JPH06290161A - Information processing system with combination limitation - Google Patents

Information processing system with combination limitation

Info

Publication number
JPH06290161A
JPH06290161A JP9724993A JP9724993A JPH06290161A JP H06290161 A JPH06290161 A JP H06290161A JP 9724993 A JP9724993 A JP 9724993A JP 9724993 A JP9724993 A JP 9724993A JP H06290161 A JPH06290161 A JP H06290161A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
individuals
type
combination
individual
crossover
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP9724993A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Ro
敏 呂
Naoki Kobogawa
直樹 小保川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chiyoda Corp
Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
Original Assignee
Chiyoda Corp
Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chiyoda Corp, Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd filed Critical Chiyoda Corp
Priority to JP9724993A priority Critical patent/JPH06290161A/en
Publication of JPH06290161A publication Critical patent/JPH06290161A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Feedback Control In General (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve the processing speed of an information processing system using genetic algorithm by excluding an individual to be the cause of repeated evaluation from the object of operation. CONSTITUTION:In the case that a generation consisting of four individuals S1=1001, S2=1011, S3=0111, S4=0110 is considered there are 6 kinds (=4!/2) of the possible combinations of this population (group). If random combination is executed while no combination limitation is given, there is possibility that the pairs of (S1, S2), (S3, S4) are combined. But no new individual is generated entirely from the intersection of this pair, and the useless repeated evaluation comes to be executed. Then, breeding potential Pg is used, and if a condition that only the pair whose Pg (where Pg=Dh+Ld, Dh is Hamming distance of possible combination, Ld is difference length) is over 3 is combined is added to the combination limitation, the combinations of (S1, S2) and (S3, S4) not to generate entirely the new individual are omitted from genetic algorithm processing (GA), and useless repetition is not executed.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、遺伝的アルゴリズムを
応用して、VLSIのセル配置の最適化、三層ニューラ
ルネットワークの中間層の数の最適化、スケジュールの
最適化などに用いる情報処理システムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention applies an genetic algorithm to optimize the cell layout of VLSI, optimize the number of intermediate layers of a three-layer neural network, optimize the schedule, etc. Regarding

【0002】[0002]

【従来の技術】遺伝的アルゴリズムは生物進化の過程を
モデル化し、工学的にシュミレーションしてそのメカニ
ズムを解明しようとする課程で見いだされた。現在で
は、生物の遺伝の研究のほかに、この遺伝的アルゴリズ
ムを工業などの他分野で従来手法では解決が困難であっ
た問題に有効に使えることがわかってきた。
2. Description of the Related Art Genetic algorithms have been found in the process of modeling the process of biological evolution and conducting engineering simulations to elucidate the mechanism. In addition to research on the genetics of living organisms, it has now been found that this genetic algorithm can be effectively used in other fields such as industry for problems that were difficult to solve by conventional methods.

【0003】遺伝的アルゴリズムは英語でGenetic Algo
rithmと書く。頭文字を取って、一般に「GA」と呼ば
れているので、以下の説明ではこの呼び方を用いる。本
発明が用いられる分野と生物学は直接の関係はないが、
その考え方は多くを生物学からの理論によっているの遺
伝的アルゴリズムについて以下に説明する。
Genetic algorithm is Genetic Algo in English
Write rithm. Since the acronym is taken and is generally called “GA”, this name will be used in the following description. Although there is no direct relationship between the field in which the present invention is used and biology,
The idea is largely based on the theory from biology which is explained below on the genetic algorithm.

【0004】生体の活動には物質、エネルギー、情報の
3つの側面がある。物質は生体を形成する体であり、エ
ネルギーは生体が活動する熱源(カロリー)である。情
報は、生体が生きて行くための内的、外的な通信系統の
データとなるもので、高等生物では高度に発達した脳や
神経系統が、これを処理している。また生物が子孫に伝
えてゆく遺伝子も、情報の一つである。
There are three aspects of the activity of the living body: substance, energy and information. A substance is a body forming a living body, and energy is a heat source (calorie) in which the living body operates. Information is data of internal and external communication systems for living organisms to live, and in higher organisms, highly developed brain and nervous systems process this. In addition, the genes that organisms pass on to their offspring are one of the information.

【0005】まったく同じ遺伝子を持った親同士が結合
し、子孫に半々ずつ遺伝子を伝えていけば、いずれその
生物はある一定の特徴をもった個体群を形成するはずで
ある。その過程が生物の進化である。遺伝情報はDNA
に書き込まれており、それが子孫に伝えられていく。ヒ
トのDNAは約30億の塩基配列からなっているが、現
在のところその構造が分かっているのは1%にも満たな
い。
If parents having exactly the same gene bind to each other and transmit the genes to the progeny half by half, the organism should eventually form a population with certain characteristics. That process is the evolution of living things. Genetic information is DNA
It is written in, and it is transmitted to the descendants. Human DNA consists of about 3 billion nucleotide sequences, but the structure of the human DNA is currently less than 1%.

