatus of FIG. First, the early chromosome generation part 21
Generates an initial chromosome population, and the chromosome population storage unit 22
(Step S1). Next, the GA calculation unit 23
Calculates the value of the evaluation function for each chromosome in the chromosome population storage unit 22 (step S2), and the stochastic model control unit 29
Determines whether the conditions for generating the probabilistic model are satisfied (step S3). As this condition, for example,
It is used that the predetermined generation of GA is reached. The predetermined generation is set using a predetermined generation interval or the like.

【0025】条件が成立しなければ、次に、終了判定部
28が、あらかじめ設定された終了条件が成立したか否
かを判定する(ステップS4)。この終了条件として
は、GAの世代数が一定値に達したこと、最良の染色体
の評価関数値(評価値)が一定値に達したこと、ユーザ
による終了指示の割り込みが発生したこと等が用いられ
る。
If the condition is not satisfied, then the end determination unit 28 determines whether or not a preset end condition is satisfied (step S4). As the termination condition, the number of generations of GA has reached a certain value, the evaluation function value (evaluation value) of the best chromosome has reached a certain value, and the interruption of the termination instruction by the user has occurred. To be

【0026】終了条件が成立しなければ、次に、GA演
算部23は、通常のGAの最適化演算を行う。ここで
は、染色体集団記憶部22の染色体集団に選択操作を施
し(ステップS9)、交叉操作を施し(ステップS1
0)、突然変異操作を施して(ステップS11)、ステ
ップS2以降の処理を繰り返す。
If the end condition is not satisfied, then the GA calculation unit 23 performs a normal GA optimization calculation. Here, a selection operation is performed on the chromosome population of the chromosome population storage unit 22 (step S9), and a crossover operation is performed (step S1).
0), a mutation operation is performed (step S11), and the processing from step S2 is repeated.

【0027】こうしてGA演算が繰り返され、ステップ
S3において確率モデル生成のための条件が成立すれ
ば、確率モデル制御部29が割り込む。そして、確率モ
デル制御部29の制御に従って、遺伝子統計演算部24
は、染色体集団の確率モデルを生成し、確率モデル記憶
部25に格納する(ステップS5)。これにより、あら
かじめ決められた世代間隔で、確率モデルが更新され
る。
In this way, the GA calculation is repeated, and if the condition for generating the probabilistic model is satisfied in step S3, the probabilistic model control unit 29 interrupts. Then, under the control of the stochastic model control unit 29, the gene statistical calculation unit 24
Generates a probabilistic model of the chromosome population and stores it in the probabilistic model storage unit 25 (step S5). As a result, the probabilistic model is updated at predetermined generation intervals.

【0028】次に、確率モデル制御部29は、染色体の
発生と選択のいずれを行うかを決定する(ステップS
6)。いずれを行うかは、ユーザからの指示に基づいて
決定してもよく、あらかじめ設定された制御情報に基づ
いて決定してもよい。
Next, the probabilistic model control unit 29 determines whether to generate or select a chromosome (step S).
6). Which is to be performed may be determined based on an instruction from the user or may be determined based on preset control information.

【0029】染色体発生の場合、染色体発生部26は、
確率モデル記憶部25の確率モデルを用いて新たな染色
体を生成し、染色体集団記憶部22の染色体集団に組み
入れる(ステップS7)。新たな染色体としては、確率
モデルのコンセンサス配列(最も確率の高い配列)や次
善のコンセンサス配列等が用いられる。
In the case of chromosome generation, the chromosome generating section 26 is
A new chromosome is generated using the probabilistic model of the probabilistic model storage unit 25 and incorporated into the chromosome group of the chromosome group storage unit 22 (step S7). As the new chromosome, a consensus sequence of the probabilistic model (the sequence with the highest probability), a suboptimal consensus sequence, or the like is used.

【0030】また、染色体選択の場合、染色体選択部2
7は、確率モデルをベースにして各染色体を評価し、比
較的良い評価の染色体を選択して、GA演算部23に渡
す(ステップS8)。その後、GA演算部23は、ステ
ップS9以降の処理を行い、ステップS4において終了
条件が成立すれば、その時点における評価値の良い染色
体を処理結果として出力し、処理を終了する。
In the case of chromosome selection, the chromosome selection unit 2
7 evaluates each chromosome based on the probabilistic model, selects a chromosome having a relatively good evaluation, and passes it to the GA calculation unit 23 (step S8). After that, the GA calculation unit 23 performs the processing from step S9 onward, and if the termination condition is satisfied in step S4, outputs the chromosome having a good evaluation value at that time as the processing result, and terminates the processing.

【0031】次に、図4から図8までを参照しながら、
SGAの具体例を説明する。最適化問題として、次式で
表される評価関数f(xi )(i=1,2,3,4)を
最小化する問題を考える。
Next, referring to FIGS. 4 to 8,
A specific example of SGA will be described. As an optimization problem, consider a problem that minimizes the evaluation function f (x i ) (i = 1, 2, 3, 4) represented by the following equation.

【0032】[0032]

【数1】 [Equation 1]

【0033】ここで、xi の取り得る値の範囲は0≦x
i ≦3の整数である。この評価関数f(xi )は、各i
について、xi =1で最小値0になる。この問題を解く
ために、xi を遺伝子(gene)とし、対立遺伝子を0〜
3の整数とする。このとき、各染色体の配列は、[0,
1,2,3]∈x1 ,x2 ,x 3 ,x4 の4つの整数の
組(x1 ,x2 ,x3 ,x4 )で表される。個体数を5
に設定した染色体集団を乱数で初期化して、最適化演算
を行った結果、ある世代での染色体集団とそれに対応す
る評価関数値が、図4のようになったものとする。この
染色体集団からは、図5に示すような確率モデルが生成
される。
Where xiThe range of possible values of is 0 ≦ x
iIt is an integer of ≦ 3. This evaluation function f (xi ) Is for each i
For xi The minimum value becomes 0 when = 1. Solve this problem
For xi Is a gene, and alleles are 0
Let it be an integer of 3. At this time, the sequence of each chromosome is [0,
1, 2, 3] ∈ x1 , X2 , X 3 , XFour Of four integers
Set (x1, X2 , X3 , XFour ). Number of individuals is 5
The randomization of the set of chromosomes set in
As a result,
Assume that the value of the evaluation function is as shown in FIG. this
A stochastic model as shown in Fig. 5 is generated from the chromosome population.
To be done.

【0034】図5の確率モデルは、各遺伝子座における
各対立遺伝子の出現確率を表している。例えば、x1
ついては、図4の染色体1〜5のうち、染色体2のみが
対立遺伝子“0”を持つ。したがって、x1 における対
立遺伝子“0”の出現確率は、1/5=0.2となる。
また、x1 =1となるものは、染色体1と染色体4の2
つである。したがって、x1 における対立遺伝子“1”
の出現確率は、2/5=0.4となる。
The probability model of FIG. 5 represents the appearance probability of each allele at each locus. For example, for x 1 , only the chromosome 2 among the chromosomes 1 to 5 in FIG. 4 has the allele “0”. Therefore, the appearance probability of the allele “0” in x 1 is 1/5 = 0.2.
In addition, x 1 = 1 is 2 of chromosome 1 and chromosome 4.
Is one. Therefore, the allele "1" at x 1
The appearance probability of is 2/5 = 0.4.

【0035】同様にして、x1 における対立遺伝子
“2”および“3”の出現確率は、それぞれ0.4およ
び0.0となり、x1 におけるすべての対立遺伝子の出
現確率の和は1となる。他の遺伝子座における出現確率
についても同様である。
[0035] Similarly, the probability of occurrence of allele "2" and "3" in the x 1, respectively 0.4 and 0.0, and the sum of the probabilities of occurrence of all alleles in x 1 is 1 . The same applies to the appearance probabilities at other loci.

【0036】染色体発生部26は、この確率モデルを参
照して、高い出現確率を有する対立遺伝子同士を組み合
わせた新たな染色体(コンセンサス配列)を生成する。
ここでは、各遺伝子座において最高の出現確率(0.4
または0.6)の対立遺伝子を選択することで、図6の
ようなコンセンサス配列が生成される。
The chromosome generation unit 26 refers to this stochastic model to generate a new chromosome (consensus sequence) in which alleles having a high occurrence probability are combined.
Here, the highest occurrence probability (0.4
Alternatively, the consensus sequence shown in FIG. 6 is generated by selecting the allele of (0.6).

