موضوع مقاله: الگوریتم رقابت استعماری | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # الگوریتم رقابت استعماری | مقدمه: این الگوریتم با مدلسازی ریاضی فرایند تکامل اجتماعی - سیاسی، الگوریتمی برای حل مسائل ریاضی بهینه‌سازی ارائه می‌دهد.E. | ## بخش 1: الگوریتم رقابت استعماری | همانند همه الگوریتم‌های قرار گرفته در این دسته، الگوریتم رقابت استعماری نیز مجموعه اولیه ای از جوابهای احتمالی را تشکیل می‌دهد. این جوابهای اولیه در الگوریتم ژنتیک با عنوان «کروموزوم»، در الگوریتم ازدحام ذرات با عنوان «ذره» و در الگوریتم رقابت استعماری نیز با عنوان «کشور» شناخته می‌شوند. الگوریتم رقابت استعماری با روند خاصی که در ادامه می‌آید، این جوابهای اولیه (کشورها) را به تدریج بهبود داده و در نهایت جواب مناسب مسئله بهینه‌سازی (کشور مطلوب) را در اختیار می‌گذارد. این الگوریتم با تقلید از روند تکامل اجتماعی، اقتصادی و سیاسی کشورها و با مدلسازی ریاضی بخش‌هایی از این فرایند، عملگرهایی را در قالب منظم به صورت الگوریتم ارائه می‌دهد که می‌توانند به حل مسائل پیچیده بهینه‌سازی کمک کنند. در واقع این الگوریتم جوابهای مسئله بهینه‌سازی را در قالب کشورها نگریسته و سعی می‌کند در طی فرایندی تکرار شونده این جواب‌ها را رفته رفته بهبود داده و در نهایت به جواب بهینه مسئله برساند.اسماعیل آتش پز گرگری، «توسعه الگوریتم بهینه‌سازی اجتماعی و بررسی کارایی آن»، پایان‌نامه کارشناسی ارشد دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه تهران، ۱۳۸۷ مقدمه امپریالیسم در لغت به سیاست توسعه قدرت و نفوذ یک کشور در حوزه خارج از قلمرو شناخته شده برای آن گفته می‌شود. یک کشور می‌تواند کشور دیگر را به‌طور قانونگذاری مستقیم یا از طریق روش‌های غیر مستقیم مثل کنترل کالاها و مواد خام کنترل کند. به هر حال کشورهای استعمارگر رقابت شدیدی را برای به استعمار کشیدن مستعمرات همدیگر نشان می‌دادند.C. از دید بهینه‌سازی، استعمار بعضی از کشورها را که در یک دره معمولی تمدن قرار داشتند، خارج کرده و آن‌ها را به یک حوزه مینیمم دیگر برد که در بعضی موارد وضعیت این حوزه مینیمم بهتر از موقعیت قبلی کشور مستعمره بود. اما به هر حال این حرکت مستلزم پیشروی مستعمره در راستای محورهای مختلف اقتصادی و فرهنگی به سمت یک امپریالیست قویتر بود، یعنی از میان رفتن بعضی از ساختارهای فرهنگی و اجتماعی. تعدادی از بهترین عناصر جمعیت (معادل نخبه‌ها در الگوریتم ژنتیک) به عنوان استعمارگر انتخاب می‌شوند. استعمارگران بسته به قدرتشان، این مستعمرات را با یک روند خاص که در ادامه می‌آید؛ به سمت خود می‌کشند. قدرت کل هر امپراطوری، به هر دو بخش تشکیل دهنده آن یعنی کشور استعمارگر (به عنوان هسته مرکزی) و مستعمرات آن، بستگی دارد. در حالت ریاضی، این وابستگی با تعریف قدرت امپراطوری به صورت مجوع قدرت کشور استعمارگر به اضافه در صدی از میانگین قدرت مستعمرات آن، مدل شده‌است. هر امپراطوری‌ای که نتواند در رقابت استعماری، موفق عمل کرده و بر قدرت خود بیفزاید (و یا حداقل از کاهش نفوذش جلوگیری کند)، از صحنه رقابت استعماری، حذف خواهد شد؛ بنابراین بقای یک امپراطوری، وابسته به قدرت آن در جذب مستعمرات امپراطوری‌های رقیب، و به سیطره درآوردن آن‌ها خواهد بود. در نتیجه، در جریان رقابت‌های استعماری، به تدریج بر قدرت امپراطوری‌های بزرگتر افزوده شده و امپراطوری‌های ضعیف‌تر، حذف خواهند شد. امپراطوری‌ها برای افزایش قدرت خود، مجبور خواهند شد تا مستعمرات خود را نیز پیشرفت دهند. به‌طور