【0006】GAは生物進化のメカニズムを工学的にシ
ュミレートする探索法の一つで、通常、選択、交叉、突
然変異の3つのオペレーションからなる。自然界におい
ては自然淘汰の原理が働き、環境に適した強い遺伝子を
持った生物が選択され、子孫を遺していく。遺伝子情報
を持つDNA分子は2重螺旋構造の塩基分子である。親
が子を複製する場合、DNAの螺旋は解け、他のDNA
と結び付き、新しい個体を生成する。すなわち、一つの
遺伝子が他の遺伝子と結び付くことによって、新しい別
の個体が生まれる。これが、遺伝子の交叉である。
GA is one of the search methods for engineeringly simulating the mechanism of biological evolution, and usually consists of three operations: selection, crossover, and mutation. In the natural world, the principle of natural selection works, and organisms with strong genes that are suitable for the environment are selected and their offspring are left behind. A DNA molecule having genetic information is a double-stranded base molecule. When the parent replicates the offspring, the DNA helix is unwound and other DNA
To create a new individual. That is, a new individual is born by linking one gene with another gene. This is the crossover of genes.

【0007】一方、突然変異は、遺伝子の一部が何等か
の原因によって、遺伝子の一部が変化することをであ
る。以上、GAの基本的な枠組みを概念的に示したの
が、図1である。矢印の1サイクルが1世代を表す。人
間の場合には1世代というと30年をさす。300年で
10世代の交代しかない。このため、進化の過程を解き
明かすには長い時間がかかり、そう簡単には解明するこ
とのできない問題である。そこで、すでに解明されてい
る遺伝の機構をもとに、工学的手法で解き明かすことが
要求される。その手法の一種がGAである。
On the other hand, the mutation means that a part of the gene is changed due to some cause. FIG. 1 conceptually shows the basic framework of GA. One cycle of the arrow represents one generation. For humans, one generation means 30 years. There are only ten generations of change in 300 years. Therefore, it takes a long time to unravel the evolutionary process, and it is a problem that cannot be solved easily. Therefore, it is required to clarify by an engineering method based on the genetic mechanism that has already been elucidated. One of the methods is GA.

【0008】GA手法を使ってコンピュータで進化を解
明する場合、遺伝子をビットで表し、選択、交叉、突然
変異の3つのオペレーションを施し、最適化を行う。ヒ
トの血液型を例に取って、このオペレーションを簡単に
説明する。
When the evolution is to be elucidated by a computer using the GA method, genes are represented by bits, and three operations of selection, crossover and mutation are performed for optimization. This operation will be briefly described by taking the human blood type as an example.

【0009】ヒトの血液型にはA、B、AB、Oの4種
類がある。これは、住む場所や人種によって異なること
はない。A型の父とB型の母から生まれる子供の血液型
はAB型だけでなく、A型、B型、O型となる可能性を
もっている。半々ずつ遺伝子を両親からもらえば、AB
型の子供しか生まれないはずであるが、必ずしもそうは
ならないのである。このことから、A型にはAA型とA
O型の遺伝子をもった人が存在することが分かる。
There are four human blood types: A, B, AB, and O. This does not depend on where you live or your race. The blood type of a child born from an A-type father and a B-type mother is not limited to AB type, but may be A, B, or O type. If you get the genes half and half from your parents, AB
Only type children should be born, but not necessarily. From this, A type and A type
It turns out that there is a person who has an O-type gene.

【0010】しかし表面上はA型の血液の特徴しか示さ
ないことから、AはOに対して優勢遺伝子であるとい
う。BとOに対しても、Bは優勢遺伝子である。AとB
には優劣がないから、別の血液型のAB型となる。AA
型とBB型を両親とする子供はAB型にしかならない
が、AO型とBO型を両親とする子供はA型、B型,A
B型、O型が生まれる可能性をもっている。
However, A is the dominant gene for O because it shows only characteristics of type A blood on the surface. For B and O as well, B is the dominant gene. A and B
There is no superiority or inferiority, so it becomes another blood type, AB type. AA
Type B and BB type parents have only AB type, but AO type and BO type parents have A type, B type, A type
B type and O type may be born.

【0011】しかし、これ以外の血液型は生まれない。
すなわち、人類の血液型は進化が収束した状態といえ
る。もっとも現在は血液に関する研究も進んでおり、R
h(+)やRh(−)など、私たちが一般に血液型とい
っているよりもはるかに複雑な遺伝子を含んでいるか
ら、進化が止まったと結論づけることは早計である。
However, no other blood type is born.
In other words, it can be said that the evolution of human blood groups has converged. Currently, however, research on blood is progressing, and R
It is premature to conclude that evolution has ceased because it contains genes that are much more complex than we generally call blood groups, such as h (+) and Rh (-).

【0012】さて、これをGA手法を用いたコンピュー
タ処理では、A、B、Oの遺伝子をビット化する。たと
えば、Aを11、Bを10、Oを00とする。表面的に
はA型の血液も、遺伝子レベルで見れば1111(A
A)と1100(AO)が存在することになる。血液型
に対しては左右対象とすれば、1100(AO)と00
11(OA)とは同じとして扱える。
By computer processing using the GA method, the genes A, B and O are converted into bits. For example, A is 11, B is 10, and O is 00. On the surface, type A blood is also 1111 (A
A) and 1100 (AO) will be present. For blood type, if left and right, 1100 (AO) and 00
It can be treated as the same as 11 (OA).