【0037】図6において、各染色体の出現確率は、図
5に示した対立遺伝子の出現確率を、すべての遺伝子座
について乗算した結果に対応する。また、log−od
dsは、対数オッズ比と呼ばれ、次式により定義され
る。
In FIG. 6, the appearance probability of each chromosome corresponds to the result obtained by multiplying the appearance probability of the allele shown in FIG. 5 for all loci. Also, log-od
ds is called a logarithmic odds ratio and is defined by the following equation.

【0038】[0038]

【数2】 [Equation 2]

【0039】一般に、対数オッズ比の対数の底は任意で
あるが、図6の計算では底として2を用いている。ま
た、(2)式の右辺のPi は、xi における対立遺伝子
の出現確率を表し、総和はi=1〜4について行われ
る。
In general, the base of the logarithm of the log odds ratio is arbitrary, but 2 is used as the base in the calculation of FIG. Further, P i on the right side of the equation (2) represents the appearance probability of the allele in x i , and the summation is performed for i = 1 to 4.

【0040】この対数オッズ比は、バックグラウンドの
確率モデルと対比した、対象とする確率モデルにおける
各個体の適合度を表すスコアであり、このスコアを参照
することで、各個体が対象とする確率モデルにフィット
しているか否かを判定することができる。ここでは、対
立遺伝子が4つあり、等確率のバックグラウンドの確率
モデルを想定しているため、(2)式の右辺にlog
(1/4)が現れている。
This logarithmic odds ratio is a score representing the goodness of fit of each individual in the target probability model compared with the background probability model. By referring to this score, the probability of each individual targeting It can be determined whether or not the model fits. Here, since there are four alleles and a stochastic model of a background of equal probability is assumed, log on the right side of equation (2)
(1/4) appears.

【0041】染色体発生部26は、これらのコンセンサ
ス配列のうち、評価値の良い染色体を元の染色体集団に
戻す。この場合、コンセンサス配列の数が集団の個体数
よリ多いため、最良(最小)の評価値の配列“111
0”を戻せばよい。また、この例では、同じ確率のコン
センサス配列が8個生成されたが、通常は、確率最大の
コンセンサス配列の数は集団の個体数よりも小さくな
る。
The chromosome generating unit 26 restores the chromosome having a good evaluation value to the original chromosome population among these consensus sequences. In this case, since the number of consensus sequences is larger than the number of individuals in the population, the sequence of the best (minimum) evaluation value "111"
In this example, eight consensus sequences with the same probability are generated, but the number of consensus sequences with the maximum probability is usually smaller than the number of individuals in the population.

【0042】図4の染色体集団と最良のコンセンサス配
列について、図5の確率モデルに基づき出現確率と対数
オッズ比を計算すると、図7のようになる。染色体1〜
5のうち、評価値が最悪のものは染色体2、3、5の3
つであるから、これらのうちのいずれかとコンセンサス
配列“1110”を入れ換えることで、確率モデルを加
味した新たな染色体集団が生成される。
For the chromosome population and the best consensus sequence in FIG. 4, the appearance probability and log odds ratio are calculated based on the probability model in FIG. Chromosome 1
Of the 5, the worst evaluation value is 3 of chromosomes 2, 3, and 5.
Therefore, by exchanging any of these with the consensus sequence “1110”, a new chromosome group in which a probabilistic model is added is generated.

【0043】このように、染色体集団から作成した確率
モデルを用いて、評価値の高い新たな染色体を作成する
ことが可能になる。確率モデルで作成した染色体は、元
の集団のビルディング・ブロックを保持しているため、
これから生成される新しい染色体は、さらに良い解を与
えると考えられる。
As described above, it is possible to create a new chromosome having a high evaluation value by using the probabilistic model created from the chromosome population. The chromosomes created by the probabilistic model retain the building blocks of the original population,
The new chromosome generated from this is considered to give an even better solution.

【0044】また、(1)式の評価関数f(xi )に対
して、対数オッズ比を加味した実効評価関数fe
(xi )は、例えば、次式により定義される。 fe(xi )={1/(f(xi )+0.01)} *log−odds (3) これにより、f(xi )の最小化問題がfe(xi )の
最大化問題に置き換えられ、log−oddsの値を乗
算することで、確率モデルに基づく評価が加味される。
Further, an effective evaluation function fe in which a logarithmic odds ratio is added to the evaluation function f (x i ) of the equation (1)
(X i ) is defined by the following equation, for example. fe (x i ) = {1 / (f (x i ) +0.01)} * log-odds (3) As a result, the minimization problem of f (x i ) becomes the maximization problem of fe (x i ). The probability based on the probabilistic model is added by being replaced and multiplying the value of log-odds.

【0045】染色体選択部27は、染色体集団の中から
実効評価関数値が高い所定数の染色体を選択して、GA
演算部23に渡す。このとき、集団内の染色体を実効評
価関数値が高い順にソートして、上位から所定数のもの
を選択する。
The chromosome selecting unit 27 selects a predetermined number of chromosomes having a high effective evaluation function value from the chromosome population, and
It is passed to the calculation unit 23. At this time, the chromosomes in the population are sorted in descending order of effective evaluation function value, and a predetermined number of chromosomes are selected from the top.

【0046】図7に示した各染色体について、(3)式
の実効評価関数値を計算すると、図8のようになる。例
えば、染色体2と染色体3を比較すると、元の評価関数
値は同じであるが、実効評価関数値は異なっている。こ
の場合、実効評価関数値に従って選択を行うことで、よ
り出現確率が高い個体が優先的に選択されるようにな
る。
When the effective evaluation function value of the equation (3) is calculated for each chromosome shown in FIG. 7, it becomes as shown in FIG. For example, comparing chromosome 2 and chromosome 3, the original evaluation function values are the same, but the effective evaluation function values are different. In this case, by performing selection according to the effective evaluation function value, the individual having a higher appearance probability is preferentially selected.

【0047】このように、確率モデルに基づく対数オッ
ズ比の評価とGAの評価関数を組み合わせた実効評価関
数を用いることで、GAに確率モデルを付加することが
でき、より良い染色体の評価が可能となる。
As described above, by using the effective evaluation function in which the evaluation of the log odds ratio based on the probabilistic model and the evaluation function of GA are combined, a probabilistic model can be added to GA, and better chromosome evaluation is possible. Becomes

【0048】次に、図9は、並列GA(ParallelGA,
PGA)を用いた最適化問題処理装置の構成図である。
図9の処理装置は、GA間制御部31、GA部32、確
率モデル記憶部33、確率モデル間制御部34、および
距離計算部35を備える。ここでは、GA部32と確率
モデル記憶部33が3つずつ示されているが、実際に
は、並列に処理される染色体集団の数(任意)だけ設け
られる。
Next, FIG. 9 shows a parallel GA (ParallelGA,
It is a block diagram of the optimization problem processing apparatus using PGA).
The processing device of FIG. 9 includes an inter-GA control unit 31, a GA unit 32, a probabilistic model storage unit 33, a probabilistic model control unit 34, and a distance calculation unit 35. Here, three GA units 32 and three stochastic model storage units 33 are shown, but in actuality, the number (arbitrary) of the number of chromosome groups to be processed in parallel is provided.

【0049】各GA部32は、図2の初期染色体発生部
21、染色体集団記憶部22、GA演算部23、および
終了判定部28に対応し、GAを用いた最適化を行う。
GA間制御部31は、通常の並列GAと同様に、GA部
32の間の制御(初期化、世代の進歩、終了判定等)を
行う。
Each GA unit 32 corresponds to the initial chromosome generation unit 21, the chromosome group storage unit 22, the GA operation unit 23, and the end determination unit 28 in FIG. 2, and performs optimization using GA.
The inter-GA control unit 31 controls the GA units 32 (initialization, generational progress, end determination, etc.), as in a normal parallel GA.

【0050】各確率モデル記憶部33は、対応するGA
部32の染色体集団の確率モデルを記憶し、確率モデル
の生成や演算等に使用される記憶領域も含む。確率モデ
ル間制御部34は、確率モデルの生成と確率モデル間の
演算/制御を行い、距離計算部35は、確率モデル間の
距離計算(類似度計算)を行う。GA間制御部31と確
率モデル間制御部34は、互いに連携しながら制御を行
う。
Each stochastic model storage unit 33 has a corresponding GA.
It also stores a probabilistic model of the chromosome population of the unit 32, and also includes a storage area used for generation and calculation of the probabilistic model. The inter-probabilistic-model control unit 34 performs generation of a probabilistic model and arithmetic / control between probabilistic models, and the distance calculation unit 35 performs distance calculation (similarity calculation) between probabilistic models. The inter-GA control unit 31 and the inter-probability model control unit 34 perform control in cooperation with each other.

