A. Gebert / A. Henke Ant colony simulation.

Präsentation zum Thema: "A. Gebert / A. Henke Ant colony simulation."—  Präsentation transkript:

1 A. Gebert / A. Henke Ant colony simulation

2 Inhalt Ameisenkolonien in der Natur Was ist ACO? Anwendungsgebiete
Algorithmus im Detail ACO Live-Demo

3 Ameisenkolonien in der Natur
Ameisen hinterlassen eine Pheromonspur auf ihrem Weg Ameisen verwenden die Pheromonspuren zur Wegfindung Verdichtete Pheromonspuren deuten auf „bessere Wege“ hin Die einzelne Ameise hat limitierte kognitive Fähigkeiten, die Kolonie besitzt jedoch eine gewisse „Intelligenz“

4 Ameisenkolonien in der Natur

5 Was isT „ACO“ ? Ant Colony Optimization / Ameisenalgorithmus
Generisches Algorithmus Framework basierend auf dem Verhalten echter Ameisen Schwarmintelligenz Verschiedene Implementierungen

6 AnwendunGsgebiete Alle diskreten Optimierungsprobleme, für die es einen Mechanismus gibt, der auf Teillösungen aufbauend Schritt für Schritt zur vollständigen Lösung führt. Statische Probleme TSP (Travelling Salesman Problem) QAP (Quadratic Assignment Problem) Dynamische Probleme Network Routing

7 Algorithmus im Detail Gefundene Lösung ist immer nur eine Annäherung – keine exakte Lösung Keine Umwelteinflüsse (Algorithmus ist blind) Ablauf erfolgt in separaten Iterationen von je einer fixen Anzahl Ameisen Pheromon wird nicht kontinuierlich abgelegt Abgegebene Pheromonmenge abhängig von der Güte der gefundenen Lösung

8 Algorithmus im Detail Enthält Nodes und Node Connections
Connections haben jeweils ein Pheromon Level Jede Ameise liefert jeweils eine Lösung Lösungen aller Ameisen ergeben eine Iteration

9 Algorithmus im Detail Eine Iteration umfasst:
Alle Ameisen suchen einen Weg Weg-Entscheidung anhand Pheromon, Wegstrecke und Zufallswert Die gefundene Lösung besteht aus Forward- und Backward Path Backward Path ist optimiert (loop elimination) Pheromon Update Alle gefundenen Lösungen werden bewertet Auf den Connections der Lösung wird Pheromon abgelegt (antiproportional zur Tourlänge bzw. Kosten) Pheromon Verdunstung

10 Weg-Entscheidung ?

11 Pheromon update

12 Pheromon Verdunstung Verhindert schnelles konvergieren hin zu einer suboptimalen Lösung

13 Live-Demo Implementierung eines simplen ACO Algorithmus
Lösung des Shortest-Path Problems GUI mit 2D/3D Visualisierung

14 Fragen?? ??? :)

15

16 ACO Performance #1

17 ACO Performance #2

18 ACO Performance #3

19 Iterations vs. settings