زمان تخمینی مطالعه: 9 دقیقه

ما می‌توانیم از رفتارهای دسته جمعی در طبیعت چیزهای زیادی بیاموزیم. عوامل موجود در طبیعت مانند زنبورها، پرندگان، ماهی‌ها و مورچه‌ها در زندگی اجتماعی خود با هم همکاری می‌کنند و دانش کسب شده خود را به اشتراک می‌گذارند تا وظایف خاصی را انجام دهند. ماهیت مرتبط این موجودات به عنوان هوش ازدحام (Swarm intelligence) طبقه‌بندی می‌شود. الگوریتم‌های الهام‌گرفته از هوش ازدحامی، برنامه‌های مختلف امروزی را برای بهینه‌سازی و کارایی توانمند می‌سازند.

هوش ازدحامی Swarm intelligence چیست؟

Swarm Intelligence به تلاش مشترک گروهی از اشیاء (انسان، حیوانات، روبات‌ها و غیره) در تکمیل یک کار اشاره دارد. این مفهوم از طبیعت الهام گرفته شده است و اولین بار در سال 1989 توسط جراردو بنی و جون وانگ برای سیستم‌های رباتیک سلولی معرفی شد. این مفهوم ساختار غیرمتمرکز و خودسازمانده موجودات اجتماعی در طبیعت را مطالعه می‌کند.

هوش ازدحام(هوش گروهی) از مفهوم کلونی مورچه‌ها، ازدحام زنبورها و دسته‌های پرندگان پیروی می‌کند، جایی که یک وظیفه واحد بین چندین موجود در یک گروه توزیع می‌شود. از آنجایی که کار توسط چندین عضو گروه انجام می‌شود، فرآیند کارآمدتر و نتایج دقیق‌تر است. توسعه‌دهندگان مفهوم هوش ازدحامی را در کارهای مختلف امروزی برای بهبود کارایی و دستیابی به نتایج عالی ارائه می‌دهند.

ویژگی‌های هوش ازدحامی

در حالت کلی یک گروه ارگانیسم باید شرایط خاصی را برای نشان دادن ویژگی‌های هوش ازدحام انجام دهد که در ادامه ذکر شده است:

الگوریتم‌های هوش ازدحامی

عوامل مختلف در طبیعت به طور متفاوتی از دانش جمعی خود برای انجام وظایف مختلف استفاده می‌کنند. پیشرفت در هوش ازدحامی از این تکنیک‌ها الهام گرفته و آنها را برای حل سناریوهای مختلف دنیای واقعی به کار می‌گیرد. برخی از الگوریتم‌های کلیدی این حوزه از هوش مصنوعی عبارتند از:

الگوریتم PSO در هوش مصنوعی

از نظر الگوریتمی، PSO به ذرات یک گروه اجازه می‌دهد تا از دانش ترکیبی از گروه استفاده کنند. هر ذره در امتداد فضای خود حرکت می‌کند و به دنبال راه حل می‌گردد. ذرات یافته‌های خود را با دیگران به اشتراک می‌گذارند و به بقیه اجازه می‌دهند حرکت خود را بهینه کنند و به سرعت همگرا شوند. این الگوریتم در صنایع مختلف برای بهینه‌سازی فرآیندها مفید است. فرآیند بازیابی حرارتی در پالایشگاه‌های نفت را بهبود می‌بخشد. گروهی از عوامل، بهترین پارامترها را برای تزریق گاز و دمای بخار تخمین می‌زنند تا بازیافت نفت را به حداکثر برسانند. صنایع تولیدی و ساختمانی از آن برای یافتن مواد خام بهینه برای ساخت طرح‌های سبک وزن و در عین حال مستحکم استفاده می‌کنند. یادگیری ماشین از PSO برای بهینه‌سازی تنظیم هایپرپارامتر و شناسایی بهترین معیارهای ممکن برای آموزش مدل استفاده می‌کند. همچنین در برنامه‌های کاربردی تشخیص اشیاء نشان داده شده است. این الگوریتم از یک تصویر مرجع و N تعداد عامل برای بررسی تصاویر نمونه برای آیتم مرجع استفاده می‌کند.

هنگامی که مورچه‌ها به غذا رسیدند، باید آن را در کارآمدترین مسیر حمل کنند. این بسته به سطوح فرمون که در مسیر کوتاه‌تر بالاتر است، انتخاب می‌شود. همه مورچه‌ها مسیر بازگشت کوتاه‌تری را طی می‌کنند، بنابراین غلظت فرمون افزایش می‌یابد. افزایش غلظت همه مورچه‌ها را راهنمایی می‌کند تا این مسیر را به عنوان بهینه‌ترین مسیر انتخاب کنند. برنامه‌های مدرن الگوریتم ACO را به عنوان یک مسئله گراف درک می‌کنند. کلنی مورچه‌ها و غذا گره‌ها(Node) هستند، در حالی که مسیرها لبه‌ها(Edge) هستند. هر مسیر با غلظت فرمون (احتمال) و طول آن مشخص می‌شود. مسیری با غلظت زیاد و طول کوتاه‌تر بهینه‌ترین مسیر است. مفهوم دیگر در اینجا این است که غلظت فرمون تبخیر می‌شود (در طول زمان). این موضوع از گیر افتادن مورچه‌ها (عوامل) در حداقل‌های(بهینه) محلی جلوگیری می‌کند و به آنها اجازه می‌دهد به کاوش گزینه‌های بیشتر ادامه دهند.

زنبورهای باقیمانده که زنبورهای بیکار نیز نامیده می‌شوند، از این اطلاعات برای تعیین مناسب‌ترین منبع برای کندو(Hive) استفاده می‌کنند.

نمایش بصری الگوریتم بهینه‌سازی کلونی زنیور عسل.

BCO به یافتن راه حل‌های بهینه سراسری برای مسائل ریاضی مانند مسئله پوشش مجموعه (SCP) کمک می‌کند. هدف SCP انتخاب زیرمجموعه‌ای از ستون‌ها (یا مجموعه‌ها) با حداقل هزینه است تا تمام ردیف‌ها (یا عناصر) در یک ماتریس معین را پوشش دهد. BCO به طور تصادفی زنبورها را به سلول‌ها اختصاص می‌دهد تا راه‌حلی پیدا کنند. زنبورهای کارگر در فضای راه حل تکرار می‌کنند تا بهینه تابع هدف SCP را بیابند. این فرآیند تکراری به شناسایی پیکربندی بهینه قرارگیری سلول کمک می‌کند.

کاربردی‌های Swarm Intelligence در دنیای واقعی

در این الگوریتم‌ها اعضای یک گروه به صورت گروهی با هم کار می‌کنند. با این حال، این گروه دارای ویژگی‌های منحصر به فردی است که به کارایی و عملکرد کمک می‌کند. برخی از کاربردهای عملی الگوریتم‌های هوش ازدحامی در دنیای واقعی عبارتند از:

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *