JPH09325949A - Method for optimizing genetic algorithm and system for analyzing genetic algorithm - Google Patents

Method for optimizing genetic algorithm and system for analyzing genetic algorithm

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JPH09325949A
JPH09325949A JP8141890A JP14189096A JPH09325949A JP H09325949 A JPH09325949 A JP H09325949A JP 8141890 A JP8141890 A JP 8141890A JP 14189096 A JP14189096 A JP 14189096A JP H09325949 A JPH09325949 A JP H09325949A
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JP
Japan
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gene
genetic algorithm
generation
fitness
hamming distance
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JP8141890A
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Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Naito
健 内藤
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To search an optimum solution in a short time by optimizing parameters such as the copy rate, cross rate and mutation rate of genetic algorithm. SOLUTION: The genetic group of an initial generation is generated (step S210), the degree of adaptivity is respectively evaluated for each gene belonging to this initial generation (step S130), the hamming distance of respective genes of the genes belonging to this generation and having the highest degree of adaptivity is calculated (step S140) and concerning the genetic group of this generation, the distribution of frequency is found on the plane with two axes of the hamming distance and the degree of adaptivity (step S150). Corresponding to this frequency distribution, the parameter of the genetic algorithm is optimized (step S160) and by using the genetic algorithm specified by this parameter, the genetic group of the next generation is generated (step S170).

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、生物の進化過程に
ヒントを得た遺伝的操作により最適解を求める遺伝的ア
ルゴリズムの最適化方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for optimizing a genetic algorithm for obtaining an optimal solution by a genetic operation inspired by the evolution process of living things.

【0002】[0002]

【従来の技術】遺伝的アルゴリズムは、突然変異と選択
淘汰に基づくダーウィン的進化論に着想を得たアルゴリ
ズムであり、確率的探索・学習・最適化の一手法と考え
ることができる。
2. Description of the Related Art A genetic algorithm is an algorithm inspired by Darwinian evolution based on mutation and selection and can be considered as a method of probabilistic search / learning / optimization.

【0003】遺伝的アルゴリズムを適用するのに好適な
問題は、最適解を求めるアルゴリズムを定式的に記述で
きないが、解の評価は可能であるという性質の問題であ
る。すなわち現実世界には、基本的に最適解が知られて
なく、解法も確立していないか、或いは最適解の求め方
が非常に非効率で実用にならない問題ではあるが、個々
の解の評価は比較的簡単な計算処理で行える問題、例え
ばナップサック問題、巡回セールスマン問題、回路配置
問題、線形計画問題等が多数存在する。
A suitable problem for applying a genetic algorithm is a problem that an algorithm for obtaining an optimum solution cannot be described in a formula, but the solution can be evaluated. In other words, in the real world, the optimal solution is basically unknown and the solution method has not been established, or the method for obtaining the optimal solution is very inefficient and unpractical. There are many problems that can be performed by a relatively simple calculation process, such as a knapsack problem, a traveling salesman problem, a circuit layout problem, and a linear programming problem.

【0004】また、任意の解を評価するための装置を製
造し、解の候補を実験的に評価することが可能な問題、
例えば、流体力学的形状最適化問題、エンジン制御最適
化問題等がある。
In addition, it is possible to manufacture a device for evaluating an arbitrary solution and experimentally evaluate a solution candidate,
For example, there are hydrodynamic shape optimization problems, engine control optimization problems, and the like.

【0005】この様な問題に対して、最適化対象を符号
化することにより遺伝子に対応づけ、この遺伝子に選
択、交叉、突然変異等の遺伝的操作を施して順次新しい
世代の遺伝子を生成して最適解を探索する手法があり、
遺伝的アルゴリズムと呼ばれている。
For such a problem, the optimization target is coded to be associated with a gene, and this gene is subjected to genetic operations such as selection, crossover, and mutation to successively generate new generation genes. There is a method to search for an optimal solution by
It is called a genetic algorithm.

【0006】次に、図11に従来の遺伝的アルゴリズム
を用いた最適化装置の例として翼形状の最適化装置の構
成を示す。同図に示す最適化装置101は、風洞内に設
けられた可変翼装置121と、この可変翼装置121に
内蔵されその断面形状を任意に可変させる機械装置12
3と、可変翼装置121の抵抗係数を測定する抵抗係数
測定装置125と、後述される遺伝的アルゴリズムを用
いて最適化を進めるための計算装置とから構成されてい
る。
Next, FIG. 11 shows the configuration of a blade shape optimizing device as an example of a conventional optimizing device using a genetic algorithm. An optimizing device 101 shown in the figure includes a variable blade device 121 provided in a wind tunnel, and a mechanical device 12 incorporated in the variable blade device 121 and capable of arbitrarily changing its cross-sectional shape.
3, a resistance coefficient measuring device 125 for measuring the resistance coefficient of the variable blade device 121, and a calculation device for advancing optimization using a genetic algorithm described later.

【0007】可変翼装置121は、図12に示すよう
に、翼の先端部を形成する先端桟131と、翼上面を形
成するバネ鋼の薄板155と、翼の下面及び側面を形成
する外枠151と、外枠と薄板との間を気密を保つパッ
キン145と、翼の長さ方向と平行に配置された6本の
シャフト133と、各シャフト133に対応する6個の
調節用ネジ143と、各シャフト133に取り付けられ
た梁137と主要な構成品として組み立てられている。
As shown in FIG. 12, the variable blade device 121 includes a tip bar 131 that forms the tip of the blade, a thin plate of spring steel 155 that forms the upper surface of the blade, and an outer frame that forms the lower and side surfaces of the blade. 151, a packing 145 for keeping airtight between the outer frame and the thin plate, six shafts 133 arranged in parallel with the length direction of the blade, and six adjusting screws 143 corresponding to each shaft 133. , And is assembled as a main component with the beam 137 attached to each shaft 133.

【0008】それぞれのシャフト133にはネジ溝が設
けられ、それぞれ対応する梁137のネジ孔に螺合され
た後、シャフト133及び梁137に設けられた溝にく
さび139を打ち込んで、互いに固着されている。これ
により、シャフト133と梁137とが一体化され、シ
ャフト133の回転角に応じて梁137が翼上面の薄板
155を持ち上げるようなカムシャフト構造が形成され
ている。
Each shaft 133 is provided with a thread groove, and after being screwed into the threaded holes of the corresponding beam 137, a wedge 139 is driven into the groove provided in the shaft 133 and the beam 137 and fixed to each other. ing. As a result, the shaft 133 and the beam 137 are integrated, and a camshaft structure is formed in which the beam 137 lifts the thin plate 155 on the upper surface of the blade in accordance with the rotation angle of the shaft 133.

【0009】各シャフト133の一端部には傘歯車14
1が設けられ、それぞれ対応する調整ネジ143の上端
部に設けられた傘歯車と噛み合い、翼下面から調整ネジ
143の下端部を回動させることにより、各シャフト1
33の回転角、すなわちそのシャフト上部の翼上面位置
を調整できるようになっている。
A bevel gear 14 is provided at one end of each shaft 133.
1 is provided, meshes with a bevel gear provided at the upper end of the corresponding adjusting screw 143, and the lower end of the adjusting screw 143 is rotated from the lower surface of the blade, whereby each shaft 1
The rotation angle of 33, that is, the position of the upper surface of the blade above the shaft can be adjusted.

【0010】計算装置は、入力装置103と、コンソー
ル119と、遺伝的アルゴリズム実行装置109と、乱
数発生装置111と、出力装置113と、補助記憶装置
115と、プリンタ117とを含んで構成されている。
入力装置103は抵抗係数測定装置125から抵抗計数
値を計算装置に入力するための装置であり、コンソール
119はCRTとキーボードとを備え、操作者が計算装
置及び本最適化装置全体に指示を与えたり、その状態を
監視するための装置である。
The computing device comprises an input device 103, a console 119, a genetic algorithm execution device 109, a random number generator 111, an output device 113, an auxiliary storage device 115, and a printer 117. There is.
The input device 103 is a device for inputting the resistance count value from the resistance coefficient measuring device 125 to the calculation device, and the console 119 includes a CRT and a keyboard, and the operator gives instructions to the calculation device and the whole optimization device. Or a device for monitoring the condition.

【0011】遺伝的アルゴリズム実行装置109は、遺
伝的アルゴリズムにより問題の最適解を探索する装置で
あり、汎用計算機または専用計算機が用いられる。乱数
発生装置111は、数学的または論理的に疑似乱数を発
生させる装置であり、初期世代の遺伝子の発生や、交叉
させる遺伝子対の選択、交叉位置の選択、突然変異を起
こす遺伝子の選択及び突然変異発生位置の選択等、遺伝
的アルゴリズムの実行に必要な種々の乱数を与えるもの
である。
The genetic algorithm execution device 109 is a device that searches for an optimal solution of a problem by a genetic algorithm, and a general-purpose computer or a dedicated computer is used. The random number generator 111 is a device for generating pseudo-random numbers mathematically or logically, and generates genes in the early generation, selects gene pairs to be crossed, selects crossover positions, selects genes causing mutation, and suddenly. It gives various random numbers necessary for executing a genetic algorithm such as selection of mutation occurrence position.

【0012】出力装置113は、遺伝的アルゴリズムに
より得られた解候補である遺伝子をその表現型である翼
形状に変換する(遺伝子をその表現型に変換すること
は、デコードと呼ばれる)するために、機械装置123
へ出力するインタフェースとなる。
The output device 113 converts a gene, which is a solution candidate obtained by the genetic algorithm, into a wing shape, which is its phenotype (converting a gene to its phenotype is called decoding). Machinery 123
It is an interface to output to.

【0013】補助記憶装置115には、遺伝的アルゴリ
ズムを実行するためのプログラムや、遺伝的アルゴリズ
ムのパラメータ、等が記憶され、必要に応じて遺伝的ア
ルゴリズム実行装置109の内部記憶に読み出される。
プリンタ117は、遺伝的アルゴリズムの実行結果を印
刷するためのものである。
The auxiliary storage device 115 stores a program for executing the genetic algorithm, parameters of the genetic algorithm, etc., and is read out to the internal storage of the genetic algorithm execution device 109 as necessary.
The printer 117 is for printing the execution result of the genetic algorithm.

【0014】図13は、遺伝的アルゴリズム実行装置1
09で実行される従来の遺伝的アルゴリズムによる最適
化方法の処理手順を示すフローチャートである。
FIG. 13 shows a genetic algorithm executing device 1.
It is a flowchart which shows the processing procedure of the optimization method by the conventional genetic algorithm performed by 09.

【0015】同図において、最初に、対象となる問題を
遺伝子に対応づけるために文字列にコード化する(ステ
ップS910)。以下の説明においては、可変翼装置の
6カ所の可動位置を翼ベース形状(最適化を行う基とな
る形状)から上下にそれぞれ2及び4mm変位させるこ
とができるものとして説明する。
In the figure, first, a target problem is encoded into a character string so as to be associated with a gene (step S910). In the following description, it is assumed that the six movable positions of the variable blade device can be displaced up and down by 2 and 4 mm from the blade base shape (the shape on which optimization is performed).

【0016】まず、図14に示すように、可変翼装置上
の可動位置のそれぞれの上下方向の変位量、−4mm、
−2mm、2mm、4mmをそれぞれ2ビットの数値、
00、01、10、11で表現する。この対応関係を表
1に示す。
First, as shown in FIG. 14, the vertical displacement of each movable position on the variable vane device, -4 mm,
-2 mm, 2 mm, and 4 mm are 2-bit numerical values,
Expressed as 00, 01, 10, 11. This correspondence is shown in Table 1.

【0017】[0017]

【表1】 そして、上記6カ所の可動位置の変位に相当する数値を
連接して合計12ビットとし、これを最適化対象を示す
遺伝子とする。このように、遺伝子は符号列(1次元の
配列)として表現され、この遺伝子の長さ(遺伝子長と
呼ばれる)は、ビット長と同じ12である。
[Table 1] Then, the numerical values corresponding to the displacements of the above-mentioned 6 movable positions are concatenated to make a total of 12 bits, and this is made a gene indicating an optimization target. Thus, a gene is expressed as a code string (one-dimensional array), and the length of this gene (called the gene length) is 12, which is the same as the bit length.

【0018】この遺伝子の定義が計算装置に入力される
と、次いで、乱数発生装置により初期世代の遺伝子群を
発生させる(ステップS920)。遺伝的アルゴリズム
実行装置は、乱数発生装置から得た乱数を使用して、そ
れぞれ、12ビットのN個の遺伝子を発生し(集団サイ
ズ:N)、初期世代の遺伝子群として記憶する。
When the definition of this gene is input to the computer, the random number generator then generates an early generation gene group (step S920). The genetic algorithm execution device uses the random numbers obtained from the random number generator to generate N 12-bit genes (population size: N), respectively, and stores them as an early generation gene group.

【0019】次いで、遺伝的アルゴリズムのパラメータ
の一つである突然変異率に基づいて、N個中のある割合
の数の遺伝子をランダムに選択し、その遺伝子上のラン
ダムに選ばれた一つの遺伝子座に対応するビットの値を
反転することにより、この遺伝子に突然変異を起こさせ
る(ステップS930)。
Next, based on the mutation rate, which is one of the parameters of the genetic algorithm, a certain percentage of genes among N genes are randomly selected, and one randomly selected gene on that gene is selected. The gene is mutated by inverting the value of the bit corresponding to the locus (step S930).

【0020】次いで、遺伝的アルゴリズムのパラメータ
の一つである交叉率に基づいて、N個中のある割合の数
の遺伝子対をランダムに選択し、遺伝子上のランダムに
選ばれた一つの遺伝子座から遺伝子の一端までの遺伝情
報を互いに交換する(単純交叉または1点交叉と呼ばれ
る)ことにより、交叉を起こさせる(ステップS94
0)。
Next, based on the crossover rate, which is one of the parameters of the genetic algorithm, a certain number of gene pairs in N are randomly selected, and one randomly selected gene locus on the gene is selected. To one end of the gene are exchanged with each other (called simple crossover or one-point crossover) to cause crossover (step S94).
0).

【0021】次いで、N個の遺伝子について、それぞれ
の適合度を求める(ステップS950)。この場合適合
度とは、それぞれの遺伝子を表現型に変換した時の抵抗
係数の小ささとなり、遺伝子を表現型に変換することを
デコードと呼ぶ。遺伝子の適合度を求めるには、遺伝子
の持つ12ビットの値をそれぞれ2ビットずつに区切
り、この値が示す変位量だけ、各可動部の位置を変化さ
せ、この変化した翼形状で所定の風速で可変翼装置が受
ける抗力を測定し、抵抗係数(Cd値)を計算する。こ
のCd値は、この遺伝子の適合度として入力装置を介し
て遺伝的アルゴリズム実行装置にフィードバックされ
る。
Next, the fitness of each of the N genes is determined (step S950). In this case, the goodness of fit means a small resistance coefficient when each gene is converted into a phenotype, and conversion of a gene into a phenotype is called decoding. To determine the fitness of a gene, the 12-bit value of the gene is divided into 2 bits, and the position of each movable part is changed by the amount of displacement indicated by this value. The drag force received by the variable wing device is measured by and the resistance coefficient (Cd value) is calculated. This Cd value is fed back to the genetic algorithm execution device via the input device as the fitness of this gene.

【0022】こうして、この世代に属する全ての遺伝子
が評価されると、収束条件(評価された適合度が所定の
状態に到達する。あるいは、一定回数の世代交代が完了
する等。)が満足されるかどうかを判定し(ステップS
960)、収束条件が満足されていれば、最適解を出力
して(ステップS980)、終了する。
In this way, when all the genes belonging to this generation are evaluated, the convergence condition (the evaluated fitness reaches a predetermined state, or a certain number of generation alternations are completed) is satisfied. It is determined whether or not (step S
960), if the convergence condition is satisfied, the optimum solution is output (step S980) and the process ends.

【0023】収束条件が満足されなければ、適合度が最
も高い(Cd値が最も小さい)遺伝子を遺伝的アルゴリ
ズムのパラメータの一つである複製率に応じて増やし、
適合度の小さい遺伝子を同数だけ除去(淘汰)し(ステ
ップS970)、突然変異のステップ(S930)へ戻
る。この繰り返しにより、Cd値が最小となる可変翼装
置の形状すなわち最適解が求められる。各遺伝的アルゴ
リズムのパラメータをそれぞれ、遺伝子長L=12、集
団サイズN=3、突然変異率αM=2/3、交叉率αC=
2/3、複製率1/3とした場合の様子を図15に示
す。
If the convergence condition is not satisfied, the gene having the highest fitness (the smallest Cd value) is increased according to the replication rate, which is one of the parameters of the genetic algorithm,
The same number of genes having a small fitness are removed (selected) (step S970), and the process returns to the mutation step (S930). By repeating this, the shape of the variable wing device having the minimum Cd value, that is, the optimum solution is obtained. The parameters of each genetic algorithm are as follows: gene length L = 12, population size N = 3, mutation rate αM = 2/3, crossover rate αC =
FIG. 15 shows a situation where the ratio is 2/3 and the copy rate is 1/3.