خلاصه این الگوریتم به استعمار به عنوان بخش تفکیک‌ناپذیر از سیر تکامل تاریخی بشر نگریسته و از چگونگی اثرگذاری آن بر کشورهای استعمارگر و مستعمره و نیز کل تاریخ، به عنوان منبع الهام یک الگوریتم کارا و نو در زمینه محاسبات تکاملی استفاده شده‌است. شکل دهی امپراطوری‌های اولیه در بهینه‌سازی، هدف یافتن یک جواب بهینه بر حسب متغیرهای مسئله، است. از دیدگاه تاریخی‌فرهنگی، اجزای تشکیل دهنده یک کشور را می‌توان ویژگی‌های اجتماعی– سیاسی آن کشور، همچون فرهنگ، زبان، ساختار اقتصادی و سایر ویژگی‌ها در نظر گرفت. | ## بخش 2: الگوریتم رقابت استعماری | شکل زیر نحوه تناظر متغیرهای بهینه‌سازی مسئله با ویژگی‌های اجتماعی سیاسی را نشان می‌دهد. تا Nimp از بهترین اعضای این جمعیت (کشورهای دارای کمترین مقدار تابع هزینه) را به عنوان امپریالیست انتخاب می‌کنیم. باقی‌مانده Ncol تا از کشورها، مستعمراتی را تشکیل می‌دهند که هرکدام به یک امپراطوری تعلق دارند. برای تقسیم مستعمرات اولیه بین امپریالست‌ها، به هر امپریالیست، تعدادی از مستعمرات را که این تعداد، متناسب با قدرت آن است، می‌دهیم. در شکل زیر نحوه تقسیم مستعمرات، میان کشورهای استعمارگر به صورت نمادین نشان داده شده‌است. همانگونه که قبلاً نیز بیان شد، کشورهای استعمارگر، برای افزایش نفوذ خود، شروع به ایجاد عمران (ایجاد زیرساخت‌های حمل و نقل، تأسیس دانشگاه و …) کردند. به عنوان مثال کشورهایی نظیر انگلیس و فرانسه با تعقیب سیاست همگون‌سازی در مستعمرات خود در فکر ایجاد انگیس نو و فرانسه نو در مستعمرات خویش بودند. با در نظر گرفتن شیوه نمایش یک کشور در حل مسلئه بهینه‌سازی، در حقیقت این حکومت مرکزی با اعمال سیاست جذب سعی داشت تا کشور مستعمره را در راستای ابعاد مختلف اجتماعی سیاسی به خود نزدیک کند. این بخش از فرایند استعمار در الگوریتم بهینه‌سازی، به صورت حرکت مستعمرات به سمت کشور امپریالیست، مدل شده‌است. وجود ضریب ß≥۱ باعث می‌شود تا کشور مستعمره در حین حرکت به سمت کشور استعمارگر، از جهت‌های مختلف به آن نزدیک شود. همچنین در کنار این حرکت، یک انحراف زاویه‌ای کوچک نیز با توزیع یکنواخت به مسیر حرکت افزوده می‌شود. یک نمای گرافیکی از اعمال سیاست جذب در الگوریتم رقابت استعماری در صفحه دو بعدی در زیر نشان داده شده‌است. در الگوریتم رقابت استعماری، انقلاب با جابجایی تصادفی یک کشور مستعمره به یک موقعیت تصادفی جدید مدلسازی می‌شود. انقلاب از دیدگاه الگوریتمی باعث می‌شود کلیت حرکت تکاملی از گیر کردن در دره‌های محلی بهینگی نجات یابد که در بعضی موارد باعث بهبود موقعیت یک کشور شده و آن را به یک محدوده بهینگی بهتری می‌برد. جابجایی موقعیت مستعمره و امپریالیست در حین حرکت مستعمرات به سمت کشور استعمارگر، ممکن بعضی از این مستعمرات به موقعیتی بهتر از امپریالیست برسند (به نقاطی در تابع هزینه برسند که هزینه کمتری را نسبت به مقدار تابع هزینه در موقعیت امپریالیست، تولید می‌کنند) در این حالت، کشور استعمارگر و کشور مستعمره، جای خود را با همدیگر عوض کرده و الگوریتم با کشور استعمارگر در موقعیت جدید ادامه یافته و این بار این کشور امپریالیست جدید است که شروع به اعمال سیاست همگون‌سازی بر مستعمرات خود می‌کند. رقابت استعماری قدرت یک امپراطوری به صورت قدرت کشور استعمارگر، به اضافه درصدی از قدرت کل مستعمرات آن تعریف می‌شود. بدین معنی که به مرور زمان، امپراطوری‌های ضعیف، مستعمرات خود را از دست داده و امپراطوری‌های قویتر، این مستعمرات را تصاحب کرده و بر قدرت خویش می‌افزایند. در