|
خوارزمية النمل
د.محمد خطيب
حتى مع التطور الهائل في القدرات الحاسوبية ، لا تزال هناك مشاكل مختلفة يصعب حلها ، خصوصا ً الأمثلة التركيبية . هذا النوع من المشاكل يمكن أن يظهر في تصميم المنتج. لنأخذ مثلا ً تصميم سيارة تعتمد على الواصفات: قوة المحرك، عدد المقاعد، الشكل الخارجي وقياس الإطار. إذا وجدت ثلاث مستويات لكل واحدة من هذه الواصفات، كالموجود أدناه، سيكون هناك 4^3 أو 81 ترتيب محتمل يؤخذ بعين الاعتبار. من اجل خمس واصفات، لكل واصفة أربع مستويات، يوجد 1024 تركيب.
بشكل نموذجي، عدد هائل من التركيبات الممكنة ستظهر حتى إذا كانت المسائل صغيرة نسبيا ً. إن إيجاد الحل الأمثلي لهذه المسائل عبر سرد كل التركيبات الممكنة هو حل غير عملي. لحسن الحظ، خوارزميات بحث حدسية تطورت لإيجاد حل مناسب لهذه المشاكل في وقت معقول.
التجريبيات والعلوم الطبيعية:
منذ عقد من الزمن أو أكثر، تقنيات حدسية متعددة قد طورت اعتماداً على مراقبة التقدم في علوم الفيزياء والأحياء. من الأمثلة عليها الخوارزميات الو راثية Genetic Algorithms, Simulated Annealing GA هذه التقنيات استخدمت في حل العديد من المشاكل بنجاح وبشكل واسع متضمنة الأمثلة التركيبية. الخوارزميات الو راثية تستخدم طرقا بيولوجية مثل إعادة الإنتاج reproduction) ) والعبور أو التصالب(crossover)، والطفرة (mutation) للبحث السريع عن حل للمشكلات المعقدة.
الانصهار الزائفSimulated annealing)) يتم استلهامها من الانصهار الفيزيائي للأجسام الصلبannealing) (physical وذلك عن طريق تسخين الجسم الصلب إلى درجة حرارة عالية وتبريدها ببطء وبشكل تدريجي حتى الحصول على النتائج المرغوبة. عندما يبدأ الانصهار الزائف يتم توليد حل أولي للمشكلة وتستخدم كأول حل. درجة الحرارة بعدئذ ٍ تنخفض بشكل منتظم. ويتم إيجاد الحلول المجاورة للحل الحالي، إذا كانت قيمة تابع الهدف أعلى من قيمة الحل الحالي يصبح الحل المجاور هو حل للمسألة. إذا كان الحل المجاور يعطي قيمة للتابع الهدف أدنى من القيمة التي يعطيها الحل الحالي، يبقى الحل المجاور هو حل المسألة إذا تم تحقق معيار معين. إن قبول الحلول الدنيا يسمح للبحث في أماكن مختلفة من سلسلة ملائمة من الحلول في محاولة للوصول إلى الحل الأمثل العام( ( global optimum. إن متابعة عمليتي البحث وتقييم الحلول المجاورة تستمر حتى تحقق معيار ما.
سلوك الحشرة:
حديثا ً اتجه العلماء إلى الحشرات لاستخدامها أفكار حدسية. مظاهر عديدة من الفعاليات الجماعية لمجتمع الحشرات مثل النمل تكون ذاتية التنظيم، بمعنى السلوك الجماعي المعقد ينبثق من التفاعل بين الأفراد، حيث سلوك كل واحد منهم منفردا ً يمثل سلوكا ً بسيطا ً . نتائج التنظيم الذاتي يكون شامل في الطبيعة لكن يأتي من التفاعل الذي يكون مبني بشكل كامل على معلومات محلية. التنظيم الذاتي يعتمد على مكونات عديدة:
التغذية الراجعة الموجبة، التغذية الراجعة السالبة، والتفاعلات المتعددة. التغذية الراجعة السالبة تكون مشروطة بقيود على السلوك الذي يتم نتيجة أحداث مثل نضوب مورد الطعام. لتغذية الراجعة الموجبة تقوم على قواعد سلوكية أساسية مثل تجنيد الحشرات الأخرى للبحث عن مصدر للطعام التي تخلق البنى الضرورية للسلوك الجماعي. التفاعلات المتعددة تشير إلى ضرورة الأحداث العشوائية، مثل أن يضيع النمل ولكن يجد مصدر جديد للطعام.
بحث النمل عن الطعام:
على الرغم أن قدرة فردا واحدا من النمل محدودة جدا ً، يستطيع النمل بشكل جماعي أن يؤسس(يقيم) أقصر المسالك بين العش ومصدر الطعام ، وينقل الطعام إلى العش بشكل فعال. يتواصل النمل مع بعضها البعض باستخدام (حمض النمل)، وهي مادة كيميائية تجذب النمل. بينما يتنقل النمل يضع أثر من هذا الحمض بحيث يستطيع النمل الآخر أن يتبعه. يتنقل النمل بشكل عشوائي ولكن عندما يجد في طريقه أثر هذا الحمض يقرر فيما إذا كان سيتبع هذا الأثر أم لا, إذا سلك الطريق الموضوع عليه الحمض فإنه بدوره يضع حمضه الخاص به أيضا ً حيث يدعمون بذلك الطريق الذي يسيرون فيه. إن احتمال اختيار النمل لطريق ما يزداد بازدياد كمية حمض النمل، وبالتالي يصبح الطريق الموجود عليه الكمية الأكثر من الحمض هو الطريق الأكثر جاذبية ( سلوكا ً ) لمجموعات النمل الأخرى. إذا قدم لمستعمرة من النمل طريقين لمصدر ا لطعام أحدها طويل والآخر قصير فإنها تسلك الطريقين في بادئ الأمر بعدد متساوي من النمل، واضعين الحمض في طريقهم. لكن النمل الذي يسلك الطريق الأقصر سيعود إلى العش أولا ً. الطريق الأقصر سوف يعلم مرتين بالحمض وسيكون أكثر جاذبية للنمل الذي يعود إلى مصدر الطعام. بشكل عام يوزع النمل بشكل متساو ولكن عمليا ً يفضلون الطريق الأقصر. لذلك ليس بالضرورة أن يختار النمل طريقا ً معلما ً سابقا ً، وهذا يسمح بالعشوائية والاستكشاف والتي تكون الفائدة منها السماح باستكشاف الطريق القصيرة أو البديلة أو اكتشاف مصادر جديدة للطعام.
يتبع
|
أرسل من قبل 