【0013】この条件のもとに1点交叉をすれば、AO
(1100または0011)とBO(1000または0
010)の遺伝子を持った親から、1111(A型)、
1100または0011(A型)、1110または10
11(AB型)、0000(OO)の遺伝子を持った子
が生まれることになる。なお、GAでは遺伝子をビット
表現したものを遺伝子型とよび、数値あるいは記号で表
したものを表現型という。
If one point is crossed under this condition, AO
(1100 or 0011) and BO (1000 or 0)
From a parent who has a gene of 010), 1111 (type A),
1100 or 0011 (A type), 1110 or 10
A child with 11 (AB type) and 0000 (OO) genes will be born. In GA, a gene in which a bit is expressed is called a genotype, and a number or a symbol is called a phenotype.

【0014】突然変異は、GAではビットを反転させる
ことで表現する。たとえば、O型の遺伝子は00である
が、外的要因で01に変換したとする。これはA(1
1)、B(10)、O(00)のいずれでもない。そこ
で、これをC型とよぼう。一般にこのような突然変異は
致死遺伝となる。致死遺伝でないとしても、虚弱体質で
あったり、周りと違うということで自然界では淘汰され
ていく。
Mutations are expressed by inverting bits in GA. For example, suppose that the O-type gene is 00, but is converted to 01 by an external factor. This is A (1
Neither 1), B (10), nor O (00). Therefore, let's call this the C type. Generally, such mutations are lethal. Even if it is not lethal, it is culled in the natural world because it has a weak constitution and is different from those around it.

【0015】しかし、今までの遺伝子より強かったり、
自然環境に適した遺伝子であったりする場合には、今ま
であった遺伝子を淘汰する可能性がある。GAは、この
ような淘汰の過程をシュミレートし、進化の解明をする
手法である。
However, it is stronger than conventional genes,
If the gene is suitable for the natural environment, there is a possibility that the existing gene will be removed. GA is a method for simulating such a selection process and elucidating evolution.

【0016】GAにおいて選択、交叉、突然変異を行う
場合、選択された個体をランダムに結合し、交叉を行う
のが一般的である。ところが、結合された2つの個体が
類似している場合、交叉によって生成された子は、親と
同じ遺伝子を持つことが多い。その結果、次世代の個体
の一部は現世代のそれと重なることになる。
When GA is used for selection, crossover, and mutation, it is common to randomly combine the selected individuals and perform crossover. However, when two linked individuals are similar, the offspring produced by crossover often have the same gene as the parent. As a result, some of the next-generation individuals will overlap with those of the current generation.

【0017】このような遺伝情報をGAを用いて関数最
適化を行うと、すでに評価したことを再び評価すること
になる。これを繰り返し評価という。繰り返し評価は探
索の効率を低下させる。このため、大量の個体数を含む
集団や大量の遺伝子情報を扱う場合にはコンピュータ処
理の障害となり、無駄な処理時間を費やすことになる。
When such genetic information is subjected to function optimization using GA, what has already been evaluated will be evaluated again. This is called repeated evaluation. Repeated evaluation reduces the efficiency of the search. Therefore, when handling a group including a large number of individuals or a large amount of genetic information, it becomes an obstacle to computer processing, resulting in wasted processing time.

【0018】従来の処理技術では、致死遺伝子の生成制
御するための結合制限をGAに取り入れてはいるもの
の、繰り返し評価を減らすための工夫はなされていな
い。このため、コンピュータの処理時間が掛かり、大量
の個体数、大量の遺伝子情報を扱う場合の支障となって
きた。
In the conventional processing technology, although the GA has a binding restriction for controlling the production of a lethal gene, no measures have been taken to reduce repeated evaluation. For this reason, it takes a lot of processing time by the computer, which becomes an obstacle in handling a large number of individuals and a large amount of genetic information.

【0019】[0019]

【発明が解決しようとする課題】GAは生物の進化のシ
ュミレーションや遺伝子情報の解析のほか、VLSIの
セル配置の最適化、三層ニューラルネットワークの中間
層の数の最適化、スケジュールの最適化など様々な工学
的な応用に用いられようとしている。
In addition to simulation of biological evolution and analysis of genetic information, GA is for optimization of cell layout of VLSI, optimization of the number of intermediate layers of three-layer neural network, optimization of schedule, etc. It is about to be used in various engineering applications.