【0024】なお、上記の遺伝的アルゴリズムは、従来
の遺伝的アルゴリズムまたは進化的アルゴリズムの一例
を示すもので、例えば、交叉、突然変異、複製の順序は
任意であり、また、複製や突然変異のさせ方が異なるも
のや、2点間の遺伝子を交換する2点交叉等交叉の方法
が異なるもの、また交叉または突然変異の一方がないも
のもある。
The above-mentioned genetic algorithm shows an example of a conventional genetic algorithm or evolutionary algorithm. For example, the order of crossover, mutation, and duplication is arbitrary, and duplication and mutation Some of them differ in how they are made, some differ in the method of crossover such as two-point crossover for exchanging genes between two points, and some have neither crossover nor mutation.

【0025】[0025]

【発明が解決しようとする課題】ところで、遺伝的アル
ゴリズムを適用する問題が異なると、複製率、交叉率、
突然変異率等の遺伝的アルゴリズム自体のパラメータの
最適な値が変わる。例えば、上記翼形状の最適化におい
ては、翼のベース形状が異なる場合や、抵抗係数を求め
るときの風速等が異なる場合、遺伝的アルゴリズムの最
適なパラメータ値も異なる。
By the way, if the problem of applying the genetic algorithm is different, the duplication rate, crossover rate,
Optimal values of the parameters of the genetic algorithm itself, such as the mutation rate, change. For example, in the optimization of the blade shape, the optimum parameter value of the genetic algorithm is different when the blade base shape is different or when the wind speed when obtaining the resistance coefficient is different.

【0026】しかしながら、従来の遺伝的アルゴリズム
による最適化方法においては、これらのパラメータを問
題に応じて最適化する方法が確立されてなく、試行錯誤
的にこれらのパラメータを設定していた。このため、遺
伝的アルゴリズムによって問題の最適解または近似解を
得るまでに非常に多くの時間が必要であったり、局所解
に陥ったりして探索に失敗する場合があるという問題点
があった。
However, in the conventional optimization method using the genetic algorithm, a method for optimizing these parameters according to the problem has not been established, and these parameters have been set by trial and error. Therefore, there is a problem that it takes a very long time to obtain an optimum solution or an approximate solution of the problem by the genetic algorithm, or the search may fail due to falling into a local solution.

【0027】また、これらのパラメータを問題に応じて
最適化する方法が確立されてないために、遺伝的アルゴ
リズムの使用者の個人的な職人芸(直感)に頼ってパラ
メータを設定していたため、遺伝的アルゴリズムを現実
問題に適用するにはかなりの使用経験を要するという問
題点があった。
Further, since a method for optimizing these parameters according to the problem has not been established, the parameters are set depending on the personal craftsmanship (intuition) of the user of the genetic algorithm. There is a problem that it requires considerable experience to apply the genetic algorithm to the real problem.

【0028】以上の問題点に鑑み、本発明の第1の課題
は、適用する問題に依存せずにパラメータの最適化を自
動化できる遺伝的アルゴリズムの最適化方法を提供する
ことである。
In view of the above problems, a first object of the present invention is to provide a method for optimizing a genetic algorithm that can automate parameter optimization without depending on the problem to be applied.

【0029】また本発明の第2の課題は、使用経験の多
寡に拘わらず誰にでも使用可能な遺伝的アルゴリズムの
最適化方法を提供することである。
A second object of the present invention is to provide a method for optimizing a genetic algorithm that can be used by anyone regardless of their experience.

【0030】[0030]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は次の構成を有する。すなわち、請求項1記
載の発明は、対象に対応付けられた遺伝子を操作して、
この対象の最適解または近似解を検索する遺伝的アルゴ
リズムのパラメータを最適化する遺伝的アルゴリズムの
最適化方法であって、初期世代の遺伝子集団を発生する
第1の過程と、この初期世代または第2世代以降の任意
の世代に属する遺伝子毎にそれぞれ適合度を評価する第
2の過程と、前記世代に属する最も適合度の高い遺伝子
に対する各遺伝子のハミング距離を計算する第3の過程
と、前記世代の遺伝子集団について前記ハミング距離と
前記適合度との2軸で張られた平面上の頻度分布を求め
る第4の過程と、前記頻度分布に応じて、遺伝的アルゴ
リズムのパラメータを変更する第5の過程と、を備えた
ことを要旨とする。
In order to solve the above problems, the present invention has the following constitution. That is, the invention according to claim 1 manipulates a gene associated with a target,
A method of optimizing a genetic algorithm for optimizing parameters of a genetic algorithm for searching an optimal solution or an approximate solution of a target, comprising: a first process of generating a gene group of an early generation; A second step of evaluating the goodness of fit for each gene belonging to any generation after the second generation, and a third step of calculating the Hamming distance of each gene with respect to the gene having the highest goodness of fit of the generation, A fourth step of obtaining a frequency distribution on a plane stretched by two axes of the Hamming distance and the goodness of fit for the generational gene group, and a fifth step of changing the parameters of the genetic algorithm according to the frequency distribution. The outline of the process is

【0031】また、請求項2記載の発明は、対象に対応
付けられた遺伝子を操作して、この対象の最適解または
近似解を検索する遺伝的アルゴリズムのパラメータを最
適化する遺伝的アルゴリズムの最適化方法であって、初
期世代の遺伝子集団を発生する第1の過程と、この初期
世代または第2世代以降の任意の世代に属する遺伝子毎
にそれぞれ適合度を評価する第2の過程と、前記世代に
属する最も適合度の高い遺伝子に対する各遺伝子のハミ
ング距離を計算する第3の過程と、前記世代の遺伝子集
団について前記ハミング距離と前記適合度との2軸で張
られた平面上の頻度分布を求める第4の過程と、前記頻
度分布が遺伝的アルゴリズムでは最適解が得られない分
布を示す場合に、最適化対象と遺伝子との対応づけを変
化させて第1または第2の過程に戻る第5の過程と、前
記頻度分布に応じて、遺伝的アルゴリズムのパラメータ
を変更する第6の過程と、を備えたことを要旨とする。
Further, the invention according to claim 2 is an optimization of a genetic algorithm for manipulating a gene associated with an object to optimize parameters of the genetic algorithm for searching for an optimal solution or an approximate solution of the object. A first step of generating a gene group of an early generation, and a second step of evaluating the fitness of each gene belonging to an arbitrary generation of the initial generation or the second and subsequent generations, A third step of calculating the Hamming distance of each gene with respect to the gene having the highest fitness in the generation, and the frequency distribution on the plane extending on the two axes of the Hamming distance and the fitness for the gene group of the generation And the frequency distribution shows a distribution in which an optimal solution cannot be obtained by the genetic algorithm, the association between the optimization target and the gene is changed to A fifth step of returning to the second step, depending on the frequency distribution, and summarized in that comprising: a sixth step of changing the parameters of the genetic algorithm, the.

【0032】また、請求項3記載の発明は、対象に対応
付けられた遺伝子を操作して、この対象の最適解または
近似解を検索する遺伝的アルゴリズムのパラメータを最
適化する遺伝的アルゴリズムの最適化方法であって、初
期世代の遺伝子集団を発生する第1の過程と、この初期
世代または第2世代以降の任意の世代に属する遺伝子毎
にそれぞれ適合度を評価する第2の過程と、前記世代に
属する最も適合度の高い遺伝子に対する各遺伝子のハミ
ング距離を計算する第3の過程と、前記世代に属する遺
伝子間の適合度差の最小値より大きい適合度階差により
前記遺伝子集団を区分するか、あるいは前記世代に属す
る遺伝子間のハミング距離差の最小値より大きいハミン
グ距離階差により前記遺伝子集団を区分し、この区分毎
に前記世代の遺伝子集団について頻度分布を求める第4
の過程と、前記頻度分布に応じて、遺伝的アルゴリズム
のパラメータを変更する第5の過程と、を備えたことを
要旨とする。
Further, the invention according to claim 3 is an optimization of a genetic algorithm for manipulating a gene associated with an object to optimize parameters of the genetic algorithm for searching an optimal solution or an approximate solution of the object. A first step of generating a gene group of an early generation, and a second step of evaluating the fitness of each gene belonging to an arbitrary generation of the initial generation or the second and subsequent generations, The third step of calculating the Hamming distance of each gene with respect to the gene having the highest fitness of the generation and the difference in fitness between the genes belonging to the generation, which is larger than the minimum value of the fitness, divides the gene group. Alternatively, the gene group is divided by a Hamming distance step difference that is larger than the minimum value of the Hamming distance difference between the genes belonging to the generation, and the generation's inheritance is divided for each division. Fourth to determine the frequency distribution for a population
And the fifth step of changing the parameters of the genetic algorithm according to the frequency distribution.

【0033】また、請求項4記載の発明は、対象に対応
付けられた遺伝子を操作して、この対象の最適解または
近似解を検索する遺伝的アルゴリズムのパラメータを最
適化する遺伝的アルゴリズムの最適化方法であって、初
期世代の遺伝子集団を発生する第1の過程と、この初期
世代または第2世代以降の任意の世代に属する遺伝子毎
にそれぞれ適合度を評価する第2の過程と、前記世代に
属する最も適合度の高い遺伝子であるエリートに対する
各遺伝子のハミング距離を計算する第3の過程と、前記
エリート及び前記ハミング距離が最大となる遺伝子のい
ずれか一方、または双方から、少なくとも1つの変異体
の遺伝子を作る第4の過程と、これら変異体の遺伝子に
ついて、それぞれ適合度及び前記エリートに対する各遺
伝子のハミング距離を計算する第5の過程と、これら変
異体の遺伝子及び前記世代の遺伝子について前記ハミン
グ距離と前記適合度との2軸で張られた平面上の頻度分
布を求める第6の過程と、前記頻度分布に応じて、遺伝
的アルゴリズムのパラメータを変更する第7の過程と、
を備えたことを要旨とする。
Further, the invention according to claim 4 is an optimization of a genetic algorithm for manipulating a gene associated with an object to optimize a parameter of the genetic algorithm for searching an optimal solution or an approximate solution of the object. A first step of generating a gene group of an early generation, and a second step of evaluating the fitness of each gene belonging to an arbitrary generation of the initial generation or the second and subsequent generations, At least one of the third step of calculating the Hamming distance of each gene with respect to the elite, which is the gene having the highest fitness in the generation, and the gene having the maximum Hamming distance, or both, The fourth process of creating mutant genes, and the fitness of these mutant genes and the Hamming distance of each gene to the elite, respectively. And a sixth step of obtaining a frequency distribution on a plane stretched by two axes of the Hamming distance and the fitness for the gene of these mutants and the gene of the generation, and the frequency. A seventh step of changing the parameters of the genetic algorithm according to the distribution,
The summary is that

【0034】また、請求項5記載の発明は、対象に対応
付けられた遺伝子を操作して、この対象の最適解または
近似解を検索する遺伝的アルゴリズムのパラメータを最
適化する遺伝的アルゴリズムの最適化方法であって、初
期世代の遺伝子集団を発生する第1の過程と、この初期
世代または第2世代以降の任意の世代に属する遺伝子毎
にそれぞれ適合度を評価する第2の過程と、前記世代に
属する最も適合度の高い遺伝子に対する各遺伝子のハミ
ング距離を計算する第3の過程と、前記世代の遺伝子集
団について前記ハミング距離と前記適合度との2軸で張
られた平面上の頻度分布を求める第4の過程と、前記ハ
ミング距離を複数の区間に分割し、少なくともこの区間
毎に前記世代の遺伝子集団を分割して複数のグループを
構成する第5の過程と、遺伝子長に依存しない交叉定数
を用いて前記各グループ毎の存在確率を連立微分方程式
または連立差分方程式により表現する第6の過程と、前
記頻度分布を初期条件として前記連立微分方程式または
連立差分方程式を解くことにより、遺伝的アルゴリズム
の挙動を予測する第7の過程と、前記予測に基づいて、
遺伝的アルゴリズムのパラメータを変更する第8の過程
と、を備えたことを要旨とする。
Further, the invention according to claim 5 is an optimization of a genetic algorithm for manipulating a gene associated with an object to optimize parameters of the genetic algorithm for searching an optimal solution or an approximate solution of the object. A first step of generating a gene group of an early generation, and a second step of evaluating the fitness of each gene belonging to an arbitrary generation of the initial generation or the second and subsequent generations, A third step of calculating the Hamming distance of each gene with respect to the gene having the highest fitness in the generation, and the frequency distribution on the plane extending on the two axes of the Hamming distance and the fitness for the gene group of the generation And a fifth step of dividing the Hamming distance into a plurality of sections and dividing the generational gene group into at least each section to form a plurality of groups. And a sixth process of expressing the existence probability of each group by a simultaneous differential equation or simultaneous differential equation using a crossover constant that does not depend on gene length, and the simultaneous differential equation or simultaneous differential equation with the frequency distribution as an initial condition. Based on the seventh step of predicting the behavior of the genetic algorithm by solving the equation and the prediction,
An eighth step of changing the parameters of the genetic algorithm is provided.

【0035】また請求項6記載の発明は、対象に対応付
けられた遺伝子を操作して、この対象の最適解または近
似解を検索する遺伝的アルゴリズムのパラメータを最適
化する遺伝的アルゴリズムの最適化方法であって、初期
世代の遺伝子集団を発生する第1の過程と、この初期世
代または第2世代以降の任意の世代に属する遺伝子毎に
それぞれ適合度を評価する第2の過程と、前記世代に属
する最も適合度の高い遺伝子に対する各遺伝子のハミン
グ距離を計算する第3の過程と、前記世代の遺伝子集団
について前記ハミング距離と前記適合度との2軸で張ら
れた平面上の頻度分布を求める第4の過程と、前記ハミ
ング距離を複数の区間に分割し、少なくともこの区間毎
に前記世代の遺伝子集団を分割して複数のグループを構
成する第5の過程と、遺伝子長に依存しない交叉定数を
用いて前記各グループ毎の存在確率を遺伝子長の3倍以
下の変数の数の連立微分方程式または連立差分方程式に
より表現する第6の過程と、前記頻度分布を初期条件と
して前記連立微分方程式または連立差分方程式を解くこ
とにより、遺伝的アルゴリズムの挙動を予測する第7の
過程と、前記予測に基づいて、遺伝的アルゴリズムのパ
ラメータを変更する第8の過程と、を備えたことを要旨
とする。
Further, the invention according to claim 6 is an optimization of a genetic algorithm for manipulating a gene associated with an object to optimize parameters of the genetic algorithm for searching an optimum solution or an approximate solution of the object. A first step of generating a gene group of an early generation, a second step of evaluating the fitness for each gene belonging to the initial generation or any generation after the second generation, and the generation A third step of calculating the Hamming distance of each gene with respect to the gene having the highest fitness of the group, and the frequency distribution on the plane stretched by two axes of the Hamming distance and the fitness for the gene group of the generation. A fourth step of obtaining and a fifth step of dividing the Hamming distance into a plurality of sections and dividing the gene group of the generation into at least each section to form a plurality of groups , A sixth step of expressing the existence probability of each group by a simultaneous differential equation or a simultaneous difference equation with the number of variables not more than three times the gene length using a crossover constant that does not depend on the gene length, and the frequency distribution A seventh step of predicting the behavior of the genetic algorithm by solving the simultaneous differential equations or simultaneous differential equations as an initial condition; and an eighth step of changing the parameters of the genetic algorithm based on the prediction. The summary is that

【0036】また、請求項7記載の発明は、対象に対応
付けられた遺伝子を操作して、この対象の最適解または
近似解を検索する遺伝的アルゴリズムのパラメータを最
適化する遺伝的アルゴリズムの最適化方法であって、初
期世代の遺伝子集団を発生する第1の過程と、この初期
世代または第2世代以降の任意の世代に属する遺伝子毎
にそれぞれ適合度を評価する第2の過程と、前記世代に
属する最も適合度の高い遺伝子に対する各遺伝子のハミ
ング距離を計算する第3の過程と、前記世代の遺伝子集
団について前記ハミング距離と前記適合度との2軸で張
られた平面上の頻度分布を求める第4の過程と、前記ハ
ミング距離を複数の区間に分割し、少なくともこの区間
毎に前記世代の遺伝子集団を分割して複数のグループを
構成する第5の過程と、遺伝子長と遺伝子集団サイズと
のいずれか一方または双方に依存する交叉定数を用いて
前記各グループ毎の存在確率を連立微分方程式または連
立差分方程式により表現する第6の過程と、前記頻度分
布を初期条件として前記連立微分方程式または連立差分
方程式を解くことにより、遺伝的アルゴリズムの挙動を
予測する第7の過程と、前記予測に基づいて、遺伝的ア
ルゴリズムのパラメータを変更する第8の過程と、を備
えたことを要旨とする。
Further, the invention according to claim 7 is an optimization of a genetic algorithm for manipulating a gene associated with an object to optimize parameters of the genetic algorithm for searching an optimal solution or an approximate solution of the object. A first step of generating a gene group of an early generation, and a second step of evaluating the fitness of each gene belonging to an arbitrary generation of the initial generation or the second and subsequent generations, A third step of calculating the Hamming distance of each gene with respect to the gene having the highest fitness in the generation, and the frequency distribution on the plane extending on the two axes of the Hamming distance and the fitness for the gene group of the generation And a fifth step of dividing the Hamming distance into a plurality of sections and dividing the generational gene group into at least each section to form a plurality of groups. And a sixth step of expressing the existence probability of each group by a simultaneous differential equation or simultaneous differential equation using a crossover constant depending on either or both of the gene length and the gene population size, and the frequency distribution A seventh step of predicting the behavior of the genetic algorithm by solving the simultaneous differential equations or the simultaneous difference equations by using as an initial condition, and an eighth step of changing the parameters of the genetic algorithm based on the prediction. The summary is that