【0051】図10は、図9の処理装置によるGA処理
のフローチャートである。まず、GA部32は、初期の
染色体集団を生成し(ステップS11)、並列に1世代
の最適化演算を行う(ステップS12)。次に、確率モ
デル間制御部34は、確率モデル生成のための条件が成
立したか否かを判定する(ステップS3)。この条件に
ついては、図2の処理装置の場合と同様である。
FIG. 10 is a flow chart of GA processing by the processing apparatus of FIG. First, the GA unit 32 generates an initial chromosome group (step S11) and performs one generation of optimization calculation in parallel (step S12). Next, the inter-probabilistic-model control unit 34 determines whether or not the condition for generating the probabilistic model is satisfied (step S3). This condition is the same as in the case of the processing apparatus of FIG.

【0052】条件が成立しなければ、次に、各GA部3
2が、あらかじめ設定された終了条件が成立したか否か
を判定する(ステップS14)。この終了条件について
も、図2の処理装置の場合と同様である。
If the condition is not satisfied, then each GA unit 3
2 determines whether or not a preset ending condition is satisfied (step S14). This termination condition is also the same as in the case of the processing device of FIG.

【0053】終了条件が成立しなければ、GA部32
は、ステップS12以降の処理を繰り返し、ステップS
13において確率モデル生成のための条件が成立すれ
ば、確率モデル間制御部34が割り込む。そして、各G
A部32の染色体集団について遺伝子統計演算を行っ
て、各染色体集団の確率モデルを生成し、確率モデル記
憶部33に格納する(ステップS15)。
If the termination condition is not satisfied, the GA unit 32
Repeats the processing from step S12,
If the condition for generating the probabilistic model is satisfied in 13, the inter-probabilistic model control unit 34 interrupts. And each G
Gene statistical calculation is performed on the chromosome population of the A section 32 to generate a probabilistic model of each chromosome population, which is stored in the probabilistic model storage section 33 (step S15).

【0054】次に、距離計算部35は、確率モデル間制
御部34の指示に従って、確率モデル間の相関等(距
離)を計算する(ステップS16)。そして、確率モデ
ル間制御部34は、距離計算の結果に基づいて各染色体
集団の実効評価関数(実効適応度)を設定し、実効評価
関数を用いて各染色体を評価する。そして、各染色体集
団から比較的良い評価の染色体を選択し、各GA部32
に渡す(ステップS17)。
Next, the distance calculation unit 35 calculates the correlation or the like (distance) between the probabilistic models according to the instruction from the probabilistic model control unit 34 (step S16). Then, the inter-probabilistic-model control unit 34 sets an effective evaluation function (effective fitness) of each chromosome group based on the result of the distance calculation, and evaluates each chromosome using the effective evaluation function. Then, a chromosome with a relatively good evaluation is selected from each chromosome group, and each GA unit 32
(Step S17).

【0055】その後、GA部32は、ステップS12以
降の処理を行い、ステップS14において終了条件が成
立すれば、処理を終了する。そして、GA間制御部31
は、その時点における評価値の良い染色体を各GA部3
2から収集して、処理結果として出力する。
Thereafter, the GA unit 32 carries out the processing from step S12 onward, and if the termination condition is met in step S14, the processing is terminated. Then, the inter-GA control unit 31
Indicates that each GA part 3 has a chromosome with a good evaluation value at that time.
It collects from 2 and outputs it as a processing result.

【0056】ここで、PGAの具体例として、次式で表
される評価関数f(xi )(i=1,2,3,4)を最
小化する問題を考える。
As a specific example of PGA, consider the problem of minimizing the evaluation function f (xi) (i = 1, 2, 3, 4) expressed by the following equation.

【0057】[0057]

【数3】 [Equation 3]

【0058】xi の取り得る値の範囲は0≦xi ≦3の
整数である。この評価関数f(xi)は、各iについ
て、xi =0、xi =1、またはxi =2で最小値0に
なる。このとき、並列GAは、例えば、以下のように動
作する。
[0058] range of possible values of x i is an integer of 0 ≦ x i ≦ 3. This evaluation function f (x i ) has a minimum value 0 at x i = 0, x i = 1 or x i = 2 for each i. At this time, the parallel GA operates as follows, for example.

【0059】各GA部32は、並列に最適化演算を行
い、GA間制御部31が、適宜、各染色体集団の初期化
を行い、設定された世代間隔で割り込み、適応度の比較
等を行う。また、確率モデル間制御部34は、設定され
た世代間隔で割り込み、各染色体集団の確率モデルを生
成する。
Each GA unit 32 performs optimization calculation in parallel, and the inter-GA control unit 31 appropriately initializes each chromosome group, interrupts at a set generation interval, and compares fitness. . In addition, the inter-probabilistic-model control unit 34 interrupts at a set generation interval to generate a probabilistic model of each chromosome group.

【0060】例えば、3つの染色体集団を用いたPGA
において、図11のような3つの確率モデルP1、P
2、P3が生成されたものとする。このとき、距離計算
部35は、確率モデル間制御部34の指示に従って、確
率モデル間の距離として、次のような相対エントロピー
(Kullback-Leibler divergence )を計算する。
For example, PGA using three chromosome populations
, Three stochastic models P1 and P as shown in FIG.
It is assumed that 2 and P3 are generated. At this time, the distance calculation unit 35 calculates the following relative entropy (Kullback-Leibler divergence) as the distance between the probabilistic models according to the instruction of the inter-probability model control unit 34.

【0061】[0061]

【数4】 [Equation 4]

【0062】ここで、PおよびQは、比較される2つの
確率モデルを表し、H(P‖Q)は、PとQの相対エン
トロピーを表す。(5)式の右辺の総和は、i=1〜4
およびxi =0〜3について行われる。例えば、図11
の確率モデルP1とP2の相対エントロピーは、次のよ
うに計算される。 H(P1‖P2) =0.2log(0.2/0.4)+0.4log(0.4/0.4) +0.4log(0.4/0.2)+0.4log(0.4/0.4) +0.2log(0.2/0.4)+0.4log(0.4/0.2) +0.4log(0.4/0.2)+0.4log(0.4/0.4) +0.2log(0.2/0.2)+0.4log(0.4/0.2) +0.2log(0.2/0.4)+0.2log(0.2/0.2) +0.2log(0.2/0.2) =0.2log(1/2)+0.4log(2)+0.2log(1/2) +0.4log(2)+0.4log(2)+0.4log(2) +0.2log(1/2) =log(2) (6) この相対エントロピーは、2つの確率モデルが等しけれ
ば0になり、違いが大きければ値が大きくなる。2つの
確率モデルの類似度は、対応する染色体集団の間の類似
度を反映しているため、相対エントロピーを用いて集団
間の類似度を判定することができる。
Here, P and Q represent two probabilistic models to be compared, and H (P | Q) represents the relative entropy of P and Q. The sum of the right side of the equation (5) is i = 1 to 4
And x i = 0-3. For example, in FIG.
The relative entropy of the stochastic models P1 and P2 of is calculated as follows. H (P1 | P2) = 0.2log (0.2 / 0.4) + 0.4log (0.4 / 0.4) + 0.4log (0.4 / 0.2) + 0.4log (0.4 /0.4) +0.2 log (0.2 / 0.4) +0.4 log (0.4 / 0.2) +0.4 log (0.4 / 0.2) +0.4 log (0.4 / 0) .4) +0.2 log (0.2 / 0.2) +0.4 log (0.4 / 0.2) +0.2 log (0.2 / 0.4) +0.2 log (0.2 / 0.2) ) + 0.2log (0.2 / 0.2) = 0.2log (1/2) + 0.4log (2) + 0.2log (1/2) + 0.4log (2) + 0.4log (2) +0. 4log (2) + 0.2log (1/2) = log (2) (6) This relative entropy is 0 if the two probabilistic models are equal. The larger the difference, the larger the value. Since the similarity between the two probabilistic models reflects the similarity between corresponding chromosome populations, the similarity between populations can be determined using relative entropy.

【0063】確率モデル間制御部34は、例えば、相対
エントロピーが所定のしきい値より小さければ、2つの
集団が類似していると判定し、それが所定のしきい値以
上であれば、2つの集団は類似していないと判定する。
For example, if the relative entropy is smaller than a predetermined threshold value, the inter-probabilistic model control unit 34 determines that the two groups are similar, and if it is equal to or larger than the predetermined threshold value, then The two groups are judged not to be similar.

