حل مسئله ارضاء و بهینه سازی محدودیت توزیع شده پویا با استفاده از روش های نوین هوش مصنوعی

مسئله ی بهینه سازی محدودیت توزیع شده ی پویا از مسائل مهم و مطرح در زمینه ی سیستم های توزیع شده و هوش مصنوعی است که جزء مسائل np-hard طبقه بندی می شود. این مسئله کاربردهای فراوانی در زمینه ی اختصاص وظایف، کارها و مسائل زمانبندی دارد. با توجه به اهمیت وکاربرد این مسئله، الگوریتم های مختلفی برای حل گونه های مختلف آن ارائه شده است اما همچنان رقابت برای کاهش هزینه های محاسباتی و ارتباطی میان محققین در این زمینه در جریان است. با توجه به دشواری حل این مسئله، الگوریتم هایی که به دنبال یافتن پاسخ بهینه ی قطعی برای مسئله هستند هزینه های محاسباتی و ارتباطی بالایی را در بر خواهند داشت. وجود این هزینه ی بالا گرایش به سمت الگوریتم های اکتشافی را روز افزون کرده است. الگوریتم های اکتشافی سعی در یافتن پاسخی مناسب و با هزینه متعادل دارند، گرچه ممکن است پاسخ یافت شده توسط آنها پاسخی نزدیک به بهینه باشد. استفاده از الگوریتم هایی از این نوع خصوصا در مسائل با درجه پویایی بالا که الگوریتم ملزم به تطبیق سریع خود با تغییر شرایط محیط است بسیار سودمند است. در میان این دسته از الگوریتم ها، الگوریتم کولونی مورچه ها در این تحقیق به عنوان گزینه ای مناسب برای حل مسئله انتخاب گردیده است. به عنوان دلیل این انتخاب می توان به مواردی چون عملکرد موفق آن در حل مسائل np-hard، قدرت بالای این الگوریتم در برخورد با تغییرات محیط، تناسب آن با مسائلی که در قالب گراف مدل می شوند و قدرت موازی سازی و توزیع پذیری بالا اشاره کرد. موفقیت الگوریتم کلونی مورچه ها برای حل مسئله ی این تحقیق نیازمند تعریف مناسب و دقیق پارامترهای مختلفی نظیر گراف زیرساخت، نحوه حرکت مورچه ها، نحوه فرومون گذاری، به روز رسانی فرومون و غیره است. بر این اساس در این تحقیق دو الگوریتم جدید مبتنی بر روش کلونی مورچه ها با تعریف مناسب پارامترها ارائه شده است. الگوریتم اول موفقیت هایی خصوصا در زمینه کاهش هزینه ارتباطی از خود نشان می دهد، با این وجود از معایبی چون درجه پایین ناهمگامی رنج می برد. الگوریتم دوم ارائه شده، به تکمیل و رفع معایب الگوریتم اول می پردازد طوری که در نهایت بتواند مسئله تحقیق را به گونه ای موثر و با کاهش چشمگیر هزینه های محاسباتی و ارتباطی حل کند. به منظور ارزیابی الگوریتم های ارائه شده در این تحقیق دو مسئله مهم رنگ آمیزی گراف و شبکه های حسگر که هر دو جزء مسائل رایج برای ارزیابی الگوریتم های ارائه شده در این زمینه هستند انتخاب و سپس الگوریتم های ارائه شده برای حل نسخه-های مختلفی از مسائل تولید شده (ارضاء و بهینه سازی محدودیت، حالت توزیع شده و حالت پویا) مورد استفاده قرار گرفتند. نتایج بدست آمده نشان می دهد الگوریتم کولونی مورچه های ارائه شده در این تحقیق در مقایسه با سایر الگوریتم های مهم و مطرح در این زمینه در اکثریت قاطع موارد رفتار بهتر و با صرف هزینه های کمتری را نشان می دهد. به علاوه محاسبات ریاضی ارائه شده نتایج تجربی بدست آمده در این تحقیق را مورد تایید قرار می دهد. با توجه به نتایج بدست آمده الگوریتم کولونی مورچه ها در صورت انتخاب مناسب پارامترها به عنوان گزینه بسیار مناسبی برای حل مسئله مورد تحقیق پیشنهاد می شود.