【0037】また、請求項8記載の発明は、対象に対応
付けられた遺伝子を操作して、この対象の最適解または
近似解を検索する遺伝的アルゴリズムのパラメータを最
適化する遺伝的アルゴリズムの最適化方法であって、初
期世代の遺伝子集団を発生する第1の過程と、この初期
世代または第2世代以降の任意の世代に属する遺伝子毎
にそれぞれ適合度を評価する第2の過程と、前記世代に
属する最も適合度の高い遺伝子に対する各遺伝子のハミ
ング距離を計算する第3の過程と、前記世代の遺伝子集
団について前記ハミング距離と前記適合度との2軸で張
られた平面上の頻度分布を求める第4の過程と、前記ハ
ミング距離を複数の区間に分割し、少なくともこの区間
毎に前記世代の遺伝子集団を分割して複数のグループを
構成する第5の過程と、遺伝子長と遺伝子集団サイズと
のいずれか一方または双方に依存する交叉定数を用いて
前記各グループ毎の存在確率を遺伝子長の3倍以下の変
数の数の連立微分方程式または連立差分方程式により表
現する第6の過程と、前記頻度分布を初期条件として前
記連立微分方程式または連立差分方程式を解くことによ
り、遺伝的アルゴリズムの挙動を予測する第7の過程
と、前記予測に基づいて、遺伝的アルゴリズムのパラメ
ータを変更する第8の過程と、を備えたことを要旨とす
る。
Further, the invention according to claim 8 is an optimization of a genetic algorithm for manipulating a gene associated with an object to optimize a parameter of the genetic algorithm for searching an optimum solution or an approximate solution of the object. A first step of generating a gene group of an early generation, and a second step of evaluating the fitness of each gene belonging to an arbitrary generation of the initial generation or the second and subsequent generations, A third step of calculating the Hamming distance of each gene with respect to the gene having the highest fitness in the generation, and the frequency distribution on the plane extending on the two axes of the Hamming distance and the fitness for the gene group of the generation And a fifth step of dividing the Hamming distance into a plurality of sections and dividing the generational gene group into at least each section to form a plurality of groups. And a crossover constant depending on either or both of the gene length and the gene population size, the existence probability of each group is determined by a simultaneous differential equation or simultaneous difference equation with the number of variables that is 3 times or less the gene length. A sixth step of expressing, a seventh step of predicting the behavior of the genetic algorithm by solving the simultaneous differential equations or simultaneous differential equations with the frequency distribution as an initial condition, and a genetic step based on the prediction. An eighth step of changing the parameters of the algorithm is provided.

【0038】また、請求項9記載の発明は、請求項1な
いし請求項8のいずれか1項記載の遺伝的アルゴリズム
の最適化方法において、第n(nは自然数)世代の遺伝
子集団のサイズをこれに続く第n+1世代の遺伝子集団
のサイズより大きくしたことを要旨とする。
Further, the invention according to claim 9 is the method for optimizing a genetic algorithm according to any one of claims 1 to 8, wherein the size of the gene population of the n-th (n is a natural number) generation is The gist is that the size is made larger than the size of the n + 1th generation gene group that follows.

【0039】また、請求項10記載の発明は、請求項1
ないし請求項9のいずれか1項記載の遺伝的アルゴリズ
ムの最適化方法において、前記パラメータは、最適化対
象に対応付けられた遺伝子の長さ、遺伝子集団の大き
さ、遺伝子の適合度に応じた複製率、交叉率及び突然変
異率の中から任意に選ばれた一つのパラメータまたはこ
れらの任意の組合せを含むものであることを要旨とす
る。
The invention according to claim 10 is the same as claim 1
10. The method for optimizing a genetic algorithm according to any one of claims 9 to 9, wherein the parameter is in accordance with the length of the gene associated with the optimization target, the size of the gene group, and the fitness of the gene. The gist is that it includes one parameter arbitrarily selected from the replication rate, the crossover rate, and the mutation rate, or any combination thereof.

【0040】また、請求項11記載の発明は、産業上ま
たは技術上の資源である最適化対象に対応付けられた遺
伝子に対して、パラメータに応じて変更可能な遺伝的ア
ルゴリズムを用いて世代交代を繰り返し、最適解または
その近似解を求める遺伝的アルゴリズムの最適化方法で
あって、初期世代の遺伝子集団を発生する第1の過程
と、この初期世代または第2世代以降の任意の世代に属
する遺伝子毎にそれぞれ適合度を評価する第2の過程
と、前記世代に属する最も適合度の高い遺伝子に対する
各遺伝子のハミング距離を計算する第3の過程と、前記
世代の遺伝子集団について前記ハミング距離と前記適合
度との2軸で張られた平面上の頻度分布を求める第4の
過程と、前記頻度分布に応じて、遺伝的アルゴリズムの
パラメータを変更する第5の過程と、を備えたことを要
旨とする遺伝的アルゴリズムの最適化方法である。
The invention according to claim 11 uses the genetic algorithm that can be changed according to the parameter for the gene associated with the optimization target, which is an industrial or technical resource, to change generations. Is a method for optimizing a genetic algorithm for obtaining an optimal solution or an approximate solution thereof, which belongs to a first process of generating a gene group of an early generation and an arbitrary generation after the initial generation or the second generation. A second step of evaluating the fitness for each gene, a third step of calculating the Hamming distance of each gene with respect to the gene having the highest fitness belonging to the generation, and the Hamming distance for the gene group of the generation. A fourth step of obtaining a frequency distribution on a plane stretched by two axes with the goodness of fit and parameters of the genetic algorithm are changed according to the frequency distribution. Comprising the steps of 5 a method of optimizing the genetic algorithm which summarized as further comprising a.

【0041】また、請求項12記載の発明は、対象に対
応付けられた遺伝子を操作して、この対象の最適解また
は近似解を検索する遺伝的アルゴリズムの挙動を解析す
る遺伝的アルゴリズムの解析システムであって、前記遺
伝子毎にそれぞれ適合度を評価する適合度評価手段と、
ある遺伝子集団に属する遺伝子のうち最も適合度の高い
遺伝子に対する各遺伝子のハミング距離を計算するハミ
ング距離計算手段と、前記遺伝子集団について前記ハミ
ング距離と前記適合度との2軸で張られた平面上の頻度
分布を求める頻度分布計算手段と、前記頻度分布を表示
する表示手段と、を備えてなり、対象に遺伝子を対応付
けた段階、または遺伝的アルゴリズム実行の任意の段階
において、遺伝子の前記頻度分布を前記表示手段に表示
することが可能なことを要旨とする遺伝的アルゴリズム
の解析システムである。
Further, the invention according to claim 12 is a genetic algorithm analysis system for operating a gene associated with an object to analyze the behavior of the genetic algorithm for retrieving an optimum solution or an approximate solution of the object. And a fitness evaluation means for evaluating the fitness for each of the genes,
A Hamming distance calculating means for calculating a Hamming distance of each gene with respect to a gene having the highest fitness among genes belonging to a certain gene group, and a plane stretched by two axes of the Hamming distance and the fitness for the gene group. And a display unit for displaying the frequency distribution, the frequency distribution of the gene at the stage of associating the gene with the target or at any stage of the execution of the genetic algorithm. This is a genetic algorithm analysis system whose gist is that the distribution can be displayed on the display means.

【0042】また、請求項13記載の発明は、対象に対
応付けられた遺伝子を操作して、この対象の最適解また
は近似解を検索する遺伝的アルゴリズムの挙動を解析す
る遺伝的アルゴリズムの解析システムであって、前記遺
伝子毎にそれぞれ適合度を評価する適合度評価手段と、
ある遺伝子集団に属する遺伝子のうち最も適合度の高い
遺伝子に対する各遺伝子のハミング距離を計算するハミ
ング距離計算手段と、前記最も適合度の高い遺伝子を最
上の階層とし、前記ハミング距離毎に他の遺伝子を階層
分類し、前記ハミング距離が1だけ異なる遺伝子間で互
いに各遺伝子座を示す符号が一つだけ異なる遺伝子を関
係づけた遺伝子系統樹を作成する遺伝子系統樹作成手段
と、前記遺伝子系統樹を表示する表示手段と、を備えて
なり、対象に遺伝子を対応付けた段階、または遺伝的ア
ルゴリズムの実行の任意の段階において、前記遺伝子系
統樹を前記表示手段に表示することが可能なことを要旨
とする遺伝的アルゴリズムの解析システムである。
Further, the invention according to claim 13 is a genetic algorithm analysis system for operating a gene associated with an object to analyze the behavior of the genetic algorithm for retrieving an optimum solution or an approximate solution of the object. And a fitness evaluation means for evaluating the fitness for each of the genes,
A Hamming distance calculating means for calculating the Hamming distance of each gene with respect to the gene having the highest fitness among genes belonging to a certain gene group, and the gene having the highest fitness is the highest layer, and another gene is set for each Hamming distance. And a gene phylogenetic tree for creating a gene phylogenetic tree in which genes having different Hamming distances of 1 are related to each other by genes having different signs indicating each locus by 1 And a display means for displaying, which is capable of displaying the gene phylogenetic tree on the display means at a stage of associating a gene with a target or at any stage of execution of a genetic algorithm. Is a genetic algorithm analysis system.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上説明したように請求項1記載の発明
によれば、初期世代または第2世代以降の任意の世代に
属する遺伝子毎にハミング距離と適合度との2軸で張ら
れた平面(以下、ハミング距離−適合度平面と呼ぶ)上
の頻度分布を求め、この頻度分布に応じて遺伝的アルゴ
リズムのパラメータを変更することにより、遺伝的アル
ゴリズムのパラメータ最適化を自動化し、遺伝的アルゴ
リズムによる最適解の探索時間を短縮することができる
という効果を奏する。また、使用経験を積まなくても誰
にでも遺伝的アルゴリズムの最適化方法を利用可能とす
ることができるという効果を奏する。
As described above, according to the first aspect of the present invention, a plane stretched by two axes of the Hamming distance and the fitness for each gene belonging to the initial generation or any generation after the second generation. By obtaining the frequency distribution on (hereinafter referred to as the Hamming distance-fitness plane) and changing the parameters of the genetic algorithm according to this frequency distribution, the parameter optimization of the genetic algorithm is automated and the genetic algorithm is optimized. This has the effect of shortening the search time for the optimum solution. In addition, it is possible to make the optimization method of the genetic algorithm available to anyone without any experience.

【0044】また、請求項2記載の発明によれば、初期
世代または第2世代以降の任意の世代に属する遺伝子毎
にハミング距離−適合度平面上の頻度分布を求め、この
頻度分布が遺伝的アルゴリズムでは最適解が得られない
分布を示す場合に、最適化対象と遺伝子との対応づけを
変化させて、初期世代の遺伝子集団を発生または遺伝子
毎の適合度の評価に戻ることにより、遺伝的アルゴリズ
ムに不適当な最適化対象と遺伝子との対応づけによる無
駄な処理時間を除去し、遺伝的アルゴリズムのパラメー
タ最適化を自動化し、遺伝的アルゴリズムによる最適解
の探索時間を短縮することができるという効果を奏す
る。また、使用経験を積まなくても誰にでも遺伝的アル
ゴリズムの最適化方法を利用可能とすることができると
いう効果を奏する。
According to the second aspect of the invention, the frequency distribution on the Hamming distance-fitness plane is obtained for each gene belonging to the initial generation or any generation after the second generation, and this frequency distribution is genetic. If the algorithm shows a distribution for which an optimal solution cannot be obtained, by changing the correspondence between the optimization target and the gene and generating the early generation gene group or returning to the evaluation of the fitness for each gene, the genetic It is said that it is possible to eliminate unnecessary processing time due to the correspondence between optimization objects and genes that are inappropriate for the algorithm, automate the parameter optimization of the genetic algorithm, and shorten the search time for the optimal solution by the genetic algorithm. Produce an effect. In addition, it is possible to make the optimization method of the genetic algorithm available to anyone without any experience.

【0045】また、請求項3記載の発明によれば、初期
世代または第2世代以降の任意の世代に属する遺伝子毎
にハミング距離と適合度とをそれぞれ求め、この世代に
属する遺伝子間の適合度差の最小値より大きい適合度階
差、または、この世代に属する遺伝子間のハミング距離
差の最小値より大きいハミング距離階差によりこの遺伝
子集団を区分して適合度区分を作り、この適合度区分毎
にこの世代の遺伝子集団について頻度分布を求めるよう
にしたので、前記頻度分布が多数の小さい山谷形状を含
む場合においても、最適化パラメータの値に影響しない
頻度分布上の小さい山谷形状が除去され、問題の基本的
な性質を示す頻度分布の巨視的な山谷形状を抽出して、
パラメータの最適値に対応づけることができ、これによ
りパラメータ最適化を自動化し、遺伝的アルゴリズムに
よる最適解の探索時間を短縮することができるという効
果を奏する。また、使用経験を積まなくても誰にでも遺
伝的アルゴリズムの最適化方法を利用可能とすることが
できるという効果を奏する。
According to the third aspect of the present invention, the Hamming distance and the fitness are calculated for each gene belonging to the initial generation or any generation from the second generation onward, and the fitness between the genes belonging to this generation is calculated. This fitness group is created by dividing this gene group by a difference in fitness that is greater than the minimum difference, or a Hamming distance that is greater than the minimum difference in Hamming distance between genes that belong to this generation. Since the frequency distribution is determined for each gene group of this generation for each generation, even when the frequency distribution includes many small peaks and valleys, small peaks and valleys on the frequency distribution that do not affect the value of the optimization parameter are removed. , Extracting the macroscopic peak-valley shape of the frequency distribution that shows the basic nature of the problem,
Since it can be associated with the optimum value of the parameter, the parameter optimization can be automated, and the search time for the optimum solution by the genetic algorithm can be shortened. In addition, it is possible to make the optimization method of the genetic algorithm available to anyone without any experience.

【0046】また、請求項4記載の発明によれば、初期
世代または第2世代以降の任意の世代に属する最も適合
度の高い遺伝子であるエリートとこのエリートから最も
ハミング距離が離れた遺伝子のいずれか一方、または双
方から、少なくとも1つの変異体の遺伝子を作り、これ
ら変異体の遺伝子及びこの世代の遺伝子についてハミン
グ距離−適合度平面上の頻度分布を求め、この頻度分布
に応じて遺伝的アルゴリズムのパラメータを変更するこ
とにより、ハミング距離−適合度平面上の遺伝子数の少
ない部分の頻度分布を補うことができ、より一層正確に
遺伝的アルゴリズムのパラメータ最適化を自動化し、遺
伝的アルゴリズムによる最適解の探索時間を短縮するこ
とができるという効果を奏する。また、使用経験を積ま
なくても誰にでも遺伝的アルゴリズムの最適化方法を利
用可能とすることができるという効果を奏する。
Further, according to the invention of claim 4, whichever of the gene having the highest fitness, elit, which belongs to any generation from the initial generation or the second generation onward, and the gene whose Hamming distance is farthest from this elite, At least one mutant gene is prepared from one or both of them, and the frequency distribution on the Hamming distance-fitness plane is obtained for the genes of these mutants and the genes of this generation, and the genetic algorithm is calculated according to this frequency distribution. By changing the parameters of, it is possible to supplement the frequency distribution of the part with a small number of genes on the Hamming distance-fitness plane, and more accurately automate the parameter optimization of the genetic algorithm, This has the effect of shortening the search time for a solution. In addition, it is possible to make the optimization method of the genetic algorithm available to anyone without any experience.

【0047】また、エリートの変異体の適合度を求める
ことにより、最適解(あるいは、これに準じる解)が安
定であるか、否かの判定が容易となり、求めた最適解の
外乱に対する安定性がわかるという効果がある。
Further, by determining the fitness of the elite variant, it becomes easy to determine whether or not the optimum solution (or a solution equivalent thereto) is stable, and the stability of the calculated optimum solution against disturbances is improved. Is effective.

【0048】この最適解の外乱に対する安定性とは、例
えば、最適な翼形状を製造する場合、実際には製造公差
により、予め規定された精度内の誤差が生じる。また実
際の使用環境(例えば、飛行中の荷重の変化)等により
翼形状に変化が生じることもある。このため、最適な翼
形状から微妙な形状の変化が、著しい抵抗係数の増加を
来すことは望ましくない。このため、適用する問題の性
質によっては重要となる最適解の安定性の評価も併せて
提示できるという効果を奏する。
With respect to the stability of the optimum solution against disturbance, for example, when manufacturing an optimum blade shape, an error within a predetermined accuracy occurs due to manufacturing tolerances. In addition, the wing shape may change due to the actual use environment (for example, change in load during flight). Therefore, it is not desirable that a subtle change in shape from the optimum blade shape causes a significant increase in the resistance coefficient. Therefore, there is an effect that the stability evaluation of the optimum solution, which is important depending on the nature of the problem to be applied, can be presented together.