【0064】2つの集団が互いに類似している場合、そ
の一方の集団の評価関数を、他方の集団に基づく対数オ
ッズ比をペナルティとして用いて変更することで、前者
の集団を類似性がない領域に誘導することが可能であ
る。
When the two groups are similar to each other, the evaluation function of the one group is changed by using the logarithmic odds ratio based on the other group as a penalty, so that the former group has no similarity. Can be guided to.

【0065】ここで、図12に示すような染色体集団を
用いて、ペナルティの計算方法の例を説明する。図12
は、染色体集団と(4)式の評価関数f(xi )の計算
結果を示している。この染色体集団の確率モデルは、図
11の確率モデルP1に一致している。確率モデルP1
とP2が類似しているとき、各染色体について、(2)
式の対数オッズ比を確率モデルP2に基づいて計算する
と、以下のようになる。 染色体1(1130) log−odds=log(0.4)+log(0.4)+log(0.2) +log(0.2)−4log(1/4) =0.712287 染色体2(0312) log−odds=log(0.4)+log(0.2)+log(0.4) +log(0.2)−4log(1/4) =0.712287 染色体3(2103) log−odds=log(0.2)+log(0.4)+log(0.2) +log(0.2)−4log(1/4) =−0.287713 染色体4(1210) log−odds=log(0.4)+log(0.4)+log(0.4) +log(0.2)−4log(1/4) =1.712287 染色体5(2301) log−odds=log(0.2)+log(0.2)+log(0.2) +log(0.4)−4log(1/4) =−0.287713 これらの対数オッズ比は、各個体の確率モデルP2に対
する適合度を表しており、その値が大きいほど確率モデ
ルP2にフィットしていることを意味する。そこで、対
数オッズ比が大きい個体の評価を低くするために、評価
関数f(xi )に対して、次式のような実効評価関数f
e(xi )を定義する。 fe(xi )=f(xi )+α*log−odds (7) ここで、αは定数である。確率モデル間制御部34は、
このfe(xi )を用いて各染色体を評価し、評価値の
良い所定数の染色体を選択して、対応するGA部32に
渡す。この場合、確率モデルP2にフィットしている個
体のfe(xi)は、f(xi )より大きくなり、評価
値が悪くなる。このため、結果として、対応するGA部
32は、確率モデルP2から乖離した他の探索点をより
多く探索するようになる。
Here, an example of a method of calculating a penalty will be described using a chromosome group as shown in FIG. 12
Indicates the calculation result of the chromosome population and the evaluation function f (x i ) of the equation (4). The probabilistic model of this chromosome population is in agreement with the probabilistic model P1 of FIG. Stochastic model P1
And P2 are similar, for each chromosome (2)
The logarithmic odds ratio of the equation is calculated based on the probabilistic model P2 as follows. Chromosome 1 (1130) log-odds = log (0.4) + log (0.4) + log (0.2) + log (0.2) -4log (1/4) = 0.712287 Chromosome 2 (0312) log -Odds = log (0.4) + log (0.2) + log (0.4) + log (0.2) -4log (1/4) = 0.712287 Chromosome 3 (2103) log-odds = log (0 .2) + log (0.4) + log (0.2) + log (0.2) -4log (1/4) =-0.287713 chromosome 4 (1210) log-odds = log (0.4) + log ( 0.4) + log (0.4) + log (0.2) -4log (1/4) = 1.712287 Chromosome 5 (2301) log-odds = log (0.2) + log (0. ) + Log (0.2) + log (0.4) -4log (1/4) =-0.287713 These logarithmic odds ratios represent the goodness of fit of each individual to the probability model P2, and their values are large. It means that the probability model P2 is more fitted. Therefore, in order to lower the evaluation of an individual log odds ratio is large, the evaluation function f (x i), the effective evaluation function f as follows
Define e (x i ). fe (x i ) = f (x i ) + α * log−odds (7) where α is a constant. The inter-stochastic model control unit 34
Each chromosome is evaluated using this fe (x i ), and a predetermined number of chromosomes having a good evaluation value are selected and passed to the corresponding GA unit 32. In this case, fe (x i ) of the individual fitted to the probabilistic model P2 becomes larger than f (x i ) and the evaluation value becomes worse. Therefore, as a result, the corresponding GA unit 32 searches for more other search points deviated from the stochastic model P2.

【0066】α=10.0とおいて、図12の各染色体
について(7)式の実効評価関数値を計算すると、図1
3のようになる。また、図11の確率モデルP2の分布
からは、この確率モデルの集団が 外1 を最小にする
点の付近に存在することが読
When α = 10.0 is calculated and the effective evaluation function value of the equation (7) is calculated for each chromosome of FIG.
It becomes like 3. Further, from the distribution of the probabilistic model P2 in FIG. 11, it can be seen that the population of this probabilistic model exists near the point that minimizes Out 1.

【0067】[0067]

【外1】 [Outer 1]

【0068】み取れる。図13では、最も良い評価関数
値の染色体4は、この付近にある個体であり、その対数
オッズ比は最も大きくなっている。したがって、実効評
価関数値による評価は大幅に悪くなっている。
Can be picked up. In FIG. 13, the chromosome 4 having the best evaluation function value is an individual in this vicinity, and its log odds ratio is the largest. Therefore, the evaluation based on the effective evaluation function value is significantly deteriorated.

【0069】一方、確率モデルP2から乖離した領域に
ある染色体3および染色体5は、対数オッズ比が小さい
ため、実効評価関数値による評価は良くなっている。こ
のように、(7)式の実効評価関数を用いることで、あ
る集団の探索範囲から他の集団の近傍を排除する効果が
ある。
On the other hand, since the logarithmic odds ratio of the chromosome 3 and the chromosome 5 in the region deviated from the stochastic model P2 is small, the evaluation by the effective evaluation function value is good. Thus, by using the effective evaluation function of Expression (7), there is an effect of excluding the neighborhood of another group from the search range of a certain group.

【0070】以上説明したように、複数の染色体集団を
有するPGAにおいて、確率モデルを用いて集団同士を
比較し、比較結果に基づいて探索領域の競合を調整する
ことで、これらの集団を互いに異なる探索領域に振り分
けることができる。したがって、全体としての探索効率
が向上する。
As described above, in a PGA having a plurality of chromosome populations, the populations are made different from each other by comparing the populations using a probability model and adjusting the competition of the search region based on the comparison result. It can be assigned to the search area. Therefore, the search efficiency as a whole is improved.

【0071】次に、図14から図17までを参照しなが
ら、図2および図9の処理装置が航空ダイヤのスケジュ
ーリングを行う場合の処理を説明する。図14は、この
場合のGA演算部23およびGA部32が評価関数(適
応度)を計算するための構成を示している。図14のフ
ライトオブジェクト41とフライトスケジュール管理部
42は、先願の「オブジェクト指向遺伝的アルゴリズム
を用いた最適化方法及び装置」(特開平11−5333
7)に示されているように、オブジェクト指向プログラ
ミングによりプログラムされる。
Next, with reference to FIGS. 14 to 17, a description will be given of the processing in the case where the processing device of FIGS. 2 and 9 performs scheduling of an airline schedule. FIG. 14 shows a configuration for the GA calculation unit 23 and the GA unit 32 in this case to calculate an evaluation function (fitness). The flight object 41 and the flight schedule management unit 42 of FIG.
It is programmed by object-oriented programming as shown in 7).

【0072】フライトスケジュール管理部42は、与え
られた染色体データをデコードしてスケジューリングの
パラメータを求め、得られたパラメータに基づくシミュ
レーションを指示するメッセージをフライトオブジェク
ト41に送る。
The flight schedule management unit 42 decodes the given chromosome data to obtain scheduling parameters, and sends a message instructing the simulation based on the obtained parameters to the flight object 41.

【0073】フライトオブジェクト21は、空港やスポ
ットのデータを保持しており、渡されたパラメータに基
づいてフライトシミュレーションを行って、得られたシ
ミュレーション結果をフライトスケジュール管理部42
に返す。
The flight object 21 holds data of airports and spots, performs flight simulation based on the passed parameters, and obtains the obtained simulation result in the flight schedule management unit 42.
Return to.

【0074】フライトスケジュール管理部42は、返さ
れたシミュレーション結果から所定のアルゴリズムによ
り適応度を計算し、それを出力する。また、終了条件が
満たされると、その時点で最高の適応度を持つ染色体を
デコードし、得られたパラメータにより記述される航空
ダイヤをスケジュール結果として出力する。
The flight schedule management unit 42 calculates the fitness from a returned simulation result by a predetermined algorithm and outputs it. When the end condition is satisfied, the chromosome having the highest fitness at that time is decoded and the flight schedule described by the obtained parameters is output as the schedule result.

