الگوریتم گرده افشانی گل ها (Flower Pollination Algorithm)

الگوریتم گرده افشانی گل ها FPA

چکیده:
الگوریتم گرده افشانی گل ها (Flower Pollination Algorithm) اولین بار توسط فردی به نام Xin-She Yang و در سال 2012 منتشر شد.
نویسنده اینطور بیان کرده است:
ما برای اولین بار از الگوریتم جدید برای اعتبار سنجی استفاده می کنیم.
عملکرد آن را با الگوریتم های ژنتیکی و بهینه سازی ذرات ذرات مقایسه می کنیم.
نتایج شبیه سازی ما نشان می دهد که الگوریتم گرده افشانی گلها نسبت به GA و PSO کارایی بیشتری دارد.
ما همچنین از الگوریتم گرده افشانی گلها برای حل یک معیار طراحی غیر خطی استفاده می کنیم که نشان می دهد نرخ همگرایی تقریبا نمایی است.
الگوریتم های تکاملی از فرآیندهای طبیعت و زیستی که در طبیعت وجود دارند، الهام گرفته شده اند.
روشهای تکاملی و طبیعی طی ده ها میلیون سال توانسته اند بر مشکلات مختلفی غلبه نمایند.
الگوریتم های تکاملی به عنوان یکی از روشهای موثر و کارآمد جهت حل مسائل بهینه سازی پیچیده استفاده می شوند.
مسائل بهینه سازی به مسائلی گفته می شود که دارای راه حل های مختلفی از نظر میزان بهینه بودن می باشند.
انجام پروژه متلب با سایت متلبی
یافتن جوابهای کاملاً بهینه یک مسئله بهینه سازی دشوار یکی از چالش های انواع الگوریتم های جستجوی هوشمند محسوب می شود.
تاکنون الگوریتم های تکاملی مختلفی برای یافتن را ه حل های بهینه یک مسئله بهینه سازی ارایه شده است.
الهام از رشد گیاهان و گرده افشانی آنها یکی روش های جدید تکاملی جهت حل مسائل سخت و دشوار است که ایده اصلی الگوریتم تکاملی گرده افشانی گل ها بر این اساس ارایه شده است.
گرده افشانی گلها یک فرآیند جالب است که تعداد زیادی از گونه های گیاهان برای تولید مثل و بقای خود از آن استفاده می نمایند و پژوهشگران از این رفتار گیاهان برای ایجاد یک الگوریتم تکاملی تحت نام گرده افشانی گلها استفاده نمودند.
در پایان کد الگوریتم گرده افشانی گل ها (Flower Pollination Algorithm) جهت دانلود قرار داده شده است.

مقدمه:

طبیعت حل مسائل چالش برانگیز بیش از میلیون ها و میلیارد سال است و بسیاری از سیستم های بیولوژیکی با بهره وری جذاب و شگفت انگیز در حداکثر رساندن اهداف تکاملی خود مانند تولید مثل تکامل یافته اند.
بر اساس ویژگی های موفقیت آمیز سیستم های بیولوژیکی، بسیاری از الگوریتم های الهام گرفته از طبیعت در چند دهه گذشته توسعه یافته اند.
به عنوان مثال، الگوریتم ژنتیک بر مبنای تکامل داروینی از سیستم های بیولوژیکی  و بهینه سازی ازدحام ذرات بر اساس رفتار رویی پرندگان و ماهی ، و
الگوریتم bat بر اساس رفتار echolocation میکروب ها بود  و الگوریتم firefly بر اساس الگوهای نور چشمک زن از کرم شب تاب است.
تمام این الگوریتم ها به طیف وسیعی از برنامه ها اعمال می شود.
ابتدا به طور خلاصه ویژگی های اصلی گرده گل را مرور خواهیم کرد و به این ترتیب این ویژگی ها را به چهار قاعده ایده آل تقسیم می کنیم.
سپس آنها را برای توسعه الگوریتم گرده افشانی گل (FPA) یا الگوریتم گل استفاده خواهیم کرد.
سپس، آن را با استفاده از مجموعه ای از توابع آزمون شناخته شده و معیار طراحی، آن را معتبر می کنیم.
از نظر تکامل بیولوژیکی، هدف گرده افشانی گل بقای مناسب تولید گیاهان و تکثیر آنهاست.
این در واقع یک روند بهینه سازی گونه های گیاهی است.
انجام پروژه متلب با سایت متلبی
کلیه عوامل و فرآیندهای گرده افشانی گل به گونه ای تعامل دارند تا بتوانند تولید مطلوب گیاهان گلدار را به دست آورند.
بنابراین، این می تواند الهام بخش طراحی الگوریتم بهینه سازی جدید باشد.
ایده اصلی گرده گل در زمینه زنبورها و خوشه بندی مورد بررسی قرار گرفت، اما در این مقاله، بهینه سازی کاملا جدیدی را صرفا بر اساس ویژگی های گرده افشانی گل طراحی خواهیم کرد.