【0049】また、請求項5記載の発明によれば、初期
世代または第2世代以降の任意の世代に属する遺伝子毎
にハミング距離−適合度平面上の頻度分布を求め、この
平面上の遺伝子を複数のグループ毎に分割し、遺伝子長
に依存しない交叉定数を用いてこれらグループ毎の存在
確率を示す連立微分方程式または連立差分方程式を前記
頻度分布を初期条件として解くことにより、遺伝的アル
ゴリズムの挙動を予測することができる。
According to the invention of claim 5, the frequency distribution on the Hamming distance-fitness plane is determined for each gene belonging to the initial generation or any generation after the second generation, and the genes on this plane are identified. The behavior of the genetic algorithm is divided into multiple groups and the simultaneous differential equations or simultaneous differential equations indicating the existence probabilities of these groups are solved by using the crossover constant that does not depend on the gene length, with the frequency distribution as the initial condition. Can be predicted.

【0050】そして、この予測に基づいて遺伝的アルゴ
リズムのパラメータを変更することにより、遺伝的アル
ゴリズムのパラメータ最適化を自動化し、遺伝的アルゴ
リズムによる最適解の探索時間を短縮することができる
という効果を奏する。また、使用経験を積まなくても誰
にでも遺伝的アルゴリズムの最適化方法を利用可能とす
ることができるという効果を奏する。
By changing the parameters of the genetic algorithm based on this prediction, the optimization of the parameters of the genetic algorithm can be automated, and the search time for the optimal solution by the genetic algorithm can be shortened. Play. In addition, it is possible to make the optimization method of the genetic algorithm available to anyone without any experience.

【0051】また請求項6記載の発明によれば、初期世
代または第2世代以降の任意の世代に属する遺伝子毎に
ハミング距離−適合度平面上の頻度分布を求め、この平
面上の遺伝子をハミング距離に応じて複数のグループ毎
に分割し、遺伝子長に依存しない交叉定数を用いてこれ
らグループ毎の存在確率を示す遺伝子長の3倍以下の変
数の数の連立微分方程式または連立差分方程式を前記頻
度分布を初期条件として解くことにより、遺伝的アルゴ
リズムの挙動を予測することができる。
According to the sixth aspect of the present invention, the frequency distribution on the Hamming distance-fitness plane is obtained for each gene belonging to the initial generation or any generation from the second generation onward, and the genes on this plane are hummed. By dividing into a plurality of groups according to the distance and using a crossover constant that does not depend on the gene length, simultaneous differential equations or simultaneous difference equations with the number of variables less than or equal to 3 times the gene length indicating the existence probability of each group are described above. The behavior of the genetic algorithm can be predicted by solving the frequency distribution as an initial condition.

【0052】そして、この予測に基づいて遺伝的アルゴ
リズムのパラメータを変更することにより、遺伝的アル
ゴリズムのパラメータ最適化を自動化し、遺伝的アルゴ
リズムによる最適解の探索時間を短縮することができる
という効果を奏する。また、使用経験を積まなくても誰
にでも遺伝的アルゴリズムの最適化方法を利用可能とす
ることができるという効果を奏する。
By changing the parameters of the genetic algorithm based on this prediction, it is possible to automate the parameter optimization of the genetic algorithm and shorten the search time for the optimal solution by the genetic algorithm. Play. In addition, it is possible to make the optimization method of the genetic algorithm available to anyone without any experience.

【0053】また、請求項7記載の発明によれば、初期
世代または第2世代以降の任意の世代に属する遺伝子毎
にハミング距離−適合度平面上の頻度分布を求め、この
平面上の遺伝子を複数のグループ毎に分割し、遺伝子長
と遺伝子集団サイズとのいずれか一方または双方に依存
する交叉定数を用いてこれらグループ毎の存在確率を示
す連立微分方程式または連立差分方程式を前記頻度分布
を初期条件として解くことにより、遺伝的アルゴリズム
の挙動を予測することができる。
Further, according to the invention of claim 7, the frequency distribution on the Hamming distance-fitness plane is obtained for each gene belonging to the initial generation or any generation after the second generation, and the genes on this plane are identified. Divide into multiple groups, and use a crossover constant that depends on either or both of the gene length and the gene population size to create a simultaneous differential equation or simultaneous differential equation that indicates the existence probability of each of these groups. By solving as a condition, the behavior of the genetic algorithm can be predicted.

【0054】そして、この予測に基づいて遺伝的アルゴ
リズムのパラメータを変更することにより、遺伝的アル
ゴリズムのパラメータ最適化を自動化し、遺伝的アルゴ
リズムによる最適解の探索時間を短縮することができる
という効果を奏する。また、使用経験を積まなくても誰
にでも遺伝的アルゴリズムの最適化方法を利用可能とす
ることができるという効果を奏する。
By changing the parameters of the genetic algorithm based on this prediction, it is possible to automate the optimization of the parameters of the genetic algorithm and shorten the search time for the optimal solution by the genetic algorithm. Play. In addition, it is possible to make the optimization method of the genetic algorithm available to anyone without any experience.

【0055】また、請求項8記載の発明によれば、初期
世代または第2世代以降の任意の世代に属する遺伝子毎
にハミング距離−適合度平面上の頻度分布を求め、この
平面上の遺伝子をハミング距離に応じて複数のグループ
毎に分割し、遺伝子長と遺伝子集団サイズとのいずれか
一方または双方に依存する交叉定数を用いてこれらグル
ープ毎の存在確率を示す遺伝子長の3倍以下の変数の数
の連立微分方程式または連立差分方程式を前記頻度分布
を初期条件として解くことにより、遺伝的アルゴリズム
の挙動を予測することができる。
According to the invention of claim 8, a frequency distribution on the Hamming distance-fitness plane is obtained for each gene belonging to the initial generation or any generation from the second generation onward, and the genes on this plane are identified. A variable which is divided into a plurality of groups according to the Hamming distance, and which indicates the existence probability of each of these groups by using a crossover constant depending on one or both of the gene length and the gene population size The behavior of the genetic algorithm can be predicted by solving a number of simultaneous differential equations or simultaneous differential equations with the frequency distribution as an initial condition.

【0056】そして、この予測に基づいて遺伝的アルゴ
リズムのパラメータを変更することにより、遺伝的アル
ゴリズムのパラメータ最適化を自動化し、遺伝的アルゴ
リズムによる最適解の探索時間を短縮することができる
という効果を奏する。また、使用経験を積まなくても誰
にでも遺伝的アルゴリズムの最適化方法を利用可能とす
ることができるという効果を奏する。
By changing the parameters of the genetic algorithm based on this prediction, it is possible to automate the parameter optimization of the genetic algorithm and shorten the search time for the optimal solution by the genetic algorithm. Play. In addition, it is possible to make the optimization method of the genetic algorithm available to anyone without any experience.

【0057】また、請求項9記載の発明によれば、第n
世代の遺伝子集団のサイズをこれに続く第n+1世代の
遺伝子集団のサイズより大きくすることにより、サンプ
ル数が大きい第n世代の遺伝子集団についてハミング距
離−適合度平面上の頻度分布を求めることにより、さら
に一層正確に問題の性質を表す頻度分布を入手すること
ができるという効果を奏する。また、遺伝的アルゴリズ
ム実行の初期段階での検索密度を高めて、最適解への収
束性を高めるという効果を奏する。
According to the invention of claim 9, the n-th
By making the size of the gene group of the generation larger than the size of the gene group of the subsequent n + 1 generation, by obtaining the frequency distribution on the Hamming distance-fitness plane for the gene group of the nth generation having a large number of samples, Further, it is possible to obtain the frequency distribution that represents the nature of the problem even more accurately. Further, it has an effect of increasing the search density in the initial stage of the execution of the genetic algorithm and improving the convergence to the optimum solution.

【0058】また、請求項10記載の発明によれば、前
記パラメータは、最適化対象に対応付けられた遺伝子の
長さ、遺伝子集団の大きさ、遺伝子の適合度に応じた複
製率、交叉率及び突然変異率の中から任意に選ばれた一
つのパラメータまたはこれらの任意の組合せを含むもの
とすることにより、遺伝的アルゴリズムのパラメータ最
適化を自動化し、遺伝的アルゴリズムによる最適解の探
索時間を短縮することができるという効果を奏する。ま
た、使用経験を積まなくても誰にでも遺伝的アルゴリズ
ムの最適化方法を利用可能とすることができるという効
果を奏する。
According to the tenth aspect of the invention, the parameters are the length of the gene associated with the optimization target, the size of the gene group, the replication rate according to the fitness of the gene, and the crossover rate. And by including one parameter arbitrarily selected from the mutation rates or any combination thereof, the parameter optimization of the genetic algorithm is automated, and the search time for the optimal solution by the genetic algorithm is shortened. There is an effect that can be. In addition, it is possible to make the optimization method of the genetic algorithm available to anyone without any experience.

【0059】また、請求項11記載の発明によれば、初
期世代または第2世代以降の任意の世代に属する遺伝子
毎にハミング距離−適合度平面上の頻度分布を求め、こ
の頻度分布に応じて遺伝的アルゴリズムのパラメータを
変更することにより、遺伝的アルゴリズムのパラメータ
最適化を自動化し、遺伝的アルゴリズムによる産業上ま
たは技術上の資源を最適化する最適解の探索時間を短縮
することができるという効果を奏する。また、使用経験
を積まなくても誰にでも遺伝的アルゴリズムの最適化方
法を利用可能とすることができるという効果を奏する。
According to the invention of claim 11, the frequency distribution on the Hamming distance-fitness plane is obtained for each gene belonging to the initial generation or any generation from the second generation onward, and the frequency distribution is determined according to this frequency distribution. By changing the parameters of the genetic algorithm, it is possible to automate the parameter optimization of the genetic algorithm and shorten the search time of the optimum solution that optimizes the industrial or technical resources by the genetic algorithm. Play. In addition, it is possible to make the optimization method of the genetic algorithm available to anyone without any experience.

【0060】また、請求項12記載の発明によれば、対
象に遺伝子を対応付けた段階、または遺伝的アルゴリズ
ムの実行の任意の段階において、ハミング距離と適合度
との2軸で張られた平面上の遺伝子の頻度分布を求め、
表示手段に表示することにより、最適化対象と遺伝的ア
ルゴリズムとの適合性を判定したり、遺伝的アルゴリズ
ムの巨視的な挙動を観察することができるという効果を
奏する。
According to the twelfth aspect of the present invention, a plane stretched by two axes of the Hamming distance and the goodness of fit at the stage of associating the gene with the object or at any stage of execution of the genetic algorithm. Find the frequency distribution of the above genes,
By displaying on the display means, it is possible to determine the compatibility between the optimization target and the genetic algorithm, and to observe the macroscopic behavior of the genetic algorithm.

【0061】また、請求項13記載の発明によれば、対
象に遺伝子を対応付けた段階、または遺伝的アルゴリズ
ムの実行の任意の段階において、最も適合度の高い遺伝
子からのハミング距離毎に他の遺伝子を階層分類し、こ
のハミング距離が1だけ異なる遺伝子間で互いに各遺伝
子座を示す符号が一つだけ異なる遺伝子を関係づけた遺
伝子系統樹を作成して表示することにより、最適化対象
と遺伝的アルゴリズムとの適合性を判定したり、遺伝的
アルゴリズムの巨視的な挙動を観察することができると
いう効果を奏する。
According to the thirteenth aspect of the present invention, at the stage of associating a gene with an object or at any stage of executing a genetic algorithm, another Hamming distance from the gene having the highest fitness is changed. Genes are hierarchically classified, and a gene phylogenetic tree in which genes having different Hamming distances of 1 and different signs of each locus are associated with each other is created and displayed. The effect of being able to determine the compatibility with the genetic algorithm and observing the macroscopic behavior of the genetic algorithm is obtained.

【0062】[0062]

【発明の実施の形態】次に図面を参照して、本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図1は、本発明に係る遺伝
的アルゴリズムの最適化方法を実行する装置の構成を示
すブロック図である。同図において、遺伝的アルゴリズ
ムの最適化装置1は、入力装置103と、遺伝子の分布
を求める遺伝子分布計算装置5と、遺伝子分布計算装置
5の計算結果に基づいて遺伝的アルゴリズムの各種パラ
メータを最適化するパラメータ設定装置7と、遺伝的ア
ルゴリズム実行装置9と、乱数発生装置111と、出力
装置113と、補助記憶装置115と、プリンタ117
と、コンソール119と、可変翼装置121と、可変翼
装置121に内蔵された機械装置123と、抵抗係数測
定装置125とを含んで構成されている。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an apparatus that executes the method for optimizing a genetic algorithm according to the present invention. In FIG. 1, the genetic algorithm optimizing device 1 optimizes various parameters of the genetic algorithm based on the input device 103, the gene distribution calculating device 5 for obtaining the gene distribution, and the calculation result of the gene distribution calculating device 5. Parameter setting device 7 to be converted, genetic algorithm execution device 9, random number generation device 111, output device 113, auxiliary storage device 115, and printer 117.
And a console 119, a variable blade device 121, a mechanical device 123 incorporated in the variable blade device 121, and a resistance coefficient measuring device 125.

【0063】遺伝的アルゴリズムの最適化装置1は、図
11に示した従来の遺伝的アルゴリズムによる最適化装
置101に、遺伝子分布計算装置5及びパラメータ設定
装置7が追加されて構成されていて、他の構成要素は、
図11に示した従来例の構成要素と同じであるので、同
じ符号を付与して重複する説明を省略する。
The genetic algorithm optimizing apparatus 1 is configured by adding a gene distribution calculating apparatus 5 and a parameter setting apparatus 7 to the conventional genetic algorithm optimizing apparatus 101 shown in FIG. The components of
Since it is the same as the constituent element of the conventional example shown in FIG. 11, the same reference numerals are given and duplicate description is omitted.

【0064】まず最初に、長さL(L=12)の2進数
で表現される全ての可能な遺伝子(2のL乗個)の集団
を考える。そして、最適形状の遺伝子(Cd=0.88
として唯一存在するものとし、以下最適種と呼ぶ)を示
す符号:111100001010からのハミング距離
に応じて、それぞれの遺伝子を階層に分類すると、図2
に示すような分布となる。L=12であるから、最適種
からのハミング距離(以下、特に断らない限り、最適種
からのハミング距離を単にハミング距離と記す)は、最
適種自体を示す0から最適種の遺伝子をビット毎に反転
した遺伝子を示す12までとなり、各ハミング距離iの
階層に分類された遺伝子数は、12個からi個を取り出
す組合せ、即ち、C(12,i) となる。
First, consider a population of all possible genes (2 powers of 2) expressed in binary with length L (L = 12). Then, the gene of the optimum shape (Cd = 0.88)
2), each gene is classified into a hierarchy according to the Hamming distance from the code: 111100001010 indicating the optimum species).
The distribution is as shown in. Since L = 12, the Hamming distance from the optimal species (hereinafter, the Hamming distance from the optimal species is simply referred to as the Hamming distance unless otherwise specified) is 0 to the optimal species gene, which indicates the optimal species itself. The number of genes classified into the hierarchy of each Hamming distance i is 12, which is a combination of 12 i, that is, C (12, i).

【0065】この階層毎の分布形状は、ハミング距離0
と12とにそれぞれ1つの遺伝子があり、ハミング距離
6(=L/2)において最大数C(12,6) を有す
る菱形となる。互いに等しいハミング距離を持つ遺伝子
から構成された各層内には、同じ数値列のものは存在し
ないが、等しい適合度を持つものが存在する可能性があ
る。よって、2のL乗個の全ての可能な遺伝子をハミン
グ距離と適合度との2軸で張った平面(以下、ハミング
距離−適合度平面と呼ぶ)上に頻度分布(これを縮退構
造と呼ぶ)としてプロットすると、例えば図3に示すよ
うな分布となる。
The distribution shape for each layer has a Hamming distance of 0.
There is one gene in each of 1 and 12, and it becomes a diamond with the maximum number C (12,6) at the Hamming distance of 6 (= L / 2). Within each layer composed of genes with equal Hamming distances, there is no one with the same numerical sequence, but there may be one with the same goodness of fit. Therefore, a frequency distribution (this is referred to as a degenerate structure) on a plane (hereinafter, referred to as a Hamming distance-fitness plane) in which all possible powers of 2 L genes are stretched on two axes of the Hamming distance and the fitness. ), The distribution is as shown in FIG. 3, for example.

