Tìm hiểu giải thuật di truyền ứng dụng giải bài toán lập lịch

Trong ngành khoa học máy tính, tìm kiếm lời giải tối ưu cho các bài toán là vấn đề được các nhà khoa học máy tính đặc biệt rất quan tâm. Mục đích chính của các thuật toán tìm kiếm lời giải là tìm ra lời giải tối ưu nhất cho bài toán trong thời gian nhỏ nhất. Các thuật toán như tìm kiếm không có thông tin / vét cạn ( tìm kiếm trên danh sách, trên cây hoặc đồ thị ) sử dụng phương pháp đơn giản nhất và trực quan nhất hoặc các thuật toán tìm kiếm có thông tin sử dụng heurictics để áp dụng các tri thức về cấu trúc của không gian tìm kiếm nhằm giảm thời gian cần thiết cho việc tìm kiếm được sử dụng nhiều nhưng chỉ với không gian tìm kiếm nhỏ và không hiệu quả khi tìm kiếm trong không gian tìm kiếm lớn. Tuy nhiên, trong thực tiễn có rất nhiều bài toán tối ưu với không gian tìm kiếm rất lớn cần phải giải quyết. Vì vậy, việc đòi hỏi thuật giải chất lượng cao và sử dụng kỹ thuật trí tuệ nhân tạo đặc biệt rất cần thiết khi giải quyết các bài toán có không gian tìm kiếm lớn. Thuật giải di truyền (genetic algorithm) là một trong những kỹ thuật tìm kiếm lời giải tối ưu đã đáp ứng được yêu cầu của nhiều bài toán và ứng dụng.

Thuật giải di truyền đã được phát minh ra để bắt chước quá trình phát triển tự nhiên trong điều kiện quy định sẵn của môi trường. Các đặc điểm của quá trình này đã thu hút sự chú ý của John Holand (ở đại học Michigan) ngay từ những năm 1970. Holand tin rằng sự gắn kết thích hợp trong thuật giải máy tính có thể tạo ra một kỹ thuật giúp giải quyết các vấn đề khó khăn giống như trong tự nhiên đã diễn ra-thông qua quá trình tiến hóa.

Trên thế giới hiện nay, Thuật Giải Di Truyền kết hợp với Công nghệ thông tin được ứng dụng để giải quyết những vấn đề phức tạp trong hệ thống điện một cách rất hiệu quả. Nhưng trong đề tài này, chúng ta nghiên cứu ứng dụng Thuật Giải Di Truyền xếp Thời khoá biểu trong trường Đại học.

Nội dung báo cáo gồm lời nói đầu và bốn chương chính:

Chương 1- Tìm hiểu về bài toán lập lịch

Chương 2- Giải thuật di truyền

Chương 3- Ứng dụng giải thuật Di truyền vào bài toán sắp xếp thời khoá biểu

Chương 4- Thiếp kế hệ thống lập lich thời khoá biểu

NỘI DUNG:

LỜI MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG I- TÌM HIỂU VỀ BÀI TOÁN LẬP LỊCH 5

1.1 Tìm hiểu chung 5

1.2 Các đặc tính của bài toán lập lịch 6

1.3 Bài Toán Lập Lịch Thời Khoá Biểu 6

1.3.1 Giới thiệu bài toán 6

1.3.2 Dữ liệu bài toán 6

1.4 Một số bước cơ bản để giải quyết bài toán lập lịch thời khoá biếu 7

CHƯƠNG II-GIẢI THUẬT DI TRUYỀN (GAs) 8

2.1 Tìm hiểu chung về Gas 8

2.2. Các toán tử của giải thuật di truyền 12

2.3 Các tham số của giải thuật di truyền. 13

2.4. Công thức của Giải thuật Di Truyền 14

2.5. Các thành phần của thuật giải di truyền 15

2.5.1 Khởi động quần thể ban đầu 15

2.5.2 Đánh giá cá thể 15

2.5.3 Toán tử lai ghép 16

2.5.4 Toán tử đột biến 16

2.5.5 Điều kiện kết thúc 17

CHƯƠNG III- ỨNG DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN VÀO BÀI TOÁN XẾP LỊCH THỜI KHOÁ BIỂU 17

3.1 Giai đoạn 1 - xếp lịch học các lớp 18

3.1.1 Chọn mô hình cá thể 18

3.1.2 Tạo quần thể ban đầu 21

3.1.3 Độ thích nghi - chọn cá thể 22

3.1.4 Thuật toán lai ghép và đột biến 23

3.2 Giai đoạn 2 - xếp lịch học cho toàn bộ cơ sở 23

3.2.1 Chọn mô hình cá thể 23

3.2.2 Tạo quần thể ban đầu 25

3.2.3 Độ thích nghi - chọn cá thể 25

3.2.4 Thuật toán lai ghép và đột biến 26

3.2.5 Chọn điểm dừng thuật toán 26

CHƯƠNG 4- THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẬP LỊCH THỜI KHÓA BIỂU 27

4.1 Thiết kế cơ sở dữ liệu bài toán 27

4.2 Các đối tượng của lịch học 28

4.3 Biểu diễn nhiễm sắc thể 28

4.4 Các tham số của giải thuật di truyền 30

4.4.1 Phép lai ghép 30

4.4.2 Phép đột biến 33

4.6 Độ thích nghi 34

4.7 Chương trình thực nghiệm 37

Kết luận và hướng phát triển 40

Tài Liệu Tham Khảo 41

LINK DOWNLOAD