【0020】その一方、GAでの最適化処理は時間がか
かるという基本的な問題が存在する。このため、GAを
工学的な応用に用いようとする場合は、いかに効率よく
GA処理を行えるようにするかがキーポイントとなる。
本発明はこの問題を解決するシステムを作り上げること
を目的とする。
On the other hand, there is a fundamental problem that the optimization process in GA takes time. Therefore, when GA is used for engineering applications, how to efficiently perform GA processing is a key point.
The present invention aims to create a system that solves this problem.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】GAは選択、交叉、突然
変異を1サイクルとして世代交代を進める。選択は、関
数の最適化を行う個体の対象を選ぶことである。このと
き、処理する個体数を減らせれば、処理速度を上げるこ
とができる。
[Means for Solving the Problems] GA advances generation alternation with selection, crossover, and mutation as one cycle. The selection is to select the object of the individual who optimizes the function. At this time, if the number of individuals to be processed can be reduced, the processing speed can be increased.

【0022】従来は致死遺伝となる個体を対象として除
外し、扱う個体の絶対数を絞ってきた。しかし、繰り返
し評価に対する対策はなにもなされないできた。そこ
で、本発明ではさらに選択の絞り込みを行うために、繰
り返し評価の原因となる個体もオペレーションの対象と
して除外する。本発明はそのための選択条件(結合制
限)を考案して処理速度の向上を図るものである。
Conventionally, lethal individuals have been excluded as targets, and the absolute number of treated individuals has been narrowed down. However, no measures were taken against repeated evaluation. Therefore, in the present invention, in order to further narrow down the selection, the individual causing the repeated evaluation is excluded as the operation target. The present invention is intended to improve the processing speed by devising a selection condition (coupling restriction) for that purpose.

【0023】本発明では、まず2つの個体が交叉し新し
い個体を生成する可能性に影響する要素を考察する。そ
のあとで、この可能性の度合を表すものとして繁殖潜在
力という概念を提唱する。その結果、ある与えられた値
以上の繁殖潜在力をもつ個体だけを結合させ、関数の最
適化を行う。
In the present invention, first, factors that influence the possibility that two individuals will cross each other to generate a new individual will be considered. After that, we propose the concept of reproductive potential as a measure of this possibility. As a result, only individuals with a reproductive potential above a given value are combined and the function is optimized.

【0024】まず、交叉について考えてみる。2つの個
体が類似しているとき、それを交叉して生成した子は親
と同じになることが多い。たとえば、s1=10101
とs2=10110に対して1点交叉を行ってみよう。
この場合、5通りの交叉が考えられるが、親と違った子
が生成されるのは、一番右の切れ目が交叉点として選択
されたときのみである。
First, consider crossover. When two individuals are similar, the child created by crossing them is often the same as the parent. For example, s 1 = 10101
Let's do a one-point crossover for s 2 = 10110.
In this case, five kinds of crossovers are possible, but a child different from the parent is generated only when the rightmost cut is selected as the crossover point.

【0025】の交叉で生成される子は、いずれも親と
異なる遺伝子をもつが、1ビットしか違わないために、
親と酷似した子であるといえる。したがって、進化上は
それほど大きな影響を与えない。たとえば、さらにs1 1
とs2 2を親として結合させると、そこから生成される子
は親と同じか、祖父、祖母(s1、s2)と同じとなり、
進化上閉じた系となるからである。
All the children generated by the crossover of have different genes from the parent, but differ only by 1 bit.
It can be said that he is a child very similar to his parents. Therefore, it does not significantly affect evolution. For example, s 1 1
, And s 2 2 as a parent, the resulting child will be the same as the parent, or the same as the grandfather, grandmother (s 1 , s 2 ),
This is because it will be a closed system in evolution.

【0026】に至っては親と同じ子が生成されるた
め、まったく進化していないことになる。このような遺
伝子をもった親同士の結合は、進化をシュミレートする
うえでさほど重要でないことは容易に想像がつく。
Since the same child as the parent is generated up to, it has not evolved at all. It is easy to imagine that parental connections with such genes are not so important in simulating evolution.

【0027】2つの個体s1とs2の異なるビットの数を
ハミング距離という。これをDh(s1,s2)と表す。
h(s1,s2)=0とDh(s1,s2)=1のとき、s
1とs2の交叉は、上記の例で見てきたように明らかに新
しい個体を生成しない。すなわち、ハミング距離Dh
新しい個体を生成しやすいか否かの指針となる。
The number of different bits of the two individuals s 1 and s 2 is called the Hamming distance. This is represented as D h (s 1 , s 2 ).
When D h (s 1 , s 2 ) = 0 and D h (s 1 , s 2 ) = 1, s
The intersection of 1 and s 2 apparently does not produce new individuals, as we have seen in the example above. That is, the Hamming distance D h serves as a guideline for easily generating a new individual.

【0028】ところが、交叉によって新しい個体を生成
させる可能性はハミング距離だけでは決まらない。たと
えば、2つのペア(s1,s2)=(1011,001
0)と(s1´,s2´)=(1011,1101)を考
えてみよう。
However, the possibility of generating a new individual by crossover cannot be determined only by the Hamming distance. For example, two pairs (s 1 , s 2 ) = (1011,001
Consider 0) and (s 1 ′, s 2 ′) = (1011, 1101).