【0066】そして、この頻度分布の形状は、問題の解
候補を遺伝子にコード化する方法とこの遺伝子からデコ
ードされた表現型の適合度関数(評価関数)とに応じて
定まる。すなわち、この頻度分布の形状は、遺伝子集団
の大きさ、遺伝子の適合度に応じた複製率、交叉率及び
突然変異率等の遺伝的アルゴリズムのパラメータには依
存せず、問題の性質を客観的かつ定量的に示す尺度であ
る。しかし、2のL乗個の遺伝子全ての分布を調べるこ
とは、即ち全ての解を求めることと同じであり、遺伝的
アルゴリズムを使用するまでもない。
The shape of this frequency distribution is determined according to the method of coding the solution candidate of the problem in a gene and the phenotypic fitness function (evaluation function) decoded from this gene. That is, the shape of this frequency distribution does not depend on the parameters of the genetic algorithm such as the size of the gene group, the replication rate according to the fitness of the gene, the crossover rate, and the mutation rate, and the nature of the problem is objective. It is also a quantitative measure. However, investigating the distribution of all 2 L power genes, that is, finding all the solutions, does not need to use a genetic algorithm.

【0067】そこで、遺伝的アルゴリズムの遺伝子の初
期世代の集団サイズをN(0≪N≪2L)とし、乱数に
より発生させたN個の遺伝子について、ハミング距離−
適合度平面上の頻度分布(これを初期縮退構造と呼ぶ)
を求める。Nがある程度大きければ大数の法則により、
この初期世代の頻度分布の形状は、図3の分布形状を頻
度軸方向にN/2Lに圧縮した形状(図3の分布形状に
相似)に近い形状となることが期待できる。このことか
ら、この初期縮退構造を用いて、以下に示すように遺伝
的アルゴリズムのパラメータの最適化を考える。
Therefore, assuming that the population size of the genes of the genetic algorithm in the initial generation is N (0 << N << 2L), the Hamming distance-for N genes generated by random numbers
Frequency distribution on the fitness plane (this is called the initial degenerate structure)
Ask for. If N is large to some extent, according to the law of large numbers,
It can be expected that the shape of the frequency distribution of this early generation is close to the shape obtained by compressing the distribution shape of FIG. 3 to N / 2L in the frequency axis direction (similar to the distribution shape of FIG. 3). From this, using the initial degenerate structure, we consider the optimization of the parameters of the genetic algorithm as shown below.

【0068】この初期世代集団のN個の遺伝子による初
期縮退構造は、問題を遺伝子に対応させた場合の遺伝的
アルゴリズムの景観(Landscape)を与える。これによ
り、初期縮退構造は、遺伝的アルゴリズムの各パラメー
タ、交叉率αC、突然変異率αM、複製率、遺伝子長L、
集団サイズNのそれぞれの最適値とは、1対1に対応す
るか、或いは強度の相関関係を有する。この説明は、本
願発明者による文献1(Four−Group Equ
ation of Genetic Algorith
m,JSME International Jour
nal,SeriesC,Vol.38,No.2,1
995)に詳細に記述されている。
The initial degenerate structure of N genes in this early generation population gives the landscape of the genetic algorithm when the problem is associated with genes. As a result, the initial degenerate structure is determined by each parameter of the genetic algorithm, crossover rate αC, mutation rate αM, replication rate, gene length L,
The respective optimum values of the population size N have a one-to-one correspondence or have a strength correlation. This explanation is given in Reference 1 (Four-Group Equ) by the present inventor.
ation of Genetic Algorithm
m, JSME International Jour
nal, Series C, Vol. 38, no. 2, 1
995).

【0069】次に、任意の問題に対して、この対応関係
を利用して遺伝的アルゴリズムのパラメータを最適化す
ることを考える。このため、予め各種の問題について、
ハミング距離−適合度平面上の頻度分布と、パラメータ
のいろいろな値により実際に遺伝的アルゴリズムを実行
して、最適なパラメータを求めて、初期縮退構造とパラ
メータの最適値との対応表(マップ)を作成し、例え
ば、パラメータ設定装置7、補助記憶装置115等に記
憶させておく。
Next, it will be considered to optimize the parameters of the genetic algorithm by utilizing this correspondence relationship with respect to an arbitrary problem. Therefore, regarding various problems in advance,
Hamming distance-Fitness distribution Frequency distribution on the plane and various values of the parameter are used to actually execute the genetic algorithm to find the optimum parameter, and the correspondence table (map) between the initial degenerate structure and the optimum value of the parameter Is created and stored in the parameter setting device 7, the auxiliary storage device 115, or the like.

【0070】そして、遺伝的アルゴリズムにより解くべ
き問題が与えられると、この問題の初期縮退構造を遺伝
子分布計算装置5により求め、上記対応表を検索するこ
とにより、最適なパラメータが得られる。次いで、この
パラメータを利用して、遺伝的アルゴリズム実行装置9
により遺伝的アルゴリズムを実行することにより、最適
解が短時間で得られ、実行時間の短縮を図ることができ
る。
Then, when a problem to be solved is given by the genetic algorithm, the initial degenerate structure of this problem is obtained by the gene distribution calculation device 5 and the above correspondence table is searched to obtain optimum parameters. Next, using this parameter, the genetic algorithm execution device 9
By executing the genetic algorithm, the optimal solution can be obtained in a short time, and the execution time can be shortened.

【0071】また、遺伝的アルゴリズムの使用経験がな
い操作者でも最適なパラメータを用いて遺伝的アルゴリ
ズムを実行することができ、さらには初期縮退構造を求
める手段と、初期縮退構造−パラメータ最適値対応表の
検索手段とをリンクさせれば、人手を介在させずに、遺
伝的アルゴリズムのパラメータ最適化を自動化できる。
An operator who has no experience of using the genetic algorithm can execute the genetic algorithm by using the optimum parameters. Further, the means for obtaining the initial degenerate structure and the initial degenerate structure-parameter optimum value correspondence By linking with the search means of the table, the parameter optimization of the genetic algorithm can be automated without human intervention.

【0072】また、適合度を評価する条件(例えば抵抗
係数を求める風速、適合度評価関数等)が変わり、予期
せぬ様々な環境変化に応じて、自立した最適化が可能と
なる。
Further, the conditions for evaluating the conformity (for example, the wind speed for obtaining the resistance coefficient, the conformity evaluation function, etc.) are changed, and independent optimization can be performed according to various unexpected environmental changes.

【0073】図4は、本発明に係る遺伝的アルゴリズム
の最適化方法の第1実施形態を示すフローチャート図で
ある。図4のフローチャートにおいて、初期世代の遺伝
子集団について、最も適合度の高い遺伝子に対する各遺
伝子のハミング距離と適合度との2軸で張られた平面上
の頻度分布に応じて、遺伝的アルゴリズムのパラメータ
を変更する手順が示されている。
FIG. 4 is a flow chart showing the first embodiment of the method for optimizing a genetic algorithm according to the present invention. In the flowchart of FIG. 4, the parameters of the genetic algorithm are determined according to the frequency distribution on the plane stretched by two axes of the Hamming distance and the fitness of each gene with respect to the gene having the highest fitness for the gene group of the early generation. The procedure for changing the is shown.

【0074】まず、対象となる問題を遺伝子に対応づけ
るために文字列にコード化する(ステップS110)。
次いで、集団サイズNの初期世代の遺伝子群を発生する
(ステップS120)。この初期世代の遺伝子群の発生
には、乱数発生装置111から得られた乱数を用いても
よいし、熱対流に関するローレンツ・モデルや、バネ・
質量系の振動を表現する非線形方程式等から得られた数
値を初期世代の遺伝子群の値に用いてもよい。もちろん
任意の値を初期世代の遺伝子群とすることもできる。
First, the target problem is encoded into a character string so as to be associated with a gene (step S110).
Next, an early generation gene group having a population size N is generated (step S120). A random number obtained from the random number generator 111 may be used for the generation of this early generation gene group, or a Lorentz model for heat convection or a spring.
A numerical value obtained from a non-linear equation expressing the vibration of the mass system may be used as the value of the gene group of the early generation. Of course, any value can be used as the gene group of the early generation.

【0075】次いで、この初期世代に属する各遺伝子の
適合度が評価される(ステップS130)。遺伝子の適
合度評価は、それぞれの遺伝子をデコードし、出力装置
113から機械装置123に可変翼装置制御信号を出力
して、遺伝子の表現型である翼形状に変化させる。この
形状が変化した可変翼装置121は、風洞中で抵抗係数
測定装置125により抵抗力が測定され、この抵抗力か
ら抵抗係数(Cd値)が計算される。各遺伝子に対応す
るCd値は、入力装置103を介して遺伝的アルゴリズ
ム実行装置9に戻される。
Next, the fitness of each gene belonging to this early generation is evaluated (step S130). In the gene compatibility evaluation, each gene is decoded, and a variable wing device control signal is output from the output device 113 to the mechanical device 123 to change the wing shape, which is the phenotype of the gene. The resistance force of the variable blade device 121 whose shape has changed is measured by the resistance coefficient measuring device 125 in the wind tunnel, and the resistance coefficient (Cd value) is calculated from this resistance force. The Cd value corresponding to each gene is returned to the genetic algorithm execution device 9 via the input device 103.

【0076】この初期世代に属する全ての遺伝子の適合
度の評価が終わると、遺伝子分布計算装置5により、遺
伝子の初期縮退構造が計算される。この計算には、ま
ず、この初期世代の遺伝子の中から最も適合度の高い遺
伝子の持つ符号を基準として、各遺伝子の対応する遺伝
子座の符号が異なる数を計数し、ハミング距離を求める
(ステップS140)。このハミング距離の定義は、一
般の符号理論で用いられるハミング距離と同一である。
When the evaluation of the fitness of all the genes belonging to the initial generation is completed, the gene distribution calculator 5 calculates the initial degenerate structure of the genes. In this calculation, first, with reference to the sign of the gene with the highest fitness among the genes of this early generation, the number of different signs of the corresponding loci of each gene is counted to obtain the Hamming distance (step S140). The definition of the Hamming distance is the same as the Hamming distance used in general code theory.

【0077】次いで、ハミング距離と適合度との2軸で
張られた平面上にこの世代に属する全ての遺伝子をプロ
ットし、頻度分布を求める(ステップS150)。この
頻度分布(初期縮退構造)は、遺伝的アルゴリズムにお
けるこの遺伝子群の巨視的な挙動を示すものとなる。
Next, all the genes belonging to this generation are plotted on the plane stretched by the two axes of the Hamming distance and the goodness of fit to obtain the frequency distribution (step S150). This frequency distribution (initial degenerate structure) shows the macroscopic behavior of this gene group in the genetic algorithm.

【0078】次いで、この頻度分布に応じて、パラメー
タ設定装置7が遺伝的アルゴリズムのパラメータ、例え
ば、複製率、交叉率及、突然変異率等を最適化する(ス
テップS160)。次いで、これら最適化されたパラメ
ータを用いて、遺伝的アルゴリズム実行装置9が、突然
変異、交叉、淘汰、複製等の処理を行い、次世代の遺伝
子群を生成する(ステップS170)。次いで、この遺
伝子群について、ステップS130と同様に、遺伝子毎
に適合度を評価する(ステップS180)。
Next, the parameter setting device 7 optimizes the parameters of the genetic algorithm, for example, the duplication rate, the crossover rate, the mutation rate, etc., according to this frequency distribution (step S160). Then, using these optimized parameters, the genetic algorithm execution device 9 performs processing such as mutation, crossover, selection, and duplication to generate a next-generation gene group (step S170). Next, with respect to this gene group, the fitness is evaluated for each gene as in step S130 (step S180).

【0079】次いで、収束条件が満足されるか否かが判
定される(ステップS190)。収束条件が満足されて
いれば、最適解を出力して(ステップS200)、終了
する。
Next, it is determined whether or not the convergence condition is satisfied (step S190). If the convergence condition is satisfied, the optimum solution is output (step S200) and the process ends.

【0080】収束条件が満足されていなければ、ステッ
プS170へ戻り、遺伝的アルゴリズムの実行を継続す
る。
If the convergence condition is not satisfied, the process returns to step S170 to continue the execution of the genetic algorithm.

【0081】なお、本実施の形態においては、初期世代
の遺伝子群について、ハミング距離−適合度平面上の頻
度分布を求めたが、初期世代に限らず任意の世代の遺伝
子群についてハミング距離−適合度平面上の頻度分布を
求め、この頻度分布に応じて、遺伝的アルゴリズムのパ
ラメータを最適化してもよい。
In the present embodiment, the frequency distribution on the Hamming distance-fitness plane is obtained for the gene group of the initial generation, but the Hamming distance-adaptation is not limited to the gene group of any generation, not limited to the initial generation. The frequency distribution on the frequency plane may be obtained, and the parameters of the genetic algorithm may be optimized according to this frequency distribution.

【0082】図5は、本発明に係る遺伝的アルゴリズム
の最適化方法の第2実施形態を示すフローチャート図で
ある。図5のフローチャートにおいて、初期世代の遺伝
子集団について、最も適合度の高い遺伝子に対する各遺
伝子のハミング距離と適合度との2軸で張られた平面上
の頻度分布を求め、この頻度分布が遺伝的アルゴリズム
では最適解が得られない分布であるとき、最適化対象と
遺伝子との対応づけを変更する手順が示されている。な
お、図4に示した最適化方法の第1実施形態と同じステ
ップには、同じステップ番号を付与して、重複する説明
は省略する。
FIG. 5 is a flow chart showing the second embodiment of the method for optimizing a genetic algorithm according to the present invention. In the flowchart of FIG. 5, for a gene group of the early generation, a frequency distribution on a plane stretched by two axes of the Hamming distance and the fitness of each gene with respect to the gene having the highest fitness is obtained, and this frequency distribution is genetic. The procedure for changing the correspondence between the optimization target and the gene is shown when the distribution is such that the optimal solution cannot be obtained by the algorithm. Note that the same step numbers are given to the same steps as those in the first embodiment of the optimization method shown in FIG. 4, and duplicate description will be omitted.

【0083】図5において、ステップS110からステ
ップS150までは、図4の第1実施形態と同様であ
る。次いで、ハミング距離−適合度平面上の遺伝子の頻
度分布の形状が判定され、遺伝的アルゴリズムにより最
適解が得られる分布か否かが判定される(ステップS1
52)。この頻度分布の形状が急峻な形状をしている場
合等には、遺伝的アルゴリズムにより最適解が得られな
いとして、先のステップS110で行った最適化対象と
遺伝子との対応づけを変更し(ステップS154)、ス
テップS120またはステップS130へ戻る。
In FIG. 5, steps S110 to S150 are the same as those in the first embodiment shown in FIG. Next, the shape of the frequency distribution of the genes on the Hamming distance-fitness plane is determined, and it is determined by the genetic algorithm whether or not the distribution yields the optimum solution (step S1).
52). When the shape of this frequency distribution is steep, it is considered that the optimal solution cannot be obtained by the genetic algorithm, and the association between the optimization target and the gene performed in the previous step S110 is changed ( Step S154), and the process returns to step S120 or step S130.

【0084】この変更は、例えば、従来技術の項記載の
表1による最適化対象と遺伝子との対応づけから、下記
の表2または表3等の対応づけに変更することである。
This change is, for example, to change the correspondence between the optimization target and the gene shown in Table 1 described in the section of the prior art to the correspondence shown in Table 2 or Table 3 below.

【0085】[0085]

【表2】 [Table 2]

【表3】 ステップS152の判定において、最適化対象と遺伝子
との対応付けを如何に変更しても、最適解が得られない
初期縮退構造であれば、これは、遺伝的アルゴリズムに
不向きな問題であるので、適当な打ち切り条件により中
止する。
[Table 3] In the determination of step S152, no matter how the correspondence between the optimization target and the gene is changed, if the initial degenerate structure is such that the optimum solution cannot be obtained, this is a problem unsuitable for the genetic algorithm. It will be canceled by the appropriate termination condition.

【0086】ステップS152の判定において、遺伝的
アルゴリズムにより最適解が得られる分布であると判定
されると、次いで、図4と同様に、ステップS160以
下の手順が実行される。
If it is determined in step S152 that the distribution obtains the optimum solution by the genetic algorithm, then the procedure from step S160 onward is executed as in FIG.

【0087】図6は、本発明に係る遺伝的アルゴリズム
の最適化方法の第3実施形態を示すフローチャート図で
ある。図6のフローチャートにおいて、初期世代の遺伝
子集団について、最も適合度の高い遺伝子に対する各遺
伝子のハミング距離と適合度との2軸で張られた平面上
の頻度分布を求め、この頻度分布に非常に多くの山があ
り、初期縮退構造と遺伝的アルゴリズムの各パラメータ
の最適値との対応をマップで求められない場合に、ハミ
ング距離−適合度平面上の巨視的な頻度分布を用いる手
順が示されている。なお、図4に示した最適化方法の第
1実施形態と同じステップには、同じステップ番号を付
与して、重複する説明は省略する。
FIG. 6 is a flow chart showing the third embodiment of the genetic algorithm optimizing method according to the present invention. In the flowchart of FIG. 6, the frequency distribution on the plane extended by two axes of the Hamming distance and the fitness of each gene with respect to the gene having the highest fitness is calculated in the early generation gene group, and the frequency distribution is very high. If there are many peaks and the map cannot find the correspondence between the initial degenerate structure and the optimum value of each parameter of the genetic algorithm, a procedure using a macroscopic frequency distribution on the Hamming distance-fitness plane is shown. ing. Note that the same step numbers are given to the same steps as those in the first embodiment of the optimization method shown in FIG. 4, and duplicate description will be omitted.