【0075】航空ダイヤに含まれる各便の便データは、
例えば、図15に示すように、便名(Flight-ID )、希
望出発時刻(Depart-time )、時間幅(Time-Window
)、および割当可能機種(Available-Ship-Type )の
情報により指定される。ここでは、便名は#3であり、
希望出発時刻は10:00であり、時間幅は−20分お
よび+10分である。これは、#3便の出発時刻が9:
40〜10:10の間に制限されることを意味してい
る。また、割当可能機種(Ship-Type )はB−747、
B−777、およびB−767に制限される。
Flight data for each flight included in the airline schedule is as follows:
For example, as shown in FIG. 15, flight number (Flight-ID), desired departure time (Depart-time), time width (Time-Window)
), And the information of the assignable model (Available-Ship-Type). Here, the flight number is # 3,
The desired departure time is 10:00, and the time width is -20 minutes and +10 minutes. This is the departure time of Flight # 3 is 9:
It is meant to be limited between 40 and 10:10. Also, the assignable model (Ship-Type) is B-747,
Limited to B-777 and B-767.

【0076】この場合、これらの制限を守りながら、割
当不能な便が発生しないように、すべての便の出発時刻
と機種を決定することがスケジューリングの目的とな
る。今、航空ダイヤに含まれる便の便名が#1,#2,
#3,...,#lastであるとすると、この問題を
扱うための染色体データは、例えば、図16に示すよう
にコーディングされる。
In this case, the purpose of scheduling is to determine the departure times and aircraft types of all flights so as not to generate unallocatable flights while keeping these restrictions. Now, the flight numbers of the flights included in the airline schedule are # 1, # 2.
# 3 ,. . . , #Last, the chromosome data for dealing with this problem is coded as shown in FIG. 16, for example.

【0077】図16の染色体において、各便のデータは
TimeおよびShip−Typeの2つの遺伝子座を
有し、それらの対立遺伝子は0〜255であるものとす
る。ここで、Timeの遺伝子の値をtとし、Ship
−Typeの遺伝子の値をsとすると、#3便の出発時
刻および機種は次式により与えられる。 出発時刻=(t%7)に対応する時刻 (8) 機種=(s%3)に対応する機種 (9) “%”は剰余演算を表し、例えば、t%7はtを7で割
ったときの剰余(0,1,2,3,4,5,6)に対応
する。s%3についても同様である。また、得られた剰
余の値と時刻/機種との対応関係は、図17に示すよう
になる。図17では、出発時刻の候補として、9:40
〜10:10を5分間隔で区切って得られる7つの時刻
が用いられており、それぞれの時刻に対して1つの剰余
の値が対応付けられている。また、3つの割当可能機種
B−747、B−777、およびB−767のそれぞれ
に対して、1つの剰余の値が対応付けられている。
In the chromosome of FIG. 16, each stool data has two loci, Time and Ship-Type, and their alleles are 0 to 255. Here, the value of the Time gene is set to t, and Ship
When the value of the -Type gene is s, the departure time and the type of flight # 3 are given by the following equation. Time corresponding to departure time = (t% 7) (8) Machine corresponding to model = (s% 3) (9) "%" represents the remainder calculation, for example, t% 7 is t divided by 7. Corresponds to the remainder (0,1,2,3,4,5,6). The same applies to s% 3. The correspondence between the obtained remainder value and time / model is as shown in FIG. In FIG. 17, the departure time candidate is 9:40.
Seven times obtained by dividing 10:10 at 5 minute intervals are used, and one value of the remainder is associated with each time. Further, one surplus value is associated with each of the three assignable models B-747, B-777, and B-767.

【0078】このような対応関係を#1〜#lastの
すべての便に対して定義すれば、(8)、(9)式と同
様の剰余演算により、染色体データをデコードすること
ができる。フライトスケジュール管理部42は、こうし
て得られたすべての便の出発時刻、割当機種等のパラメ
ータをフライトオブジェクト41に渡し、フライトオブ
ジェクト41は、それらのパラメータにより記述される
航空ダイヤのシミュレーションを行う。適応度は、得ら
れたシミュレーション結果に応じて動的に計算される。
If such correspondences are defined for all flights # 1 to #last, the chromosome data can be decoded by the remainder calculation similar to the equations (8) and (9). The flight schedule management unit 42 passes the parameters such as the departure times and the assigned aircraft types of all the flights thus obtained to the flight object 41, and the flight object 41 simulates the flight schedule described by these parameters. The fitness is dynamically calculated according to the obtained simulation result.

【0079】このような航空ダイヤのスケジューリング
以外にも、配送計画問題、人員配置問題、工場等におけ
るショップスケジューリング等の様々な最適化問題に対
して、本発明を適用することができる。
The present invention can be applied to various optimization problems such as a delivery planning problem, a staffing problem, a shop scheduling in a factory, etc., in addition to the scheduling of airline schedules.

【0080】ところで、図2および図9の処理装置は、
例えば、図18に示すような情報処理装置(コンピュー
タ)を用いて構成することができる。図18の情報処理
装置は、CPU(中央処理装置)51、メモリ52、入
力装置53、出力装置54、外部記憶装置55、媒体駆
動装置56、およびネットワーク接続装置57を備え、
それらはバス58により互いに接続されている。
By the way, the processing apparatus shown in FIGS.
For example, it can be configured using an information processing device (computer) as shown in FIG. The information processing apparatus of FIG. 18 includes a CPU (central processing unit) 51, a memory 52, an input device 53, an output device 54, an external storage device 55, a medium drive device 56, and a network connection device 57.
They are connected to each other by a bus 58.

【0081】メモリ52は、例えば、ROM(read onl
y memory)、RAM(random access memory)等を含
み、処理に用いられるプログラムとデータを格納する。
CPU51は、メモリ52を利用してプログラムを実行
することにより、必要な処理を行う。
The memory 52 is, for example, a ROM (read onl).
y memory), RAM (random access memory), etc., and stores programs and data used for processing.
The CPU 51 performs the necessary processing by executing the program using the memory 52.

【0082】例えば、図2の初期染色体発生部21、G
A演算部23、遺伝子統計演算部24、染色体発生部2
6、染色体選択部27、終了判定部28、および確率モ
デル制御部29と、図9のGA間制御部31、GA部3
2、確率モデル間制御部34、および距離計算部35
は、プログラムにより記述されたソフトウェアコンポー
ネントとして、メモリ52の特定のプログラムコードセ
グメントに格納される。
For example, the early chromosome generating part 21, G in FIG.
A calculation unit 23, gene statistical calculation unit 24, chromosome generation unit 2
6, chromosome selection unit 27, end determination unit 28, probabilistic model control unit 29, GA inter-GA control unit 31, GA unit 3 of FIG.
2, inter-probability model control unit 34, and distance calculation unit 35
Is stored in a particular program code segment of memory 52 as a software component described by the program.

【0083】また、図2の染色体集団記憶部22および
確率モデル記憶部25と、図9の確率モデル記憶部33
は、メモリ52の特定の記憶領域に対応する。図9に示
した並列GAの場合、複数のGA部32は、マルチタス
ク処理により、並行して最適化演算を行う。
Further, the chromosome group storage unit 22 and the probability model storage unit 25 in FIG. 2 and the probability model storage unit 33 in FIG.
Corresponds to a specific storage area of the memory 52. In the case of the parallel GA shown in FIG. 9, the plurality of GA units 32 perform optimization calculation in parallel by multitask processing.

【0084】入力装置53は、例えば、キーボード、ポ
インティングデバイス、タッチパネル等であり、ユーザ
からの指示や情報の入力に用いられる。出力装置54
は、例えば、ディスプレイ、プリンタ、スピーカ等であ
り、ユーザへの問い合わせや処理結果の出力に用いられ
る。
The input device 53 is, for example, a keyboard, a pointing device, a touch panel, etc., and is used for inputting instructions and information from the user. Output device 54
Is, for example, a display, a printer, a speaker, etc., and is used for inquiring to the user and outputting the processing result.

【0085】外部記憶装置55は、例えば、磁気ディス
ク装置、光ディスク装置、光磁気ディスク装置、テープ
装置等である。情報処理装置は、この外部記憶装置55
に、上述のプログラムとデータを保存しておき、必要に
応じて、それらをメモリ52にロードして使用する。
The external storage device 55 is, for example, a magnetic disk device, an optical disk device, a magneto-optical disk device, a tape device or the like. The information processing device is the external storage device 55.
In addition, the programs and data described above are stored, and if necessary, they are loaded into the memory 52 for use.