【0029】可能な交叉を実行した例で考えると、(s
1,s2)の交叉によって生成される子は、すべて親と違
った個体となっている。これに対して(s1´,s2´)
の交叉では、大半が親と同じ個体となる。このことは、
新しい個体を生成する可能性はハミング距離だけではな
く、親の遺伝子のビット配列に影響を受けていることを
示している。
Considering an example in which possible crossovers are executed, (s
The children generated by the crossover of ( 1 , s 2 ) are all individuals different from their parents. On the other hand, (s 1 ′, s 2 ′)
In the crossover, most of them are the same individuals as their parents. This is
The possibility of generating new individuals is influenced not only by the Hamming distance but also by the bit sequence of the parent gene.

【0030】そこで本発明では、個体s1とs2の異なる
ビット中、最初のものと最後のものの間の距離(ビット
数)を差異長とよび、差異長とハミング距離とから繁殖
潜在力なる概念を導入する。
Therefore, in the present invention, the distance (bit number) between the first one and the last one among the different bits of the individuals s 1 and s 2 is called the difference length, and the difference in length and the Hamming distance form the breeding potential. Introduce the concept.

【0031】差異長をLd(s1,s2)と記すと、上記
の例では Ld(s1,s2) =3 Ld(s1´,s2´)=1 となる。なおDh(s1,s2)=0とDh(s1,s2)=
1に対しては、Ld(s1,s2)=0とする。
[0031] When the difference in length denoted as L d (s 1, s 2 ), in the above example L d (s 1, s 2 ) = 3 L d (s 1 ', s 2') a = 1. Note that D h (s 1 , s 2 ) = 0 and D h (s 1 , s 2 ) =
For 1, L d (s 1 , s 2 ) = 0.

【0032】ハミング距離が大きければ大きいほど新し
い個体が生成される可能性が大きく、また差異長が大き
いほどその可能性が大きい。このことから、繁殖潜在力
をPg(s1,s2)を記すと、 Pg(s1,s2)〜Dh(s1,s2)+Ld(s1,s2
The larger the Hamming distance, the greater the possibility that a new individual will be generated, and the greater the difference length, the greater the possibility. From this, P g (s 1 , s 2 ), P g (s 1 , s 2 ) -D h (s 1 , s 2 ) + L d (s 1 , s 2 )

【0033】とすることができる。とくに世代tにおい
て個体間の繁殖潜在力のなかで最大なものを、世代tの
最大繁殖潜在力とよび、PG(t)で表すことにする。
すなわち、 PG(t) 〜max{Pg(si t,sj t)|si t、sj tは世代tの
個体で、i≠j}なる関係式で表せる。
It can be Especially, the maximum reproductive potential among individuals in the generation t is referred to as the maximum reproductive potential of the generation t, and is represented by PG (t).
That is, PG (t) to max {P g (s i t , s j t ) | s i t , s j t are individuals of the generation t, and can be represented by a relational expression i ≠ j}.

【0034】繰り返し評価を避けるために、本発明では Pg(si t,sj t)≧α なる関係式を満たす個体si t、sj tだけを結合させる。
これを結合制限MRとよぶ。
In order to avoid repeated evaluation, in the present invention, only individuals s i t and s j t satisfying the relational expression P g (s i t , s j t ) ≧ α are combined.
This is called a combined restriction MR.

【0035】なおsi t、sj tは世代tの個体で、i≠
j。また、αはあらかじめ与えられたしきい値である。
α<2のとき、結合制限MRは機能せず、ランダム結合
となる。α≧3のとき、結合制限MRが機能する。
Note that s i t and s j t are individuals of the generation t, and i ≠
j. Further, α is a threshold value given in advance.
When α <2, the combination limiting MR does not function and becomes a random combination. When α ≧ 3, the coupling limiting MR functions.

【0036】GAに結合制限MRを取り入れるとき、結
合制限MRを満たすペアをつくる一方法として、世代t
の個体間の結合を以下のように行うことができる。個体
1 tを取り出し、ほかの個体si tとペアになるときの繁
殖潜在力Pg(s1 t,si t)(iは2以上の整数)を一
つずつ計算していく。
When incorporating the bond limiting MR into the GA, as a method of forming a pair satisfying the bond limiting MR, the generation t
The connection between the individuals can be performed as follows. The individual s 1 t is taken out, and the reproductive potential P g (s 1 t , s i t ) (i is an integer of 2 or more) when paired with another individual s i t is calculated one by one.

【0037】もしPg(s1 t,si t)≧αが見つかった
ら、s1 tとsi tをペアとして結合させ、交叉を行う。も
し、このようなsi tが見つからない場合は、s1 tを結合
制限MRを満たさない独身個体とする。ペアになった個
体または独身個体を除き、残った個体に対して同様な操
作を繰り返していく。
If P g (s 1 t , s i t ) ≧ α is found, s 1 t and s i t are combined as a pair and crossover is performed. If such s i t cannot be found, s 1 t is a single individual who does not satisfy the connection restriction MR. Repeat the same operation for the remaining individuals, except for paired individuals or single individuals.