【0088】図6において、ステップS110からステ
ップS150までは、図4の第1実施形態と同様であ
る。次いで、ハミング距離−適合度平面上の遺伝子の頻
度分布の形状が判定され、多数の山谷形状があるか否か
が判定される(ステップS156)。この頻度分布が多
数の山谷形状を有している場合、そのパターンの数は膨
大となり、頻度分布の形状と最適パラメータの値という
マップでは対応できなくなるので、ハミング距離または
適合度のいずれか一方または双方の区分け範囲(以下、
窓と呼ぶ)を大きくして、巨視的な頻度分布を求める
(ステップS158)。
In FIG. 6, steps S110 to S150 are the same as those in the first embodiment shown in FIG. Next, the shape of the frequency distribution of genes on the Hamming distance-fitness plane is determined, and it is determined whether or not there are many peaks and valleys (step S156). When this frequency distribution has a large number of peaks and valleys, the number of patterns becomes huge, and the shape of the frequency distribution and the map of the optimum parameter cannot be used. Therefore, either the Hamming distance or the goodness of fit, or Both division range (hereinafter,
The window is enlarged) to obtain a macroscopic frequency distribution (step S158).

【0089】遺伝的アルゴリズムの最適化過程に影響を
与える問題の性質は、この縮退構造の大きな山谷形状で
あるため、頻度を求めるための窓の広さを比較的大きく
取って得られた分布形状で十分であり、この巨視的な頻
度分布を用いて、遺伝的アルゴリズムのパラメータの最
適化を行う。これ以後の処理は、図4のステップS16
0以下の処理と同様である。
Since the nature of the problem that affects the optimization process of the genetic algorithm is the large peaks and valleys of this degenerate structure, the distribution shape obtained by taking a relatively large window for obtaining the frequency. Is sufficient, and the parameters of the genetic algorithm are optimized using this macroscopic frequency distribution. The process thereafter is step S16 in FIG.
This is the same as the processing of 0 or less.

【0090】窓の広さの例としては、ハミング距離が6
の遺伝子の適合度がそれぞれ、1.0,0.95,0.91,0.72,0.6
6,0.65,0.65,0.33,0.31 である場合、最小の適合度の差
異は、0.01である。この時、適合度方向の頻度を計る幅
(適合度階差)を0.01とした場合の頻度分布と、適合度
方向の頻度を計る幅を0.10とした場合の頻度分布を図7
(a),(b)に示す。図7(a)では山が5個、図7
(b)では山が3個であり、小さな山谷形状は、最適化
パラメータの値に影響しないため、図7(b)の分布を
初期縮退構造として利用するものである。
As an example of the window size, the Hamming distance is 6
The fitness of each gene is 1.0, 0.95, 0.91, 0.72, 0.6
In the case of 6,0.65,0.65,0.33,0.31, the smallest difference of goodness of fit is 0.01. At this time, the frequency distribution when the width for measuring the frequency in the goodness-of-fit direction (fitness difference) is set to 0.01 and the frequency distribution when the width for measuring the frequency in the goodness-of-fit direction is set to 0.10.
Shown in (a) and (b). In FIG. 7A, there are five mountains, and FIG.
In FIG. 7B, the number of peaks is three, and the small peak-valley shape does not affect the value of the optimization parameter. Therefore, the distribution of FIG. 7B is used as the initial degenerate structure.

【0091】図8は、本発明に係る遺伝的アルゴリズム
の最適化方法の第4実施形態を示すフローチャート図で
ある。図8のフローチャートにおいて、初期世代の遺伝
子集団について、最も適合度の高い遺伝子(以下、エリ
ートと呼ぶ)及びこのエリートから最もハミング距離が
遠い遺伝子に対する変異体を生成して、初期世代の遺伝
子とこれら変異体の遺伝子とを合わせて、頻度分布を求
める手順が示されている。なお、図4に示した最適化方
法の第1実施形態と同じステップには、同じステップ番
号を付与して、重複する説明は省略する。
FIG. 8 is a flow chart showing the fourth embodiment of the genetic algorithm optimizing method according to the present invention. In the flowchart of FIG. 8, a gene having the highest fitness (hereinafter referred to as an elite) and a gene having the longest Hamming distance from this elite are generated for the gene group of the early generation, and the genes of the early generation and these are generated. A procedure for obtaining a frequency distribution by combining with mutant genes is shown. Note that the same step numbers are given to the same steps as those in the first embodiment of the optimization method shown in FIG. 4, and duplicate description will be omitted.

【0092】図8において、ステップS110からステ
ップS140までは、図4の第1実施形態と同様であ
る。次いで、最も適合度の高い遺伝子をエリートとし、
このエリートの少なくとも1つの変異体、及び、エリー
トから最もハミング距離が遠い遺伝子(以下、反対種と
呼ぶ)の少なくとも1つの変異体を作る(ステップS1
42)。
In FIG. 8, steps S110 to S140 are the same as those in the first embodiment shown in FIG. Then, the gene with the highest fitness is set as the elite,
At least one mutant of this elite and at least one mutant of the gene with the longest Hamming distance from the elite (hereinafter referred to as opposite species) are prepared (step S1).
42).

【0093】エリート及びその変異体は、ハミング距離
が小さい部分の遺伝子の頻度分布を補うことができ、反
対種及びその変異体は、ハミング距離が大きい部分の遺
伝子の頻度分布を補うことができる。これにより、初期
世代の遺伝子群の頻度分布が、全ての取りうる遺伝子の
分布形状から大きく外れることを補正し、相似形の分布
形状に近づけることができる。
The elite and its mutant can supplement the frequency distribution of the gene in the portion with a small Hamming distance, and the opposite species and its mutant can supplement the frequency distribution of the gene in the portion with a large Hamming distance. As a result, it is possible to correct that the frequency distribution of the gene group of the early generation largely deviates from the distribution shape of all possible genes, and to approximate the distribution shape of a similar shape.

【0094】次いで、これら変異体の適合度及びハミン
グ距離を求め(ステップS144)、初期世代及び変異
体について、ハミング距離−適合度平面上の頻度分布を
求める(ステップS146)。これ以後の処理は、図4
のステップS160以下の処理と同様である。
Then, the goodness of fit and the Hamming distance of these mutants are obtained (step S144), and the frequency distribution on the Hamming distance-fitness plane is obtained for the initial generation and the mutants (step S146). The subsequent processing is shown in FIG.
This is the same as the processing from step S160 onward.

【0095】図9は、本発明に係る遺伝的アルゴリズム
の最適化方法の第5実施形態を示すフローチャート図で
ある。図9のフローチャートにおいて、初期世代の遺伝
子集団について、ハミング距離−適合度平面上の頻度分
布を求め、ハミング距離に応じて分割した遺伝子のグル
ープ毎に存在確率を示す連立微分方程式または連立差分
方程式を立て、この連立方程式を解いて遺伝的アルゴリ
ズムの挙動を予測し、この予測に基づいて遺伝的アルゴ
リズムのパラメータを最適化する手順が説明されてい
る。なお、図4に示した最適化方法の第1実施形態と同
じステップには、同じステップ番号を付与して、重複す
る説明は省略する。
FIG. 9 is a flow chart showing the fifth embodiment of the method for optimizing a genetic algorithm according to the present invention. In the flowchart of FIG. 9, the frequency distribution on the Hamming distance-fitness plane is obtained for the gene group of the early generation, and simultaneous differential equations or simultaneous differential equations indicating the existence probabilities for each group of genes divided according to the Hamming distance are calculated. A procedure is described for standing, solving the simultaneous equations to predict the behavior of the genetic algorithm, and optimizing the parameters of the genetic algorithm based on this prediction. Note that the same step numbers are given to the same steps as those in the first embodiment of the optimization method shown in FIG. 4, and duplicate description will be omitted.

【0096】また、上記グループ毎の存在確率は、遺伝
子群の世代交代に着目すれば、時間軸上の連続関数では
なく離散値としての世代数の関数とも考えられ、この存
在確率の変化は、差分方程式で表現されるが、以下簡単
のために、微分方程式と呼ぶことにする。
Further, the existence probability of each group can be considered not as a continuous function on the time axis but as a function of the number of generations as a discrete value, when attention is paid to the generational alternation of the gene group. Although it is expressed by a difference equation, it will be called a differential equation for the sake of simplicity.

【0097】図9において、ステップS110からステ
ップS150までは、図4の第1実施形態と同様であ
る。次いで、ハミング距離を複数の区間に分割し、この
区間に応じて遺伝子をグループ化する(ステップS16
2)。
In FIG. 9, steps S110 to S150 are the same as those in the first embodiment shown in FIG. Then, the Hamming distance is divided into a plurality of sections, and the genes are grouped according to the sections (step S16).
2).

【0098】次いで、各グループ毎の遺伝子群の存在確
率を、式(1)に示すような連立微分方程式により表現
する(ステップS164)。
Next, the existence probability of the gene group for each group is expressed by a simultaneous differential equation as shown in equation (1) (step S164).

【0099】[0099]

【数1】 式(1)において、xi(t)は、グループiの遺伝子
の時刻tにおける存在確率である。αC、αMは、れぞ
れ交叉率、突然変異率である。Ci、jk、Bi、jk Mi、
j、は、そぞれグループjとグループkとが交叉した
とき、グループiが増加する割合、グループjがグルー
プkに複製されたとき、グループiが増加する確率であ
る。なお、Ci、jkは、遺伝子長と遺伝子集団サイズとの
いずれか一方または双方に依存することを仮定してい
る。
[Equation 1] In Expression (1), xi (t) is the existence probability of the genes of group i at time t. αC, αM is, their respective crossover rate, is a mutation rate. Ci, jk, Bi, jk , Mi,
j, is, when each Re its Re group j and the group k was crossing, the ratio of the group i is increased, when the group j has been replicated to the group k, is the probability that a group i increases. Incidentally, Ci, jk assumes that depend on one or both of the gene length and gene cluster size.

【0100】次いで、この頻度分布である初期縮退構造
を初期条件として、式(1)で示される連立微分方程式
を解き、各遺伝子のグループ毎の時間経過に対する存在
確率の変化を得て、遺伝的アルゴリズムの挙動を予測す
る(ステップS166)。
Then, using the initial degenerate structure, which is this frequency distribution, as an initial condition, the simultaneous differential equations shown in equation (1) are solved, and the change in the existence probability with respect to the passage of time for each gene group is obtained to obtain the genetic The behavior of the algorithm is predicted (step S166).

【0101】このグループ分割法には、遺伝子をハミン
グ距離に応じて4群に分割する方法がある。即ち、A群
は最も適合度の高い最適種であり、B群はハミング距離
1からLc(例えば、Lc=L/8)までの群、C群は
残り全ての種とし、B群をB1群とB2群とに分ける。
B1群は、B群の適合度方向の頻度分布において、その
頻度のピーク値fB2とすると、適合度の値がfB2か
ら1.0を有するいずれか1つの種とし、その他の種を
B2群とする。
This group division method includes a method of dividing genes into four groups according to the Hamming distance. That is, the group A is the optimum species with the highest fitness, the group B is a group from Hamming distance 1 to Lc (for example, Lc = L / 8), the group C is all the remaining species, and the group B is the group B1. And group B2.
In the frequency distribution in the goodness-of-fit direction of the B-group, if the peak value of the frequency is fB2, the B1 group is any one species having a goodness-of-fit value of fB2 to 1.0, and the other species are the B2 group. To do.

【0102】この各グループ毎の存在確率の時間変化
は、遺伝的アルゴリズムの挙動を示し、連立微分方程式
を解く時間が、遺伝的アルゴリズムを実行する時間に比
べて十分短ければ、遺伝的アルゴリズムのパラメータを
遺伝的アルゴリズムを実行することなく試行錯誤的に求
めることができる。
The time change of the existence probability of each group shows the behavior of the genetic algorithm, and if the time for solving the simultaneous differential equations is sufficiently shorter than the time for executing the genetic algorithm, the parameters of the genetic algorithm are set. Can be obtained by trial and error without executing the genetic algorithm.

【0103】発明者の研究によると、物理的な評価過程
を含まない場合、遺伝的アルゴリズムの実行時間とこの
巨視的な振舞いを示す連立微分方程式を解くための演算
時間とは、同一世代数で比較すると、後者は前者の数十
分の一以下のCPUタイム(使用計算機:CRY YM
P−1)で完了することが判明した(文献2:内藤健、
Genetic Algorithmの巨視的方程式、
Proceedings of 4th Worksh
op on Complex System,Kyot
o,1995)。
According to the research by the inventor, when the physical evaluation process is not included, the execution time of the genetic algorithm and the operation time for solving the simultaneous differential equations showing this macroscopic behavior are the same number of generations. By comparison, the latter has a CPU time of a few tenths or less of the former (using computer: CRY YM
P-1) was found to be completed (Reference 2: Ken Naito,
Genetic Algorithm's macroscopic equation,
Proceedings of 4th Works
op on Complex System, Kyot
o, 1995).

【0104】こうして、初期縮退構造を初期条件とし
て、種々のパラメータを用いて式(1)を解くことによ
り、遺伝的アルゴリズムの最適なパラメータの値が求ま
る(ステップS168)。次いで、この最適値を用い
て、ステップS170以下の遺伝的アルゴリズム実行に
移る。
Thus, the optimum parameter value of the genetic algorithm is obtained by solving the equation (1) using various parameters with the initial degenerate structure as the initial condition (step S168). Next, using this optimum value, the process proceeds to the execution of the genetic algorithm from step S170.

【0105】次に、本第5実施形態の変形として、グル
ープjとグループkとが交叉したとき、グループiが増
加する割合であるCi、jkを、遺伝子長または集団サイズ
に依存しないとしてもよい。
[0105] Next, as a modification of the fifth embodiment, when the group j and group k are cross, Ci group i is an increasing proportion, a jk, as does not depend on the gene length or population size Good.

【0106】また、本第5実施形態の変形として、遺伝
子群を分割するグループ数を増し、この増加したグルー
プ数に応じて変数を増やし、連立微分方程式を増やせ
ば、遺伝的アルゴリズムの挙動に対する予測精度は向上
する。しかし、遺伝子長Lの3倍以上の多変数系は、連
立微分方程式を解くための時間が遺伝的アルゴリズムを
実行する時間に比べて小さいとは言えなくなり、変数の
数は、遺伝子長の3倍を限度とする。
As a modification of the fifth embodiment, if the number of groups into which the gene group is divided is increased, the variables are increased in accordance with the increased number of groups, and the simultaneous differential equations are increased, the behavior of the genetic algorithm can be predicted. Accuracy improves. However, in a multivariable system with a gene length of three times or more, the time for solving simultaneous differential equations cannot be said to be smaller than the time for executing a genetic algorithm, and the number of variables is three times the gene length. Is the limit.

【0107】次に、第6実施形態として、第n(nは自
然数)世代の遺伝子集団サイズを第n+1世代以降の遺
伝子集団サイズより大きくした例を説明する。ある世代
の遺伝子群からハミング距離−適合度平面上の頻度分布
を求めて、この頻度分布が示す縮退構造から遺伝的アル
ゴリズムの挙動を推測する場合、ある程度遺伝子集団サ
イズが大きい方が、正確な頻度分布が求まる。このた
め、頻度分布を求める対象の世代の遺伝子集団サイズを
例えば、2N、3Nとして、この世代以降の集団サイズ
Nより大きくする。その他の処理は、他の実施形態と同
様である。これにより、より一層正確な遺伝的アルゴリ
ズムの挙動予測を行うことができる。なお、頻度分布を
求める世代は、遺伝子の発生方法にもよるが、初期世代
が一般に好ましい。
Next, as a sixth embodiment, an example in which the gene group size of the nth (n is a natural number) generation is made larger than the gene group size of the (n + 1) th generation and thereafter will be described. When the frequency distribution on the Hamming distance-fitness plane is obtained from the gene group of a certain generation and the behavior of the genetic algorithm is inferred from the degenerate structure indicated by this frequency distribution, the larger the gene group size is, the more accurate the frequency becomes. Distribution is obtained. Therefore, the gene population size of the generation for which the frequency distribution is to be determined is set to, for example, 2N and 3N, and is made larger than the population size N of this generation and thereafter. Other processes are the same as those in the other embodiments. This makes it possible to more accurately predict the behavior of the genetic algorithm. The generation for which the frequency distribution is obtained depends on the gene generation method, but the initial generation is generally preferable.

【0108】次に、図10を参照して、ガソリンエンジ
ンの燃料噴射の最適化に本発明を適用した例を説明す
る。図10の遺伝的アルゴリズムの最適化装置11は、
図1の遺伝的アルゴリズムの最適化装置1の可変翼装置
121の代わりに、エンジン試験装置51を接続して、
排気ガス中の汚染物質を最小化する燃料噴射条件を求め
るものである。
Next, an example in which the present invention is applied to optimization of fuel injection of a gasoline engine will be described with reference to FIG. The genetic algorithm optimizing device 11 of FIG.
Instead of the variable wing device 121 of the genetic algorithm optimization device 1 of FIG. 1, an engine test device 51 is connected,
The fuel injection conditions that minimize pollutants in the exhaust gas are sought.