ویژگی های گرده افشانی گل:

تخمین زده شده است که بیش از یک چهارم از یک میلیون نوع گیاهان گلدار در طبیعت وجود دارد و حدود 80 درصد از انواع گیاهان گلدار هستند.
هنوز هم تا حدودی یک رمز و راز وجود دارد که چگونه گیاهان گلدار به چشم انداز از دوره کرتاسه نفوذ کردند .
گیاه گلدار به مدت بیش از 125 میلیون سال در حال تکامل است و گلها در تکامل تاثیر بسیار زیادی دارند، ما نمیتوانیم تصور کنیم که جهان گیاه بدون گل چه رنگی خواهد بود.
هدف اصلی یک گل در نهایت تولید مثل توسط گرده افشانی است.
گرده گل به طور معمول با انتقال گرده ارتباط دارد و چنین انتقال اغلب با گرده افشان هایی مانند حشرات، پرندگان، خفاش ها و دیگر حیوانات مرتبط است.
در حقیقت، برخی گلها و حشرات به یک مشارکت بسیار حرفه ای گرده افشانی را انجام می دهند.
انجام پروژه متلب با سایت متلبی
به عنوان مثال، برخی از گل ها فقط می توانند به یک گونه خاص حشرات برای گرده افشانی موفقیت آمیز جذب شوند.
گرده افشانی می تواند دو شکل عمده: abiotic و biotic.
حدود 90 درصد از گیاهان گلدار متعلق به گرده افشانی زیستی هستند.
یعنی گرده توسط یک گرده افشانی مانند حشرات و حیوانات منتقل می شود.
حدود 10 درصد گرده افشانی طول می کشد که فرم گرده افشانی را به وجود می آورد که به گرده افشان نیاز ندارد.
باد و انتشار در آب گرده افشانی از گیاهان گلدار و چمن به عنوان مثال خوب است.
تخمین زده می شود که حداقل 200.000 انواع حشرات گرده افشان مانند حشرات، خفاش ها و پرندگان وجود دارد.
زنبور عسل نمونه خوبی از حشرات گرده افشان است.
گرده افشانی می تواند از گرده گل یک گیاه متفاوت اتفاق بیفتد.

الگوریتم گرده افشانی گل ها (FPA)

روش و مراحل پیاده سازی الگوریتم به صورت شکل زیر است:

Xin-She Yang در مقاله ای با عنوان Flower Pollination Algorithm for Global Optimization این الگوریتم را معرفی کرده است.
در این مقاله مسئله ای را با سه الگوریتم FPA و GA و PSO پیاده سازی کرده است.
نتایج این سه شبیه سازی را نیز با هم مقایسه کرده که در نمودار زیر آورده ایم:

به ادعای طراح, الگوریتم گرده افشانی گل ها بهتر از دو الگوریتم دیگر عمل کرده است.
شاید علاقه مند باشید در مورد الگوریتم های هوشمند زیر بیشتر بدانید:

• • الگوریتم جستجوی کلاغ ها به همراه کد متلب

• • الگوریتم ملخ ها

• دانلود الگوریتم بهینه سازی ازدحام گربه ها

دانلود کد الگوریتم گرده افشانی گل ها