【0038】結合制限MRを取り入れたGAは選択、結
合、交叉および突然変異の4つのオペレーションからな
る。結合でペアになった個体に対し、通常のGAと同様
に交叉、突然変異を施すが、独身個体に対しては突然変
異だけを施す。
GA incorporating the binding restriction MR consists of four operations: selection, binding, crossover and mutation. Crossovers and mutations are applied to the individuals paired by binding in the same manner as normal GA, but only mutations are applied to single individuals.

【0039】結合制限MRを取り入れたGA処理は、 t>最大世代数 または PG(t)≦β になったとき、終了とする。The GA process incorporating the connection limiting MR is terminated when t> maximum generation number or PG (t) ≦ β.

【0040】ここで、tは世代、PG(t)は世代tの
最大繁殖潜在力、βはあらかじめ与えられる定数。ここ
で注目することは、後者の終了条件で、従来のGAには
ないものである。この条件は、世代を重ねることによっ
て繁殖潜在力が衰え、新しい個体を生成しにくくなって
いることを示している。すなわち、進化が収束に近づい
たことを表している。
Here, t is the generation, PG (t) is the maximum breeding potential of the generation t, and β is a constant given in advance. It should be noted here that the latter end condition is not present in the conventional GA. This condition indicates that the reproductive potential declines with successive generations, making it difficult to generate new individuals. In other words, it means that evolution is nearing convergence.

【0041】以上、結合制限MRを取り入れられたGA
をフローチャートにしたものが図2および図3である。
比較のために、従来のGAを図4に載せておく。なお、
記号の意味は以下の通りである。 Ng:最大実行世代数(試行回数) Np:個体数 Pc:交叉率 Pm:突然変異率 α:結合を行うか否かのしきい値 β:最大繁殖潜在
力終了条件定数 si t:遺伝子型で表現した個体。ここで、iは個体識別
子、tは世代。
As described above, the GA in which the coupling-limited MR is incorporated
2 and 3 are flowcharts of FIG.
For comparison, a conventional GA is put on FIG. In addition,
The meanings of the symbols are as follows. N g : Maximum number of generations to be executed (number of trials) N p : Number of individuals P c : Crossover rate P m : Mutation rate α: Threshold value of whether or not to combine β: Maximum reproductive potential termination condition constant s i t : individual expressed by genotype. Here, i is an individual identifier and t is a generation.

【0042】[0042]

【実施例】いま、4つの個体s1=1001、s2=10
11、s3=0111、s4=0110からなる世代を考
えてみよう。この個体群(集団)の可能な結合は6(=
4!/2)通りある。可能な結合のハミング距離Dh
差異長Ldは求めると、次のようになる。
[Example] Now, four individuals s 1 = 1001, s 2 = 10
Consider a generation consisting of 11, s 3 = 0111, s 4 = 0110. The possible combinations of this population are 6 (=
4! / 2) There are streets. The Hamming distance D h and the difference length L d of the possible bonds are calculated as follows.

【0043】 Dd(s1,s2)=1 Ld(s1,s2)=0 Dd(s1,s3)=3 Ld(s1,s3)=2 Dd(s1,s4)=4 Ld(s1,s4)=3 Dd(s2,s3)=2 Ld(s2,s3)=1 Dd(s2,s4)=3 Ld(s2,s4)=3 Dd(s3,s4)=1 Ld(s3,s4)=0D d (s 1 , s 2 ) = 1 L d (s 1 , s 2 ) = 0 D d (s 1 , s 3 ) = 3 L d (s 1 , s 3 ) = 2 D d ( s 1 , s 4 ) = 4 L d (s 1 , s 4 ) = 3 D d (s 2 , s 3 ) = 2 L d (s 2 , s 3 ) = 1 D d (s 2 , s 4 ) = 3 L d (s 2 , s 4 ) = 3 D d (s 3 , s 4 ) = 1 L d (s 3 , s 4 ) = 0

【0044】もし、何の結合制限も加えずにランダム結
合をすれば、(s1,s2)と(s3,s4)のペアが結合
される可能性がある。しかしこのペアの交叉からはまっ
たく新しい個体が生まれず、無駄な繰り返し評価を行う
ことになる。
If random coupling is performed without any coupling restriction, the pairs (s 1 , s 2 ) and (s 3 , s 4 ) may be coupled. However, no new individual is born from the crossover of this pair, and useless repeated evaluation is performed.

【0045】そこで本発明の繁殖潜在力Pgを用い、Pg
(ただしPg=Dh+Ld)が3以上のペアのみを結合さ
せるという条件を結合制限に加えるなら、まったく新し
い個体を生成しない(s1,s2)と(s3,s4)の組み
合せはGA処理から省かれ、無駄な繰り返し評価は行わ
れない。
Therefore, using the breeding potential P g of the present invention, P g
If the condition that (P g = D h + L d ) only joins pairs of 3 or more is added to the binding constraint, no new individuals are generated (s 1 , s 2 ) and (s 3 , s 4 ). The combination is omitted from the GA process and no useless repeated evaluation is done.