【0086】媒体駆動装置56は、可搬記録媒体59を
駆動し、その記録内容にアクセスする。可搬記録媒体5
9としては、メモリカード、フロッピー(登録商標)デ
ィスク、CD−ROM(compact disk read only memor
y )、光ディスク、光磁気ディスク等、任意のコンピュ
ータ読み取り可能な記録媒体が用いられる。ユーザは、
この可搬記録媒体59に上述のプログラムとデータを格
納しておき、必要に応じて、それらをメモリ52にロー
ドして使用する。
The medium driving device 56 drives the portable recording medium 59 and accesses the recorded contents. Portable recording medium 5
Reference numeral 9 denotes a memory card, a floppy (registered trademark) disk, a CD-ROM (compact disk read only memor)
y), an optical disk, a magneto-optical disk, or any other computer-readable recording medium is used. The user
The above-mentioned program and data are stored in the portable recording medium 59, and they are loaded into the memory 52 for use as needed.

【0087】ネットワーク接続装置57は、LAN(lo
cal area network)等の任意の通信ネットワークに接続
され、通信に伴うデータ変換を行う。また、情報処理装
置は、上述のプログラムとデータをネットワーク接続装
置57を介して他の装置から受け取り、必要に応じて、
それらをメモリ52にロードして使用する。
The network connection device 57 is a LAN (lo
It is connected to any communication network such as a cal area network) and performs data conversion accompanying communication. Further, the information processing device receives the above-mentioned program and data from another device via the network connection device 57, and if necessary,
They are loaded into the memory 52 and used.

【0088】図19は、図18の情報処理装置にプログ
ラムとデータを供給することのできるコンピュータ読み
取り可能な記録媒体を示している。可搬記録媒体59や
サーバ60のデータベース61に保存されたプログラム
とデータは、メモリ52にロードされる。このとき、サ
ーバ60は、プログラムとデータを搬送する搬送信号を
生成し、ネットワーク上の任意の伝送媒体を介して情報
処理装置に送信する。そして、CPU51は、そのデー
タを用いてそのプログラムを実行し、必要な処理を行
う。
FIG. 19 shows a computer-readable recording medium capable of supplying a program and data to the information processing apparatus of FIG. The programs and data stored in the portable recording medium 59 or the database 61 of the server 60 are loaded into the memory 52. At this time, the server 60 generates a carrier signal for carrying the program and data, and transmits the carrier signal to the information processing device via an arbitrary transmission medium on the network. Then, the CPU 51 executes the program using the data and performs the necessary processing.

【0089】また、図9の最適化問題処理装置は、図1
8のような情報処理装置以外にも、複数のプロセッシン
グエレメント(PE)を搭載した並列計算機により実現
することができる。この場合、各PEが各GA部32の
プログラムを実行することで、並列処理が行われる。
Further, the optimization problem processing device of FIG.
It can be realized by a parallel computer equipped with a plurality of processing elements (PEs) other than the information processing device such as 8. In this case, parallel processing is performed by each PE executing the program of each GA unit 32.