【0109】エンジン試験装置51は、エンジン制御C
PU53と、エアフローメータ55と、エアクリーナ5
7と、フューエルポンプ59と、速度計61と、スロッ
トルセンサ63と、インジェクタ65と、点火プラグ6
7と、イグニッションコイル69と、水温センサ71
と、ノックセンサ73と、O2センサ75と、エンジン
回転数検出機能を備えたディストリビュータ77と、排
気ガス測定装置79と、マフラー81と、3元触媒コン
バータ83と、を含んで構成されている。
The engine test apparatus 51 is equipped with an engine control C
PU53, air flow meter 55, and air cleaner 5
7, a fuel pump 59, a speedometer 61, a throttle sensor 63, an injector 65, and a spark plug 6
7, an ignition coil 69, and a water temperature sensor 71
A knock sensor 73, an O2 sensor 75, a distributor 77 having an engine speed detection function, an exhaust gas measuring device 79, a muffler 81, and a three-way catalytic converter 83.

【0110】エンジン制御CPU53には、エアフロー
メータ55から吸入空気量信号、スロットルセンサ63
からスロットル開度信号、水温センサ71から冷却水温
度信号、ノックセンサからノッキング検知信号、O2 セ
ンサ75から排気中の酸素濃度信号、ディストリビュー
タ77からエンジン回転数がそれぞれ検知信号として送
られる。また、エンジン制御CPU53は、燃料噴射信
号を各気筒毎のインジェクタ65に、点火時期信号をイ
グニッションコイル69にそれぞれ出力する。
The engine control CPU 53 has an intake air amount signal from the air flow meter 55 and a throttle sensor 63.
From the throttle opening signal, from the water temperature sensor 71 to the cooling water temperature signal, from the knock sensor to the knocking detection signal, from the O2 sensor 75 to the oxygen concentration signal in the exhaust gas, and from the distributor 77 as the engine speed. Further, the engine control CPU 53 outputs a fuel injection signal to the injector 65 for each cylinder and an ignition timing signal to the ignition coil 69, respectively.

【0111】本実施の形態の最適化装置11は、排気ガ
ス中の汚染物質を最小化する燃料噴射条件を求めるもの
であるため、適合度としては、排気ガス測定装置79に
よるCO、NOX等の排気ガス濃度または排気ガス量
と、O2センサ75から得られる酸素濃度と、ディスト
リビュータ77から得られるエンジン回転数とのいずれ
かまたはこれらの任意の組合せである。排気ガス測定装
置79の測定値、O2センサ75の測定値、及びディス
トリビュータ77から得られるエンジン回転数は、それ
ぞれ入力装置13を介して遺伝子分布計算装置5及び遺
伝的アルゴリズム実行装置9に取り込まれる。
Since the optimizing device 11 of the present embodiment seeks the fuel injection condition that minimizes the pollutants in the exhaust gas, the compatibility is determined by the exhaust gas measuring device 79 such as CO, NOx, etc. Either the exhaust gas concentration or the exhaust gas amount, the oxygen concentration obtained from the O2 sensor 75, the engine speed obtained from the distributor 77, or any combination thereof. The measured value of the exhaust gas measuring device 79, the measured value of the O2 sensor 75, and the engine speed obtained from the distributor 77 are taken into the gene distribution calculation device 5 and the genetic algorithm execution device 9 via the input device 13, respectively.

【0112】最適化対象である燃料噴射量、燃料噴射時
期、点火時期は、例えば、それぞれ従来の標準燃料噴射
制御マップから、1%刻みで−8%〜+7%の範囲で変
化させるように16段階の調整を行う。このため、燃料
噴射量、燃料噴射時期、点火時期の各制御量それぞれ
に、4ビットづつ遺伝子座を割当て、合計12ビットの
遺伝子とする。
The fuel injection amount, fuel injection timing, and ignition timing to be optimized are, for example, changed from the conventional standard fuel injection control map in the range of -8% to + 7% in steps of 1%. Adjust the stages. For this reason, a locus of 4 bits is assigned to each of the control amounts of the fuel injection amount, the fuel injection timing, and the ignition timing to make a gene of 12 bits in total.

【0113】遺伝的アルゴリズム実行装置9から表現型
へデコードのために出力される遺伝子は、出力装置15
を介してエンジン制御CPU53に各制御量の変更を指
示する。エンジン制御CPUは、従来の標準燃料噴射制
御マップから、出力装置15で指示された制御量だけ、
燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期をそれぞれ変化さ
せる。そして、このエンジン回転状態で、排気ガス測定
装置79と、O2センサ5と、ディストリビュータ7
7とのいずれか、またはこれらの任意の組合せから得ら
れるエンジン性能の評価値が適合度として入力装置13
から取り込まれる。
Genes output from the genetic algorithm execution unit 9 to the phenotype for decoding are output from the output unit 15.
The engine control CPU 53 is instructed to change each control amount via. The engine control CPU, from the conventional standard fuel injection control map, by the control amount instructed by the output device 15,
The fuel injection amount, the fuel injection timing, and the ignition timing are changed. Then, in this engine rotating state, the exhaust gas measuring device 79, the O2 sensor 7 5, distributor 7
7, or an evaluation value of engine performance obtained from any combination thereof as the degree of conformity to the input device 13
Taken from.

【0114】この遺伝的アルゴリズムの最適化装置11
によるパラメータの最適化の手順は、上記最適化方法の
いずれの実施形態を利用してもよい。最適化された遺伝
的アルゴリズムのパラメータを利用して、遺伝的アルゴ
リズムにより短時間に最適な燃料噴射制御マップが求め
られる。その後、このマップを書き込んだROMが市販
車に搭載され、大気汚染低減に貢献することとなる。
This genetic algorithm optimizing device 11
The parameter optimization procedure according to step 1 may use any of the embodiments of the optimization method described above. The optimized fuel injection control map is obtained in a short time by the genetic algorithm using the parameters of the optimized genetic algorithm. After that, the ROM in which this map is written is mounted on a commercial vehicle to contribute to the reduction of air pollution.

【0115】以上好ましい実施形態を説明したが、これ
らは本発明を限定するものではない。例えば、実施形態
では初期世代の遺伝子群についてハミング距離−適合度
平面上の頻度分布を求めて遺伝的アルゴリズムの挙動を
予測したが、第2世代以降の遺伝子群について、この頻
度分布を求めてもよい。
Although the preferred embodiments have been described above, these do not limit the present invention. For example, in the embodiment, the behavior of the genetic algorithm is predicted by obtaining the frequency distribution on the Hamming distance-fitness plane for the gene group of the early generation, but even if the frequency distribution is obtained for the gene group of the second generation and thereafter. Good.

【0116】また、実施形態では、遺伝子の表現型への
デコードに、可変翼装置やエンジン試験装置等の物理モ
デル、物理化学モデルを含む構成としたが、適用する問
題によっては、単に数値計算や論理演算等の演算処理の
よって適合度を求めることができる場合にも適用可能で
あることは、明らかである。
In the embodiment, the decoding of the gene into the phenotype includes a physical model and a physicochemical model of the variable wing device, the engine test device, etc. However, depending on the problem to be applied, the numerical calculation or the It is obvious that the present invention can also be applied to the case where the degree of compatibility can be obtained by arithmetic processing such as logical operation.

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

【図1】本発明に係る遺伝的アルゴリズムの最適化装置
の実施形態を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a genetic algorithm optimizing apparatus according to the present invention.

【図2】遺伝的アルゴリズムにおける遺伝子系統樹を示
す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a gene phylogenetic tree in a genetic algorithm.

【図3】ハミング距離−適合度平面上の全ての種の頻度
分布を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing frequency distributions of all species on a Hamming distance-fitness plane.

【図4】本発明に係る遺伝的アルゴリズムの最適化方法
の第1の実施形態を示すフローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart showing a first embodiment of a method for optimizing a genetic algorithm according to the present invention.

【図5】本発明に係る遺伝的アルゴリズムの最適化方法
の第2の実施形態を示すフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart showing a second embodiment of a genetic algorithm optimizing method according to the present invention.

【図6】本発明に係る遺伝的アルゴリズムの最適化方法
の第3の実施形態を示すフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart showing a third embodiment of a genetic algorithm optimizing method according to the present invention.

【図7】ハミング距離が6の断面における遺伝子の頻度
分布の例を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing an example of gene frequency distribution in a cross section with a Hamming distance of 6;

【図8】本発明に係る遺伝的アルゴリズムの最適化方法
の第4の実施形態を示すフローチャートである。
FIG. 8 is a flowchart showing a fourth embodiment of a genetic algorithm optimizing method according to the present invention.

【図9】本発明に係る遺伝的アルゴリズムの最適化方法
の第5の実施形態を示すフローチャートである。
FIG. 9 is a flowchart showing a fifth embodiment of the method for optimizing a genetic algorithm according to the present invention.

【図10】本発明に係る遺伝的アルゴリズムの最適化方
法をエンジン制御の最適化に適用する場合の装置構成を
示すブロック図である。
FIG. 10 is a block diagram showing a device configuration when the genetic algorithm optimization method according to the present invention is applied to engine control optimization.

【図11】従来の遺伝的アルゴリズムによる最適化装置
の構成を示すブロック図である。
FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of an optimizing apparatus using a conventional genetic algorithm.

【図12】可変翼装置の構造を示す部分断面斜視図であ
る。
FIG. 12 is a partial cross-sectional perspective view showing the structure of a variable blade device.

【図13】従来の遺伝的アルゴリズムの例を示すフロー
チャートである。
FIG. 13 is a flowchart showing an example of a conventional genetic algorithm.

【図14】翼形状の遺伝子表現情報を説明する図であ
る。
FIG. 14 is a diagram illustrating gene expression information of a wing shape.

【図15】遺伝的アルゴリズムを説明する図である。FIG. 15 is a diagram illustrating a genetic algorithm.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…遺伝的アルゴリズムの最適化装置、5…遺伝子分布
計算装置、7…パラメータ設定装置、9…遺伝的アルゴ
リズム実行装置、103…入力装置、111…乱数発生
装置、113…出力装置、115…補助記憶装置、11
7…プリンタ、119…コンソール、121…可変翼装
置、123…機械装置、125…抵抗係数測定装置。
1 ... Genetic algorithm optimizing device, 5 ... Gene distribution calculating device, 7 ... Parameter setting device, 9 ... Genetic algorithm executing device, 103 ... Input device, 111 ... Random number generating device, 113 ... Output device, 115 ... Auxiliary Storage device, 11
7 ... Printer, 119 ... Console, 121 ... Variable wing device, 123 ... Mechanical device, 125 ... Resistance coefficient measuring device.