الگوریتم رقابت استعماری، امپراطوری در حال حذف، ضعیف‌ترین امپراطوری موجود است. بدین ترتیب، در تکرار الگوریتم، یکی یا چند مورد از ضعیف‌ترین مستعمراتِ ضعیف‌ترین امپراطوری را برداشته و برای تصاحب این مستعمرات، رقابتی را میان کلیه امپراطوری‌ها ایجاد می‌کنیم. | ## بخش 3: الگوریتم رقابت استعماری | مستعمرات مذکور، لزوماً توسط قویترین امپراطوری، تصاحب نخواهند شد، بلکه امپراطوری‌های قوی‌تر، احتمال تصاحب بیشتری دارند. رقابت استعماری میان چندین استعمارگر برای جذب مستعمرات همدیگر در شکل زیر به خوبی نشان داده شده‌است. در الگوریتم پیشنهاد شده، یک امپراطوری زمانی حذف شده تلقی می‌شود که مستعمرات خود را از دست داده باشد. اگر مستعمره‌ای در یک امپراطوری، وجود داشته باشد که هزینه‌ای کمتر از امپریالیست داشته باشد؛ جای مستعمره و امپریالیست را با هم عوض کن. هزینهٔ کل یک امپراطوری را حساب کن (با در نظر گرفتن هزینهٔ امپریالیست و مستعمراتشان). یک (یا چند) مستعمره از ضعیف‌ترین امپراطوری انتخاب کرده و آن را به امپراطوری‌ای که بیشترین احتمال تصاحب را دارد، بده. نکته قابل توجه این است که در این فلوچارت، بخش انقلاب نشان داده نشده‌است که باید به مرحله مناسب خود اعمال گردد. کاربردها در حالت کلی، الگوریتم رقابت استعماری به هر نوع مسئله بهینه‌سازی بدون هیچ محدودیتی قابل اعمال است. همین موضوع باعث شده‌است تا از این الگوریتم در حل مسائل بسیاری در حوزه مهندسی برق، مکانیک، صنایع، مدیریت، عمران، هوش مصنوعی و غیره استفاده شود. به عنوان مثال از این الگوریتم با موفقیت در حل مسائل عملی بهینه‌سازی زیر استفاده شده‌است. طراحی بهینه کنترل‌کننده برای سیستمهای صنعتی همچون سیستم چند ورودی - چند خروجی تبریدR. 680–695 طراحی بهینه سیستم‌های پیشنهاد دهی هوشمندهدی سپهری راد، «کاربرد روش‌های زیستی و اجتماعی در سیستم‌های پیشنهادگر»، پایان‌نامه کارشناسی ارشد دانشکده مکانیک دانشگاه تهران، ۱۳۸۶H. , 2008 طراحی بهینه آنتن‌های آرایه‌ای حل مسائل برنامه‌ریزی تولید در حوزه مهندسی صنایع و مدیریت و بهینه سازی تبلیغات در بازاریابیزهرا رضایی، «ارائه الگوریتم فرا ابتکاری کارا برای حل مدل کنترل موجودی چند سطحی»، پایان‌نامه کارشناسی ارشد دانشگاه شهید بهشتی، ۱۳۸۸السا شکراله پور، «زمانبندی دو معیاره سیستم مونتاژ جریان کاری دو مرحله‌ای توسط روش‌های فرا ابتکاری»، پایان‌نامه کارشناسی ارشد دانشگاه شهید بهشتی، ۱۳۸۸F. 1–13 یادگیری و تحلیل شبکه‌های عصبی مصنوعیامیر حسین بیابانگرد اسکویی، «تعیین خواص الاستو - پلاستیک فلزات با استفاده از آزمون سختی سطح و مطالعه اثر شکل ایندنتر در آن با استفاده از روش‌های عددی و تجربی»، پایان‌نامه کارشناسی ارشد دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه تهران، ۱۳۸۶A. 1407–1411, 2010 طراحی استراتژی بهینه در نظریه بازیها برای رسیدن به نقطه تعادل نشR. 4749-4759, 23 September, 2011 نسخه‌های دیگر موارد ذکر شده در این نوشتار، مربوط به نسخه اولیه ارائه شده از الگوریتم رقابت استعماری می‌باشد. پس از معرفی این الگوریتم که ابتدا فقط برای حل مسائل بهینه‌سازی پیوسته استفاده می‌شد، نسخه‌های دیگری نیز معرفی شدند که به حل مسائل گسسته و نیز ترکیبی می‌پرداختند. بسیاری از مقالات و انتشارات مربوط به این الگوریتم که در آن‌ها این نسخه معرفی شده‌اند، در این لینک لیست شده‌اند. | ## جمع‌بندی | به عنوان مثال نسخه آشوبی این الگوریتم توسط Duan و دیگران در یکی از مقالات بخش مراجع در زیر معرفی شده‌است.H.