【0090】(付記1) 遺伝的アルゴリズムを用いた
最適化問題処理装置であって、個体集団の情報を格納す
る集団格納手段と、前記個体集団の対立遺伝子の出現確
率を表す確率モデルの情報を格納するモデル格納手段
と、前記確率モデルを参照して新たな個体を生成し、生
成した個体を次世代の個体として前記集団格納手段に格
納する発生手段と、前記集団格納手段内の個体集団に対
して遺伝的アルゴリズムの操作を施す操作手段と操作結
果を出力する出力手段とを備えることを特徴とする最適
化問題処理装置。 (付記2) 前記発生手段は、1つの個体の複数の遺伝
子座について、高い出現確率を有する対立遺伝子同士を
組み合わせることで、前記新たな個体を生成することを
特徴とする付記1記載の最適化問題処理装置。 (付記3) 遺伝的アルゴリズムを用いた最適化問題処
理装置であって、個体集団の情報を格納する集団格納手
段と、前記個体集団の対立遺伝子の出現確率を表す確率
モデルの情報を格納するモデル格納手段と、前記確率モ
デルを参照して前記個体集団から個体を選択し、選択し
た個体を次世代の個体として前記集団格納手段に格納す
る選択手段と、前記集団格納手段内の個体集団に対して
遺伝的アルゴリズムの操作を施す操作手段と操作結果を
出力する出力手段とを備えることを特徴とする最適化問
題処理装置。 (付記4) 前記選択手段は、前記確率モデルに基づく
実効評価関数を用いて前記個体集団の個体を評価し、評
価の良い順に所定数の個体を選択することを特徴とする
付記3記載の最適化問題処理装置。 (付記5) 遺伝的アルゴリズムを用いた最適化問題処
理装置であって、複数の個体集団の情報をそれぞれ格納
する複数の集団格納手段と、各個体集団の対立遺伝子の
出現確率を表す確率モデルの情報を格納する複数のモデ
ル格納手段と、前記確率モデルを参照して、前記複数の
個体集団のうちの2つの集団を比較し、該2つの集団の
少なくとも一方から個体を選択し、選択した個体を次世
代の個体として、対応する集団格納手段に格納する選択
手段と、前記複数の集団格納手段内の個体集団に対し
て、それぞれ遺伝的アルゴリズムの操作を施す複数の操
作手段と操作結果を出力する出力手段とを備えることを
特徴とする最適化問題処理装置。 (付記6) 前記選択手段は、前記2つの集団のうち一
方の集団の確率モデルに基づく実効評価関数を用いて、
該2つの集団のうち他方の集団の個体を評価し、該他方
の集団から評価の良い順に所定数の個体を選択すること
を特徴とする付記5記載の最適化問題処理装置。 (付記7) 遺伝的アルゴリズムを用いて最適化問題を
処理するコンピュータのためのプログラムであって、個
体集団の情報を、前記コンピュータの集団記憶部に格納
し、前記個体集団の対立遺伝子の出現確率を表す確率モ
デルの情報を、前記コンピュータのモデル記憶部に格納
し、前記確率モデルを参照して新たな個体を生成し、生
成した個体を次世代の個体として前記集団記憶部に格納
し、前記集団記憶部内の個体集団に対して遺伝的アルゴ
リズムの操作を施し、操作結果を出力する処理を前記コ
ンピュータに実行させるためのプログラム。 (付記8) 遺伝的アルゴリズムを用いて最適化問題を
処理するコンピュータのためのプログラムであって、個
体集団の情報を、前記コンピュータの集団記憶部に格納
し、前記個体集団の対立遺伝子の出現確率を表す確率モ
デルの情報を、前記コンピュータのモデル記憶部に格納
し、前記確率モデルを参照して前記個体集団から個体を
選択し、選択した個体を次世代の個体として前記集団記
憶部に格納し、前記集団記憶部内の個体集団に対して遺
伝的アルゴリズムの操作を施し、操作結果を出力する処
理を前記コンピュータに実行させるためのプログラム。 (付記9) 遺伝的アルゴリズムを用いて最適化問題を
処理するコンピュータのためのプログラムであって、複
数の個体集団の情報を、前記コンピュータの複数の集団
記憶部にそれぞれ格納し、各個体集団の対立遺伝子の出
現確率を表す確率モデルの情報を、前記コンピュータの
複数のモデル格納手段に格納し、前記確率モデルを参照
して、前記複数の個体集団のうちの2つの集団の確率モ
デルを比較し、該2つの集団の少なくとも一方から個体
を選択し、選択した個体を次世代の個体として、対応す
る集団記憶部に格納し、前記複数の集団記憶部内の個体
集団に対して、それぞれ遺伝的アルゴリズムの操作を施
し、操作結果を出力する処理を前記コンピュータに実行
させるためのプログラム。 (付記10) 遺伝的アルゴリズムを用いて最適化問題
を処理するコンピュータのためのプログラムを記録した
記録媒体であって、該プログラムは、個体集団の情報
を、前記コンピュータの集団記憶部に格納し、前記個体
集団の対立遺伝子の出現確率を表す確率モデルの情報
を、前記コンピュータのモデル記憶部に格納し、前記確
率モデルを参照して新たな個体を生成し、生成した個体
を次世代の個体として前記集団記憶部に格納し、前記集
団記憶部内の個体集団に対して遺伝的アルゴリズムの操
作を施し、操作結果を出力する処理を前記コンピュータ
に実行させることを特徴とするコンピュータ読み取り可
能な記録媒体。 (付記11) 遺伝的アルゴリズムを用いて最適化問題
を処理するコンピュータのためのプログラムを記録した
記録媒体であって、該プログラムは、個体集団の情報
を、前記コンピュータの集団記憶部に格納し、前記個体
集団の対立遺伝子の出現確率を表す確率モデルの情報
を、前記コンピュータのモデル記憶部に格納し、前記確
率モデルを参照して前記個体集団から個体を選択し、選
択した個体を次世代の個体として前記集団記憶部に格納
し、前記集団記憶部内の個体集団に対して遺伝的アルゴ
リズムの操作を施し、操作結果を出力する処理を前記コ
ンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータ
読み取り可能な記録媒体。 (付記12) 遺伝的アルゴリズムを用いて最適化問題
を処理するコンピュータのためのプログラムを記録した
記録媒体であって、該プログラムは、複数の個体集団の
情報を、前記コンピュータの複数の集団記憶部にそれぞ
れ格納し、各個体集団の対立遺伝子の出現確率を表す確
率モデルの情報を、前記コンピュータの複数のモデル格
納手段に格納し、前記確率モデルを参照して、前記複数
の個体集団のうちの2つの集団の確率モデルを比較し、
該2つの集団の少なくとも一方から個体を選択し、選択
した個体を次世代の個体として、対応する集団記憶部に
格納し、前記複数の集団記憶部内の個体集団に対して、
それぞれ遺伝的アルゴリズムの操作を施し、操作結果を
出力する処理を前記コンピュータに実行させることを特
徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
(Supplementary Note 1) An optimization problem processing device using a genetic algorithm, which includes a group storage unit for storing information on an individual population and information on a probabilistic model representing the occurrence probability of alleles of the individual population. Model storing means for storing, generating means for generating a new individual by referring to the probabilistic model, and storing the generated individual in the group storing means as a next-generation individual, and an individual group in the group storing means On the other hand, an optimization problem processing device comprising an operating means for performing an operation of a genetic algorithm and an output means for outputting an operation result. (Supplementary Note 2) The optimization according to Supplementary Note 1, wherein the generating unit generates the new individual by combining alleles having high occurrence probabilities with respect to a plurality of loci of one individual. Problem processor. (Supplementary Note 3) An optimization problem processing device using a genetic algorithm, which is a model for storing population storage means for storing information on an individual population, and information for a probabilistic model representing the occurrence probability of alleles of the individual population. Storage means, selecting means for selecting an individual from the population of individuals with reference to the probabilistic model, and storing the selected individual as the next-generation individual in the population storage means; and for the population of individuals in the population storage means An optimization problem processing device, comprising: an operation unit for performing an operation of a genetic algorithm and an output unit for outputting an operation result. (Supplementary note 4) The optimum according to supplementary note 3, characterized in that the selecting means evaluates the individuals of the individual population using an effective evaluation function based on the probability model, and selects a predetermined number of individuals in descending order of evaluation. Problem solver. (Supplementary note 5) An optimization problem processing device using a genetic algorithm, comprising: a plurality of group storage means for respectively storing information of a plurality of individual populations; and a probabilistic model representing probability of occurrence of alleles in each individual population. A plurality of model storing means for storing information and the probabilistic model are referred to, two groups of the plurality of individual groups are compared, an individual is selected from at least one of the two groups, and the selected individual is selected. Is output as a next-generation individual, a plurality of operating means for performing a genetic algorithm operation on the individual populations in the plurality of population storing means, and an operation result are output. An optimization problem processing device, comprising: (Supplementary Note 6) The selection means uses an effective evaluation function based on a probability model of one of the two populations,
6. The optimization problem processing device according to appendix 5, wherein individuals of the other group of the two groups are evaluated, and a predetermined number of individuals are selected from the other group in order of good evaluation. (Supplementary Note 7) A program for a computer that processes an optimization problem using a genetic algorithm, wherein information on an individual population is stored in a population storage unit of the computer, and the occurrence probability of alleles of the individual population is stored. Is stored in the model storage unit of the computer, a new individual is generated by referring to the probabilistic model, the generated individual is stored in the group storage unit as a next-generation individual, A program for causing the computer to execute a process of performing a genetic algorithm operation on an individual population in a population storage unit and outputting an operation result. (Supplementary note 8) A program for a computer that processes an optimization problem using a genetic algorithm, wherein information on an individual population is stored in a population storage unit of the computer, and the occurrence probability of alleles of the individual population is stored. Is stored in a model storage unit of the computer, an individual is selected from the individual population by referring to the probabilistic model, and the selected individual is stored in the population storage unit as a next-generation individual. A program for causing a computer to perform a process of performing a genetic algorithm operation on an individual population in the population storage unit and outputting an operation result. (Supplementary Note 9) A program for a computer that processes an optimization problem using a genetic algorithm, wherein information on a plurality of individual populations is stored in a plurality of population storage units of the computer, and Information on a probabilistic model representing the occurrence probability of an allele is stored in a plurality of model storage means of the computer, and the probabilistic model is referenced to compare the probabilistic models of two populations of the plurality of individual populations. , An individual is selected from at least one of the two populations, the selected individual is stored as a next-generation individual in a corresponding population storage unit, and a genetic algorithm is applied to each of the populations in the plurality of population storage units. A program for causing the computer to perform a process of performing the operation of, and outputting the operation result. (Supplementary Note 10) A recording medium recording a program for a computer that processes an optimization problem using a genetic algorithm, the program storing information on an individual population in a population storage unit of the computer, Information of a probabilistic model representing the occurrence probability of alleles of the individual population is stored in a model storage unit of the computer, a new individual is generated by referring to the probabilistic model, and the generated individual is used as a next-generation individual. A computer-readable recording medium that stores in the group storage unit, performs a genetic algorithm operation on an individual population in the group storage unit, and causes the computer to perform a process of outputting an operation result. (Supplementary Note 11) A recording medium recording a program for a computer that processes an optimization problem using a genetic algorithm, the program storing information on an individual population in a population storage unit of the computer, Information of a probabilistic model representing the occurrence probability of alleles of the individual population is stored in the model storage unit of the computer, an individual is selected from the individual population by referring to the probabilistic model, and the selected individual A computer-readable record characterized by storing as an individual in the group storage unit, performing a genetic algorithm operation on an individual population in the group storage unit, and causing the computer to execute a process of outputting an operation result. Medium. (Supplementary Note 12) A recording medium recording a program for a computer that processes an optimization problem using a genetic algorithm, the program storing information on a plurality of individual populations in a plurality of population storage units of the computer. Stored in a plurality of model storage means of the computer, the information of the probabilistic model representing the appearance probability of alleles of each individual population, among the plurality of individual populations by referring to the probabilistic model. Compare the two population probabilistic models,
An individual is selected from at least one of the two populations, the selected individual is stored as a next-generation individual in the corresponding population storage unit, and the individual populations in the plurality of population storage units are
A computer-readable recording medium, characterized in that the computer is caused to perform a process of outputting a genetic algorithm operation and outputting an operation result.

【0091】[0091]

【発明の効果】本発明によれば、GAの染色体集団から
生成した確率モデルを用いて、GA操作を効率化するよ
うな染色体を次世代に組み入れることが可能となる。し
たがって、確率モデルを用いない場合より解の探索効率
が向上する。
EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, it becomes possible to incorporate into the next generation a chromosome that makes GA operation efficient by using a probabilistic model generated from a GA chromosome population. Therefore, the search efficiency of the solution is improved as compared with the case where the probabilistic model is not used.

【0092】また、並列GAの各染色体集団の確率モデ
ルを用いて集団間の差異を評価することで、これらの集
団を異なる領域に分散させることが可能となる。したが
って、並列GAの探索効率が向上する。
Further, by evaluating the difference between populations using the probabilistic model of each chromosome population of parallel GA, it becomes possible to disperse these populations in different regions. Therefore, the search efficiency of the parallel GA is improved.

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

【図1】本発明の最適化問題処理装置の原理図である。FIG. 1 is a principle diagram of an optimization problem processing device of the present invention.

【図2】第1の処理装置の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a first processing device.

【図3】第1のGA処理のフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart of first GA processing.

【図4】第1の染色体集団と評価関数値を示す図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing a first chromosome population and evaluation function values.

【図5】単純GAの確率モデルを示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a probabilistic model of a simple GA.

【図6】コンセンサス配列を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a consensus sequence.

【図7】染色体集団とコンセンサス配列の比較を示す図
である。
FIG. 7 is a diagram showing a comparison between a chromosome population and a consensus sequence.

【図8】第1の実効評価関数値を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a first effective evaluation function value.

【図9】第2の処理装置の構成図である。FIG. 9 is a configuration diagram of a second processing device.

【図10】第2のGA処理のフローチャートである。FIG. 10 is a flowchart of second GA processing.