【0046】最大繁殖潜在力PGを示すのは(s1
4)のペアであるから、(s1,s4)と(s2,s3
の組み合せで交叉が行われるとき、新しい個体が発生す
る可能性が大となる。
The maximum reproductive potential PG is (s 1 ,
Since a pair of s 4), (s 1, s 4) and (s 2, s 3)
When the crossover is performed with the combination of, there is a high possibility that a new individual will occur.

【0047】次に、結合制限MRを取り入れたGAの有
効性を数値的に示そう。そのために、Simple G
A(SGA)とSGAに結合制限MRを取り入れたGA
(SGA´)を比較する。次の2次元six−hump
camel−back関数SHCの最小化を考える。 f(x)=x1 6/3−2.1x1 4+4x1 2+x12−4
2 2+4x2 4 −2≦xi≦2 ただしi=1,2
Next, let us numerically show the effectiveness of GA incorporating the coupling-limited MR. For that, Simple G
A (SGA) and SGA are GAs with combined MR
Compare (SGA '). Next two-dimensional six-hump
Consider the minimization of the camera-back function SHC. f (x) = x 1 6 /3-2.1x 1 4 + 4x 1 2 + x 1 x 2 -4
x 2 2 +4 x 2 4 −2 ≦ x i ≦ 2 where i = 1, 2

【0048】この問題には6つの局所最小解が存在し、
そのなかの2つが大域最小解である。最小値が−1.0
31である。SGAとSGA´において、次のようなパ
ラメータを採用する。最大世代数Ng=50、個体数Np
=20、交叉率Pc=0.95、突然変異率Pm=0.0
05、変数x1、x2をともに12ビットの2進整数で表
し、世代Ngを生成したあと終了する。
There are six local minimum solutions to this problem,
Two of them are global minimum solutions. The minimum value is -1.0
31. The following parameters are adopted in SGA and SGA '. Maximum number of generations N g = 50, number of individuals N p
= 20, the crossover rate P c = 0.95, mutation rate P m = 0.0
05, the variables x 1 and x 2 are both represented by a 12-bit binary integer, and the generation N g is generated, and then the process ends.

【0049】以上の条件のもとで乱数の種を変えなが
ら、SGAとSGA´を用いて50回の計算試行を行っ
た。図5は、SGAとα=5のときのSGA´における
世代ごとの平均目的関数値の収束する様子を示してい
る。
Under the above conditions, while changing the seed of random numbers, SGA and SGA 'were used to perform 50 calculation trials. FIG. 5 shows how the average objective function values for each generation in SGA and SGA ′ when α = 5 converge.

【0050】図6は同最小目的関数値の収束する様子で
ある。なお、これらは50回の計算試行における各世代
ごとの平均値である。これらの図から、平均目的関数値
と最小目的関数値はいずれもSGA´のほうが、SGA
よりも収束が速いことが確認できる。
FIG. 6 shows how the minimum objective function values converge. Note that these are average values for each generation in 50 calculation trials. From these figures, the average objective function value and the minimum objective function value are both SGA 'and SGA'.
It can be confirmed that the convergence is faster than that.

【0051】図7は各計算試行で得られた最小目的関数
値の統計結果である。この図表は、最小目的関数値であ
る区間に入った計算試行の回数と、50回の計算試行に
おける最小目的関数値の平均値を示している。表より、
α=3、4、5、6のときのSGA´は、いずれもSG
Aよりよい結果が得られることが分かる。
FIG. 7 is a statistical result of the minimum objective function value obtained in each calculation trial. This chart shows the number of calculation trials in the interval that is the minimum objective function value and the average value of the minimum objective function values in 50 calculation trials. From the table,
SGA 'when α = 3, 4, 5, 6 is SG
It can be seen that the result is better than A.

【0052】なお図7より、α=20のように、αを大
きく取ると、SGA´はSGAよりも悪い結果となるこ
とが分かる。これは、αが大きすぎると、交叉で新しい
個体を生成する可能性の高い個体も結合できず、その結
果、新しい個体はあまり生成できなくなるためである。
すなわち、結合制限MRを取り入れるとき、αを大きく
取りすぎることのないように注意しなければならないこ
とを示している。
From FIG. 7, it can be seen that when α is set to a large value such as α = 20, SGA 'has a worse result than SGA. This is because if α is too large, the individuals that are likely to generate new individuals by crossover cannot be combined, and as a result, new individuals cannot be generated much.
That is, it is shown that when incorporating the coupling restriction MR, care must be taken not to take α too large.

【0053】図8は図5、図6の結果を得るために使用
したSGA´のフローチャートである。このフローは、
基本的に図2と同じであるが、最大潜在力PG(t)に
よる終了条件は含めていない。なおフローチャート中、
Iは未処理の個体を記憶しておくテーブルである。ペア
リングを行うと、別の個体を先取りしてしまうから、そ
の個体についてはIから削除し、二重処理をしないよう
にしている。
FIG. 8 is a flowchart of SGA 'used to obtain the results of FIGS. This flow is
It is basically the same as that of FIG. 2, but does not include the termination condition based on the maximum potential PG (t). In the flow chart,
I is a table for storing unprocessed individuals. When pairing is performed, another individual is preempted, so that individual is deleted from I to prevent double processing.