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 対象に対応付けられた遺伝子を操作し
て、この対象の最適解または近似解を検索する遺伝的ア
ルゴリズムのパラメータを最適化する遺伝的アルゴリズ
ムの最適化方法であって、 初期世代の遺伝子集団を発生する第1の過程と、 この初期世代または第2世代以降の任意の世代に属する
遺伝子毎にそれぞれ適合度を評価する第2の過程と、 前記世代に属する最も適合度の高い遺伝子に対する各遺
伝子のハミング距離を計算する第3の過程と、 前記世代の遺伝子集団について前記ハミング距離と前記
適合度との2軸で張られた平面上の頻度分布を求める第
4の過程と、 前記頻度分布に応じて、遺伝的アルゴリズムのパラメー
タを変更する第5の過程と、 を備えたことを特徴とする遺伝的アルゴリズムの最適化
方法。
1. A method for optimizing a genetic algorithm for manipulating a gene associated with an object to optimize parameters of the genetic algorithm for searching an optimum solution or an approximate solution of the object, the method comprising: The first process of generating the gene population of, and the second process of evaluating the fitness for each gene belonging to the initial generation or any generation after the second generation, and the highest fitness belonging to the generation. A third step of calculating a Hamming distance of each gene with respect to the gene, and a fourth step of obtaining a frequency distribution on the plane stretched by two axes of the Hamming distance and the fitness for the gene group of the generation, A fifth step of changing a parameter of a genetic algorithm according to the frequency distribution, and a method of optimizing a genetic algorithm.
【請求項2】 対象に対応付けられた遺伝子を操作し
て、この対象の最適解または近似解を検索する遺伝的ア
ルゴリズムのパラメータを最適化する遺伝的アルゴリズ
ムの最適化方法であって、 この初期世代または第2世代以降の任意の世代に属する
遺伝子毎にそれぞれ適合度を評価する第2の過程と、 前記世代に属する最も適合度の高い遺伝子に対する各遺
伝子のハミング距離を計算する第3の過程と、 前記世代の遺伝子集団について前記ハミング距離と前記
適合度との2軸で張られた平面上の頻度分布を求める第
4の過程と、 前記頻度分布が遺伝的アルゴリズムでは最適解が得られ
ない分布を示す場合に、最適化対象と遺伝子との対応づ
けを変化させて第1または第2の過程に戻る第5の過程
と、 前記頻度分布に応じて、遺伝的アルゴリズムのパラメー
タを変更する第6の過程と、 を備えたことを特徴とする遺伝的アルゴリズムの最適化
方法。
2. A method for optimizing a genetic algorithm for manipulating a gene associated with an object to optimize parameters of the genetic algorithm for searching an optimal solution or an approximate solution of the object, the method comprising: A second step of evaluating the fitness for each gene belonging to the generation or any generation after the second generation, and a third step of calculating the Hamming distance of each gene with respect to the gene having the highest fitness belonging to the generation. And a fourth step of obtaining a frequency distribution on a plane stretched by two axes of the Hamming distance and the fitness for the gene group of the generation, and the frequency distribution cannot obtain an optimum solution by a genetic algorithm. A fifth step of changing the correspondence between the optimization target and the gene and returning to the first or second step when showing a distribution; and a genetic algorithm according to the frequency distribution. Optimization method of the genetic algorithm, characterized in that the steps of the sixth, with the changing parameters of the beam.
【請求項3】 対象に対応付けられた遺伝子を操作し
て、この対象の最適解または近似解を検索する遺伝的ア
ルゴリズムのパラメータを最適化する遺伝的アルゴリズ
ムの最適化方法であって、 初期世代の遺伝子集団を発生する第1の過程と、 この初期世代または第2世代以降の任意の世代に属する
遺伝子毎にそれぞれ適合度を評価する第2の過程と、 前記世代に属する最も適合度の高い遺伝子に対する各遺
伝子のハミング距離を計算する第3の過程と、 前記世代に属する遺伝子間の適合度差の最小値より大き
い適合度階差により前記遺伝子集団を区分するか、ある
いは前記世代に属する遺伝子間のハミング距離差の最小
値より大きいハミング距離階差により前記遺伝子集団を
区分し、この区分毎に前記世代の遺伝子集団について頻
度分布を求める第4の過程と、 前記頻度分布に応じて、遺伝的アルゴリズムのパラメー
タを変更する第5の過程と、 を備えたことを特徴とする遺伝的アルゴリズムの最適化
方法。
3. A genetic algorithm optimization method for manipulating a gene associated with an object to optimize parameters of the genetic algorithm for searching an optimal solution or an approximate solution of the object, the method comprising: The first process of generating the gene population of, and the second process of evaluating the fitness for each gene belonging to the initial generation or any generation after the second generation, and the highest fitness belonging to the generation. The third step of calculating the Hamming distance of each gene with respect to the gene, and dividing the gene group by the fitness difference which is larger than the minimum value of the fitness difference between the genes belonging to the generation, or the genes belonging to the generation The gene group is divided by a Hamming distance difference that is greater than the minimum value of the Hamming distance difference between And Mel fourth step, depending on the frequency distribution, a method of optimizing the genetic algorithm, characterized in that it comprises a fifth step of changing the parameters of the genetic algorithm, the.
【請求項4】 対象に対応付けられた遺伝子を操作し
て、この対象の最適解または近似解を検索する遺伝的ア
ルゴリズムのパラメータを最適化する遺伝的アルゴリズ
ムの最適化方法であって、 初期世代の遺伝子集団を発生する第1の過程と、 この初期世代または第2世代以降の任意の世代に属する
遺伝子毎にそれぞれ適合度を評価する第2の過程と、 前記世代に属する最も適合度の高い遺伝子であるエリー
トに対する各遺伝子のハミング距離を計算する第3の過
程と、 前記エリート及び前記ハミング距離が最大となる遺伝子
のいずれか一方、または双方から、少なくとも1つの変
異体の遺伝子を作る第4の過程と、 これら変異体の遺伝子について、それぞれ適合度及び前
記エリートに対する各遺伝子のハミング距離を計算する
第5の過程と、 これら変異体の遺伝子及び前記世代の遺伝子について前
記ハミング距離と前記適合度との2軸で張られた平面上
の頻度分布を求める第6の過程と、 前記頻度分布に応じて、遺伝的アルゴリズムのパラメー
タを変更する第7の過程と、 を備えたことを特徴とする遺伝的アルゴリズムの最適化
方法。
4. A method for optimizing a genetic algorithm for manipulating a gene associated with an object to optimize parameters of the genetic algorithm for searching an optimal solution or an approximate solution of the object, the method comprising: The first process of generating the gene population of, and the second process of evaluating the fitness for each gene belonging to the initial generation or any generation after the second generation, and the highest fitness belonging to the generation. A third step of calculating a Hamming distance of each gene with respect to an elite that is a gene, and a fourth step of producing at least one mutant gene from either or both of the elite and the gene having the largest Hamming distance. And the fifth step of calculating the fitness and the Hamming distance of each gene with respect to the elite for the genes of these mutants, respectively. A sixth step of obtaining a frequency distribution on a plane stretched by two axes of the Hamming distance and the fitness for the genes of these mutants and the genes of the generation, and a genetic algorithm according to the frequency distribution. A seventh step of changing parameters, and a method of optimizing a genetic algorithm, comprising:
【請求項5】 対象に対応付けられた遺伝子を操作し
て、この対象の最適解または近似解を検索する遺伝的ア
ルゴリズムのパラメータを最適化する遺伝的アルゴリズ
ムの最適化方法であって、 初期世代の遺伝子集団を発生する第1の過程と、 この初期世代または第2世代以降の任意の世代に属する
遺伝子毎にそれぞれ適合度を評価する第2の過程と、 前記世代に属する最も適合度の高い遺伝子に対する各遺
伝子のハミング距離を計算する第3の過程と、 前記世代の遺伝子集団について前記ハミング距離と前記
適合度との2軸で張られた平面上の頻度分布を求める第
4の過程と、 前記ハミング距離を複数の区間に分割し、少なくともこ
の区間毎に前記世代の遺伝子集団を分割して複数のグル
ープを構成する第5の過程と、 遺伝子長に依存しない交叉定数を用いて前記各グループ
毎の存在確率を連立微分方程式または連立差分方程式に
より表現する第6の過程と、 前記頻度分布を初期条件として前記連立微分方程式また
は連立差分方程式を解くことにより、遺伝的アルゴリズ
ムの挙動を予測する第7の過程と、 前記予測に基づいて、遺伝的アルゴリズムのパラメータ
を変更する第8の過程と、 を備えたことを特徴とする遺伝的アルゴリズムの最適化
方法。
5. A genetic algorithm optimization method for manipulating a gene associated with an object to optimize parameters of the genetic algorithm for searching an optimal solution or an approximate solution of the object, the method comprising: The first process of generating the gene population of, and the second process of evaluating the fitness for each gene belonging to the initial generation or any generation after the second generation, and the highest fitness belonging to the generation. A third step of calculating a Hamming distance of each gene with respect to the gene, and a fourth step of obtaining a frequency distribution on the plane stretched by two axes of the Hamming distance and the fitness for the gene group of the generation, A fifth step of dividing the Hamming distance into a plurality of sections and dividing the gene group of the generation into at least each section to form a plurality of groups; A sixth step of expressing the existence probability of each group by a simultaneous differential equation or simultaneous differential equation using a crossover constant, and solving the simultaneous differential equation or simultaneous differential equation with the frequency distribution as an initial condition, 7. A method for optimizing a genetic algorithm, comprising: a seventh step of predicting the behavior of the genetic algorithm; and an eighth step of changing the parameters of the genetic algorithm based on the prediction.
【請求項6】 対象に対応付けられた遺伝子を操作し
て、この対象の最適解または近似解を検索する遺伝的ア
ルゴリズムのパラメータを最適化する遺伝的アルゴリズ
ムの最適化方法であって、 初期世代の遺伝子集団を発生する第1の過程と、 この初期世代または第2世代以降の任意の世代に属する
遺伝子毎にそれぞれ適合度を評価する第2の過程と、 前記世代に属する最も適合度の高い遺伝子に対する各遺
伝子のハミング距離を計算する第3の過程と、 前記世代の遺伝子集団について前記ハミング距離と前記
適合度との2軸で張られた平面上の頻度分布を求める第
4の過程と、 前記ハミング距離を複数の区間に分割し、少なくともこ
の区間毎に前記世代の遺伝子集団を分割して複数のグル
ープを構成する第5の過程と、 遺伝子長に依存しない交叉定数を用いて前記各グループ
毎の存在確率を遺伝子長の3倍以下の変数の数の連立微
分方程式または連立差分方程式により表現する第6の過
程と、 前記頻度分布を初期条件として前記連立微分方程式また
は連立差分方程式を解くことにより、遺伝的アルゴリズ
ムの挙動を予測する第7の過程と、 前記予測に基づいて、遺伝的アルゴリズムのパラメータ
を変更する第8の過程と、 を備えたことを特徴とする遺伝的アルゴリズムの最適化
方法。
6. A method for optimizing a genetic algorithm for manipulating a gene associated with an object to optimize parameters of the genetic algorithm for searching an optimal solution or an approximate solution of the object, the method comprising: The first process of generating the gene population of, and the second process of evaluating the fitness for each gene belonging to the initial generation or any generation after the second generation, and the highest fitness belonging to the generation. A third step of calculating a Hamming distance of each gene with respect to the gene, and a fourth step of obtaining a frequency distribution on the plane stretched by two axes of the Hamming distance and the fitness for the gene group of the generation, A fifth step of dividing the Hamming distance into a plurality of sections and dividing the gene group of the generation into at least each section to form a plurality of groups; A sixth step of expressing the existence probability of each group by a simultaneous differential equation or simultaneous differential equation with the number of variables less than or equal to three times the gene length using a crossover constant; and the simultaneous distribution with the frequency distribution as an initial condition. A seventh step of predicting the behavior of the genetic algorithm by solving a differential equation or a simultaneous difference equation; and an eighth step of changing the parameters of the genetic algorithm based on the prediction. A characteristic genetic algorithm optimization method.
【請求項7】 対象に対応付けられた遺伝子を操作し
て、この対象の最適解または近似解を検索する遺伝的ア
ルゴリズムのパラメータを最適化する遺伝的アルゴリズ
ムの最適化方法であって、 初期世代の遺伝子集団を発生する第1の過程と、 この初期世代または第2世代以降の任意の世代に属する
遺伝子毎にそれぞれ適合度を評価する第2の過程と、 前記世代に属する最も適合度の高い遺伝子に対する各遺
伝子のハミング距離を計算する第3の過程と、 前記世代の遺伝子集団について前記ハミング距離と前記
適合度との2軸で張られた平面上の頻度分布を求める第
4の過程と、 前記ハミング距離を複数の区間に分割し、少なくともこ
の区間毎に前記世代の遺伝子集団を分割して複数のグル
ープを構成する第5の過程と、 遺伝子長と遺伝子集団サイズとのいずれか一方または双
方に依存する交叉定数を用いて前記各グループ毎の存在
確率を連立微分方程式または連立差分方程式により表現
する第6の過程と、 前記頻度分布を初期条件として前記連立微分方程式また
は連立差分方程式を解くことにより、遺伝的アルゴリズ
ムの挙動を予測する第7の過程と、 前記予測に基づいて、遺伝的アルゴリズムのパラメータ
を変更する第8の過程と、 を備えたことを特徴とする遺伝的アルゴリズムの最適化
方法。
7. A method for optimizing a genetic algorithm for manipulating a gene associated with an object to optimize parameters of the genetic algorithm for searching an optimal solution or an approximate solution of the object, the method comprising: The first process of generating the gene population of, and the second process of evaluating the fitness for each gene belonging to the initial generation or any generation after the second generation, and the highest fitness belonging to the generation. A third step of calculating a Hamming distance of each gene with respect to the gene, and a fourth step of obtaining a frequency distribution on the plane stretched by two axes of the Hamming distance and the fitness for the gene group of the generation, A fifth step of dividing the Hamming distance into a plurality of sections and dividing a gene group of the generation into at least each section to form a plurality of groups; A sixth step of expressing the existence probability of each group by a simultaneous differential equation or a simultaneous difference equation using a crossover constant depending on either or both of the group size, and the simultaneous distribution with the frequency distribution as an initial condition. A seventh step of predicting the behavior of the genetic algorithm by solving a differential equation or a simultaneous difference equation; and an eighth step of changing the parameters of the genetic algorithm based on the prediction. A characteristic genetic algorithm optimization method.
【請求項8】 対象に対応付けられた遺伝子を操作し
て、この対象の最適解または近似解を検索する遺伝的ア
ルゴリズムのパラメータを最適化する遺伝的アルゴリズ
ムの最適化方法であって、 初期世代の遺伝子集団を発生する第1の過程と、 この初期世代または第2世代以降の任意の世代に属する
遺伝子毎にそれぞれ適合度を評価する第2の過程と、 前記世代に属する最も適合度の高い遺伝子に対する各遺
伝子のハミング距離を計算する第3の過程と、 前記世代の遺伝子集団について前記ハミング距離と前記
適合度との2軸で張られた平面上の頻度分布を求める第
4の過程と、 前記ハミング距離を複数の区間に分割し、少なくともこ
の区間毎に前記世代の遺伝子集団を分割して複数のグル
ープを構成する第5の過程と、 遺伝子長と遺伝子集団サイズとのいずれか一方または双
方に依存する交叉定数を用いて前記各グループ毎の存在
確率を遺伝子長の3倍以下の変数の数の連立微分方程式
または連立差分方程式により表現する第6の過程と、 前記頻度分布を初期条件として前記連立微分方程式また
は連立差分方程式を解くことにより、遺伝的アルゴリズ
ムの挙動を予測する第7の過程と、 前記予測に基づいて、遺伝的アルゴリズムのパラメータ
を変更する第8の過程と、 を備えたことを特徴とする遺伝的アルゴリズムの最適化
方法。
8. A method of optimizing a genetic algorithm for manipulating a gene associated with an object to optimize parameters of the genetic algorithm for searching an optimal solution or an approximate solution of the object, the method comprising: The first process of generating the gene population of, and the second process of evaluating the fitness for each gene belonging to the initial generation or any generation after the second generation, and the highest fitness belonging to the generation. A third step of calculating a Hamming distance of each gene with respect to the gene, and a fourth step of obtaining a frequency distribution on the plane stretched by two axes of the Hamming distance and the fitness for the gene group of the generation, A fifth step of dividing the Hamming distance into a plurality of sections and dividing a gene group of the generation into at least each section to form a plurality of groups; A sixth step of expressing the existence probability of each group by a simultaneous differential equation or a simultaneous difference equation with the number of variables not more than 3 times the gene length, using a crossover constant depending on either or both of the group size And a seventh step of predicting the behavior of the genetic algorithm by solving the simultaneous differential equations or simultaneous differential equations with the frequency distribution as an initial condition, and changing the parameters of the genetic algorithm based on the prediction. An eighth method, and a method for optimizing a genetic algorithm, comprising:
【請求項9】 nを自然数としたとき、第n世代の遺伝
子集団のサイズをこれに続く第n+1世代の遺伝子集団
のサイズより大きくしたことを特徴とする請求項1乃至
請求項8のいずれか1項記載の遺伝的アルゴリズムの最
適化方法。
9. The method according to claim 1, wherein when n is a natural number, the size of the n-th generation gene group is larger than the size of the subsequent n + 1-th generation gene group. 1. A method for optimizing a genetic algorithm according to item 1.
【請求項10】 前記パラメータは、最適化対象に対応
付けられた遺伝子の長さ、遺伝子集団のサイズ、遺伝子
の適合度に応じた複製率、交叉率及び突然変異率の中か
ら任意に選ばれた一つのパラメータまたはこれらの任意
の組合せを含むものであることを特徴とする請求項1な
いし請求項9のいずれか1項記載の遺伝的アルゴリズム
の最適化方法。
10. The parameter is arbitrarily selected from a length of a gene associated with an optimization target, a size of a gene group, a replication rate according to the fitness of a gene, a crossover rate, and a mutation rate. The method for optimizing a genetic algorithm according to any one of claims 1 to 9, further comprising one parameter or any combination thereof.
【請求項11】 産業上または技術上の資源である最適
化対象に対応付けられた遺伝子を操作して、この対象の
最適解または近似解を検索する遺伝的アルゴリズムのパ
ラメータを最適化する遺伝的アルゴリズムの最適化方法
であって、 初期世代の遺伝子集団を発生する第1の過程と、 この初期世代または第2世代以降の任意の世代に属する
遺伝子毎にそれぞれ適合度を評価する第2の過程と、 前記世代に属する最も適合度の高い遺伝子に対する各遺
伝子のハミング距離を計算する第3の過程と、 前記世代の遺伝子集団について前記ハミング距離と前記
適合度との2軸で張られた平面上の頻度分布を求める第
4の過程と、 前記頻度分布に応じて、遺伝的アルゴリズムのパラメー
タを変更する第5の過程と、 を備えたことを特徴とする遺伝的アルゴリズムの最適化
方法。
11. A genetic method for manipulating a gene associated with an optimization target, which is an industrial or technical resource, to optimize parameters of a genetic algorithm for searching an optimum solution or an approximate solution of this target. An algorithm optimization method, which is a first step of generating a gene group of an early generation, and a second step of evaluating a fitness for each gene belonging to an arbitrary generation from the initial generation or the second generation and thereafter. And a third step of calculating a Hamming distance of each gene with respect to a gene having the highest fitness of the generation, and a plane stretched by two axes of the Hamming distance and the fitness of the gene group of the generation. And a fifth step of changing the parameters of the genetic algorithm in accordance with the frequency distribution. How to optimize rugorism.
【請求項12】 対象に対応付けられた遺伝子を操作し
て、この対象の最適解または近似解を検索する遺伝的ア
ルゴリズムの挙動を解析する遺伝的アルゴリズムの解析
システムであって、 前記遺伝子毎にそれぞれ適合度を評価する適合度評価手
段と、 ある遺伝子集団に属する遺伝子のうち最も適合度の高い
遺伝子に対する各遺伝子のハミング距離を計算するハミ
ング距離計算手段と、 前記遺伝子集団について前記ハミング距離と前記適合度
との2軸で張られた平面上の頻度分布を求める頻度分布
計算手段と、 前記頻度分布を表示する表示手段と、 を備えてなり、対象に遺伝子を対応付けた段階、または
遺伝的アルゴリズムの実行の任意の段階において、遺伝
子の前記頻度分布を前記表示手段に表示することが可能
なことを特徴とする遺伝的アルゴリズムの解析システ
ム。
12. A genetic algorithm analysis system for operating a gene associated with an object to analyze the behavior of a genetic algorithm for searching for an optimal solution or an approximate solution of the object, wherein Goodness-of-fit evaluation means for respectively evaluating goodness-of-fit, Hamming distance calculation means for calculating the Hamming distance of each gene with respect to the gene having the highest fitness among genes belonging to a certain gene group, and the Hamming distance and the A frequency distribution calculation means for obtaining a frequency distribution on a plane stretched by two axes with the goodness of fit, and a display means for displaying the frequency distribution, and a step of associating a gene with a target, or genetic The genetic distribution characterized in that the frequency distribution of genes can be displayed on the display means at any stage of execution of the algorithm. Algorithm analysis system.
【請求項13】 対象に対応付けられた遺伝子を操作し
て、この対象の最適解または近似解を検索する遺伝的ア
ルゴリズムの挙動を解析する遺伝的アルゴリズムの解析
システムであって、 前記遺伝子毎にそれぞれ適合度を評価する適合度評価手
段と、 ある遺伝子集団に属する遺伝子のうち最も適合度の高い
遺伝子に対する各遺伝子のハミング距離を計算するハミ
ング距離計算手段と、 前記最も適合度の高い遺伝子を最上の階層とし、前記ハ
ミング距離毎に他の遺伝子を階層分類し、前記ハミング
距離が1だけ異なる遺伝子間で互いに各遺伝子座を示す
符号が一つだけ異なる遺伝子を関係づけた遺伝子系統樹
を作成する遺伝子系統樹作成手段と、 前記遺伝子系統樹を表示する表示手段と、 を備えてなり、対象に遺伝子を対応付けた段階、または
遺伝的アルゴリズムの実行の任意の段階において、前記
遺伝子系統樹を前記表示手段に表示することが可能なこ
とを特徴とする遺伝的アルゴリズムの解析システム。
13. A genetic algorithm analysis system for manipulating a gene associated with an object to analyze the behavior of a genetic algorithm for retrieving an optimum solution or an approximate solution of the object, wherein: The fitness evaluation means for evaluating the fitness, the Hamming distance calculation means for calculating the Hamming distance of each gene with respect to the gene having the highest fitness among the genes belonging to a certain gene group, and the gene having the highest fitness And other genes are hierarchically classified according to the Hamming distance, and a gene phylogenetic tree is created in which genes that differ from each other in the Hamming distance by 1 are associated with genes that differ from each other by only one code indicating each locus. A gene phylogenetic tree creating means, and a display means for displaying the gene phylogenetic tree, a step of associating a gene with a target, In any stage of the execution of the genetic algorithm, the analysis system of the genetic algorithm, characterized in that capable of displaying the gene phylogenetic tree on the display means.
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