【図11】並列GAの確率モデルを示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a stochastic model of a parallel GA.

【図12】第2の染色体集団と評価関数値を示す図であ
る。
FIG. 12 is a diagram showing a second chromosome population and evaluation function values.

【図13】第2の実効評価関数値を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a second effective evaluation function value.

【図14】GA演算部およびGA部の例を示す図であ
る。
FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a GA calculation unit and a GA unit.

【図15】便データの指定例を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing an example of specifying flight data.

【図16】染色体データを示す図である。FIG. 16 is a diagram showing chromosome data.

【図17】デコードのための対応関係を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing a correspondence relationship for decoding.

【図18】情報処理装置の構成図である。FIG. 18 is a configuration diagram of an information processing device.

【図19】記録媒体を示す図である。FIG. 19 is a diagram showing a recording medium.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 集団格納手段 12 モデル格納手段 13 発生手段 14 選択手段 15 操作手段 16 出力手段 21 初期染色体発生部 22 染色体集団記憶部 23 GA演算部 24 遺伝子統計演算部 25、33 確率モデル記憶部 26 染色体発生部 27 染色体選択部 28 終了判定部 29 確率モデル制御部 31 GA間制御部 32 GA部 34 確率モデル間制御部 35 距離計算部 41 フライトオブジェクト 42 フライトスケジュール管理部 51 CPU 52 メモリ 53 入力装置 54 出力装置 55 外部記憶装置 56 媒体駆動装置 57 ネットワーク接続装置 58 バス 59 可搬記録媒体 60 サーバ 61 データベース 11 Group storage means 12 Model storage means 13 means of generation 14 Selection means 15 Operation means 16 Output means 21 Early Chromosomal Development 22 Chromosome population storage 23 GA calculation unit 24 Gene statistical operation part 25, 33 Probabilistic model storage unit 26 Chromosome origin 27 Chromosome selection part 28 End determination unit 29 Probabilistic model control unit Control unit between 31 GA 32 GA part 34 Stochastic model control unit 35 Distance calculator 41 flight objects 42 Flight Schedule Management Department 51 CPU 52 memory 53 Input device 54 Output device 55 External storage device 56 medium drive 57 Network connection device 58 bus 59 Portable recording medium 60 servers 61 Database

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 遺伝的アルゴリズムを用いた最適化問題
処理装置であって、 個体集団の情報を格納する集団格納手段と、 前記個体集団の対立遺伝子の出現確率を表す確率モデル
の情報を格納するモデル格納手段と、 前記確率モデルを参照して新たな個体を生成し、生成し
た個体を次世代の個体として前記集団格納手段に格納す
る発生手段と、 前記集団格納手段内の個体集団に対して遺伝的アルゴリ
ズムの操作を施す操作手段と操作結果を出力する出力手
段とを備えることを特徴とする最適化問題処理装置。
1. An optimization problem processing device using a genetic algorithm, comprising: a group storage unit for storing information on an individual population; and information on a probabilistic model representing the occurrence probability of alleles of the individual population. Model storing means, generating means for generating a new individual by referring to the probabilistic model, and storing the generated individual in the group storing means as a next-generation individual; An optimization problem processing device, comprising: an operating means for operating a genetic algorithm and an output means for outputting an operation result.
【請求項2】 遺伝的アルゴリズムを用いた最適化問題
処理装置であって、 個体集団の情報を格納する集団格納手段と、 前記個体集団の対立遺伝子の出現確率を表す確率モデル
の情報を格納するモデル格納手段と、 前記確率モデルを参照して前記個体集団から個体を選択
し、選択した個体を次世代の個体として前記集団格納手
段に格納する選択手段と、 前記集団格納手段内の個体集団に対して遺伝的アルゴリ
ズムの操作を施す操作手段と操作結果を出力する出力手
段とを備えることを特徴とする最適化問題処理装置。
2. An optimization problem processing device using a genetic algorithm, comprising: a population storage means for storing information on an individual population; and information on a probabilistic model representing the occurrence probability of alleles of the individual population. Model storing means, selecting means for selecting an individual from the individual population with reference to the probabilistic model, and storing the selected individual in the group storing means as a next-generation individual; On the other hand, an optimization problem processing device comprising an operating means for performing an operation of a genetic algorithm and an output means for outputting an operation result.
【請求項3】 遺伝的アルゴリズムを用いた最適化問題
処理装置であって、 複数の個体集団の情報をそれぞれ格納する複数の集団格
納手段と、 各個体集団の対立遺伝子の出現確率を表す確率モデルの
情報を格納する複数のモデル格納手段と、 前記確率モデルを参照して、前記複数の個体集団のうち
の2つの集団を比較し、該2つの集団の少なくとも一方
から個体を選択し、選択した個体を次世代の個体とし
て、対応する集団格納手段に格納する選択手段と、 前記複数の集団格納手段内の個体集団に対して、それぞ
れ遺伝的アルゴリズムの操作を施す複数の操作手段と操
作結果を出力する出力手段とを備えることを特徴とする
最適化問題処理装置。
3. An optimization problem processor using a genetic algorithm, comprising a plurality of population storage means for respectively storing information of a plurality of populations, and a probabilistic model representing the probability of occurrence of alleles in each population. Of a plurality of model storing means for storing the information of the above and the probabilistic model, two groups of the plurality of individual groups are compared, and an individual is selected from at least one of the two groups and selected. A selection unit that stores the individual as a next-generation individual in the corresponding group storage unit, and a plurality of operation units that perform the operation of the genetic algorithm for the individual populations in the plurality of population storage units and operation results. An optimization problem processing device comprising: an output unit for outputting.
【請求項4】 遺伝的アルゴリズムを用いて最適化問題
を処理するコンピュータのためのプログラムであって、 個体集団の情報を、前記コンピュータの集団記憶部に格
納し、 前記個体集団の対立遺伝子の出現確率を表す確率モデル
の情報を、前記コンピュータのモデル記憶部に格納し、 前記確率モデルを参照して新たな個体を生成し、 生成した個体を次世代の個体として前記集団記憶部に格
納し、 前記集団記憶部内の個体集団に対して遺伝的アルゴリズ
ムの操作を施し、 操作結果を出力する処理を前記コンピュータに実行させ
るためのプログラム。
4. A program for a computer that processes an optimization problem using a genetic algorithm, wherein information on an individual population is stored in a population storage unit of the computer, and alleles of the individual population appear. Information of a probabilistic model representing a probability is stored in a model storage unit of the computer, a new individual is generated by referring to the probabilistic model, and the generated individual is stored in the group storage unit as a next-generation individual, A program for causing a computer to perform a process of performing a genetic algorithm operation on an individual population in the population storage unit and outputting an operation result.
【請求項5】 遺伝的アルゴリズムを用いて最適化問題
を処理するコンピュータのためのプログラムであって、 個体集団の情報を、前記コンピュータの集団記憶部に格
納し、 前記個体集団の対立遺伝子の出現確率を表す確率モデル
の情報を、前記コンピュータのモデル記憶部に格納し、 前記確率モデルを参照して前記個体集団から個体を選択
し、 選択した個体を次世代の個体として前記集団記憶部に格
納し、 前記集団記憶部内の個体集団に対して遺伝的アルゴリズ
ムの操作を施し、 操作結果を出力する処理を前記コンピュータに実行させ
るためのプログラム。
5. A program for a computer that processes an optimization problem using a genetic algorithm, wherein information on an individual population is stored in a population storage unit of the computer, and alleles of the individual population appear. Information on a probabilistic model representing a probability is stored in a model storage unit of the computer, an individual is selected from the population of individuals by referring to the probabilistic model, and the selected individual is stored in the population storage unit as a next-generation individual. A program for causing a computer to perform a process of performing a genetic algorithm operation on an individual population in the population storage unit and outputting an operation result.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005056421A (en) * 2003-08-05 2005-03-03 Mitsubishi Electric Research Laboratories Inc Method for solving combinatorial optimization problem containing a plurality of elements and values
JP2005202960A (en) * 2004-01-12 2005-07-28 Honda Research Inst Europe Gmbh Optimization method and optimization program
US8250007B2 (en) 2009-10-07 2012-08-21 King Fahd University Of Petroleum & Minerals Method of generating precedence-preserving crossover and mutation operations in genetic algorithms
KR101522306B1 (en) * 2013-05-09 2015-05-26 서울대학교산학협력단 A system and control method for a meta-heuristic algorithm utilizing similarity for performance enhancement
CN110806737A (en) * 2019-11-26 2020-02-18 北京工业大学 Production line equipment quantity optimization method based on minimum energy consumption and minimum time

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