【0054】[0054]

【発明の効果】本発明の情報処理システムは、VLSI
のセル配置の最適化、三層ニューラルネットワークの中
間層の数の最適化、スケジュールの最適化などにたいし
て効率よくGA処理を行える効果がある。
The information processing system of the present invention is a VLSI.
There is an effect that the GA processing can be efficiently performed with respect to the optimization of the cell arrangement, the optimization of the number of intermediate layers of the three-layer neural network, and the optimization of the schedule.

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

【図1】遺伝的アルゴリズム(GA)の概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram of a genetic algorithm (GA).

【図2】本発明の結合制限MRを取り入れられたGAを
フローチャートである。
FIG. 2 is a flow chart of a GA incorporating a limited-coupling MR of the present invention.

【図3】本発明の結合制限MRを取り入れられたGAを
フローチャートである。
FIG. 3 is a flow chart of a GA incorporating a combination-limited MR according to the present invention.

【図4】従来のGAのフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart of a conventional GA.

【図5】SGAとα=5のときのSGA´における世代
ごとの平均目的関数値の収束状況を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the convergence status of the average objective function value for each generation in SGA and SGA ′ when α = 5.

【図6】SGAとα=5のときのSGA´における世代
ごとの最小平均目的関数値の収束状況を示すグラフであ
る。
FIG. 6 is a graph showing the state of convergence of the minimum average objective function value for each generation in SGA ′ when SGA and α = 5.

【図7】各計算試行で得られた最小目的関数値の統計結
果を示す図表である。
FIG. 7 is a chart showing statistical results of minimum objective function values obtained in each calculation trial.

【図8】図5、6の結果を得るために使用したSGA´
のフローチャートである。
FIG. 8: SGA ′ used to obtain the results of FIGS.
It is a flowchart of.

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成5年4月8日[Submission date] April 8, 1993

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図面8[Name of item to be corrected] Drawing 8

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図8】 [Figure 8]

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 遺伝子アルゴリズムを用いる情報処理シ
ステムにおいて、2つの個体が交叉し新しい個体を生成
する可能性の度合を表す繁殖潜在力がある与えられた値
以上の個体だけを結合させる手段を備えたことを特徴と
する情報処理システム。
1. An information processing system using a genetic algorithm, comprising means for combining only individuals having a reproductive potential that is equal to or greater than a given value, which indicates the degree of possibility that two individuals will cross each other to generate a new individual. An information processing system characterized in that
JP9724993A 1993-03-31 1993-03-31 Information processing system with combination limitation Pending JPH06290161A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9724993A JPH06290161A (en) 1993-03-31 1993-03-31 Information processing system with combination limitation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9724993A JPH06290161A (en) 1993-03-31 1993-03-31 Information processing system with combination limitation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH06290161A true JPH06290161A (en) 1994-10-18

Family

ID=14187308

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP9724993A Pending JPH06290161A (en) 1993-03-31 1993-03-31 Information processing system with combination limitation

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH06290161A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009058690A (en) * 2007-08-30 2009-03-19 Fujitsu Ltd Storage location extracting apparatus and storage location extracting method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009058690A (en) * 2007-08-30 2009-03-19 Fujitsu Ltd Storage location extracting apparatus and storage location extracting method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Pavai et al. A survey on crossover operators
Chan Lenia and expanded universe
Sims Interactive evolution of dynamical systems
Fogel An introduction to simulated evolutionary optimization
Man et al. Genetic algorithms: concepts and designs
Vonk et al. Automatic generation of neural network architecture using evolutionary computation
Kaneko et al. Homeochaos: dynamics stability of a symbiotic network with population dynamics and evolving mutation rates
Sanchez et al. Phylogeny, ontogeny, and epigenesis: Three sources of biological inspiration for softening hardware
Hu et al. Evolvability and speed of evolutionary algorithms in light of recent developments in biology
Anwaar et al. Genetic algorithms: Brief review on genetic algorithms for global optimization problems
Roupec Advanced genetic algorithms for engineering design problems
De Campos et al. Automatic design of neural networks with l-systems and genetic algorithms-a biologically inspired methodology
JPH06290161A (en) Information processing system with combination limitation
Lenski The future of evolutionary biology
Knapp et al. Natural evolution speciation for neat
Nguyen et al. Evolutionary processes as models for exploratory design
Malarz et al. Dynamics in Eigen quasispecies model
Timmis et al. " Going back to our roots": second generation biocomputing
Santos et al. Evolutionary generation and training of recurrent artificial neural networks
Townsend Genetic Algorithm–A Tutorial
Liu et al. Designing DNA code: quantity and quality
Sipper et al. The POE model of bio-inspired hardware systems
Stanley et al. Achieving high-level functionality through Complexification
Reis et al. Crossing genetic and swarm intelligence algorithms to generate logic circuits
Chr A coevolutionary theory for communities and food web configurations