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JPH0997246A - Optimization problem solver - Google Patents

Optimization problem solver

Info

Publication number
JPH0997246A
JPH0997246A JP7252172A JP25217295A JPH0997246A JP H0997246 A JPH0997246 A JP H0997246A JP 7252172 A JP7252172 A JP 7252172A JP 25217295 A JP25217295 A JP 25217295A JP H0997246 A JPH0997246 A JP H0997246A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
chromosome
fixed
chromosomes
subpopulation
unit
Prior art date
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Granted
Application number
JP7252172A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3595043B2 (en
Inventor
Touei Adachi
統衞 安達
Yukiko Yoshida
由起子 吉田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GIJUTSU KENKYU KUMIAI SHINJOHO SHIYORI KAIHATSU KIKO
Fujitsu Ltd
Original Assignee
GIJUTSU KENKYU KUMIAI SHINJOHO SHIYORI KAIHATSU KIKO
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GIJUTSU KENKYU KUMIAI SHINJOHO SHIYORI KAIHATSU KIKO, Fujitsu Ltd filed Critical GIJUTSU KENKYU KUMIAI SHINJOHO SHIYORI KAIHATSU KIKO
Priority to JP25217295A priority Critical patent/JP3595043B2/en
Publication of JPH0997246A publication Critical patent/JPH0997246A/en
Application granted granted Critical
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Abstract

(57)【要約】 【課題】遺伝アルゴリズムによる求解演算における染色
体操作において、染色体を構成する一部分を固定化する
ことにより最適解の探索空間を小さくして、短時間で演
算可能とすること。 【解決手段】解の固定部分を計算する部分解固定部を備
えた複数の部分集団最適化手段と、この部分集団最適化
手段における解情報を伝達する部分集団交信手段を具備
した最適化問題解法装置において、前記部分解固定部
に、解の一部分のパターン状態の頻度を算出する頻度算
出手段2と、この頻度に基づき固定部分を算出する固定
部分計算手段3を具備する。
(57) Abstract: In a chromosome manipulation in a solution calculation by a genetic algorithm, a search space for an optimal solution is made small by fixing a part of a chromosome, and the calculation can be performed in a short time. SOLUTION: An optimization problem solving method comprising a plurality of subgroup optimization means having a partial decomposition fixing part for calculating a fixed part of a solution, and a subgroup communication means for transmitting solution information in the subgroup optimization means. In the apparatus, the partial decomposition fixing unit includes a frequency calculating unit 2 for calculating the frequency of the pattern state of a part of the solution, and a fixed portion calculating unit 3 for calculating the fixed portion based on this frequency.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は最適化問題解法装置
に係り、特に遺伝アルゴリズムによる求解演算における
染色体操作において、染色体を構成する一部分を固定化
することにより最適解の探索空間を小さくして、短時間
で演算可能としたものに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optimization problem solving apparatus, and in particular, in a chromosome operation in a solution calculation by a genetic algorithm, by fixing a part of a chromosome, a search space for an optimum solution can be reduced, This relates to a device that can be calculated in a short time.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えばナップザック問題の如き、組合せ
最適化問題の解法として分枝限定法などの厳密解を求め
る手法があるが、これは問題の規模が大きくなると計算
量が極めて莫大なものとなりその面から実用にならなく
なる。厳密な最適解は必ずしも得られないがそれに近い
準最適解を高速に求める可能性のある手法として、遺伝
アルゴリズム(Genetic Algorithm,GA)がある。
2. Description of the Related Art There is a method for obtaining an exact solution such as a branch-and-bound method as a solution of a combinatorial optimization problem such as a knapsack problem. However, when the scale of the problem increases, the amount of calculation becomes extremely huge. From the point of view, it will not be practical. A genetic algorithm (GA) is known as a method that can obtain a quasi-optimal solution close to the exact optimal solution at high speed.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで遺伝アルゴリ
ズムでは、染色体を構成する構成要素の数が大きくなる
と、良い解を見つけるために必要な構成要素の組み合わ
せが莫大な数になり、実用的観点からやはり計算時間の
短縮が重要になる。
In the genetic algorithm, when the number of constituent elements that make up a chromosome increases, the number of constituent elements required to find a good solution becomes enormous. It is important to reduce the calculation time.

【0004】従って、遺伝アルゴリズムによる求解計算
における染色体操作において、解(即ち染色体)を構成
する部分の一部分を固定する(つまり変化させない)こ
とにより、最適解あるいは準最適解の探索空間を小さく
して、それにより計算時間を短縮した最適化問題解法装
置を提供することが必要となる。
Therefore, in the chromosome manipulation in the solution calculation by the genetic algorithm, by fixing (that is, not changing) a part of the part constituting the solution (that is, the chromosome), the search space for the optimum solution or the suboptimal solution is reduced. Therefore, it is necessary to provide an optimization problem solving device with reduced calculation time.

【0005】ところで、解を構成する部分の一部分を固
定する手法は、既に本発明者等により発明され、平成7
年1月17日付けで平成7年特許願第5280号として
特許出願されている。本発明の目的は、遺伝アルゴリズ
ムの染色体表現としてビット列が用いられる場合におい
て、部分固定の異なる手法を提供するものである。
By the way, a method of fixing a part of a portion constituting a solution has been invented by the present inventors and has been
The patent application was filed on January 17, 1995 as Patent Application No. 5280 in 1995. An object of the present invention is to provide a different method of partial fixation when a bit string is used as a chromosome representation of a genetic algorithm.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、例えば図1(A)に示す如き大きさと価値の品物1
〜10が存在する場合、大きさが100のナップザック
袋に詰めた品物の価値の総和の最大のものを見つけると
いう、ナップザック問題を解く場合、本発明では、図1
(B)に示す如く、初期集団生成部1、頻度算出部2、
初期固定部分計算部3、評価・選択部4、交叉部5、突
然変異部6、交信部7、固定部分計算部8を設ける。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, an article 1 having a size and a value as shown in FIG.
In the case of solving the knapsack problem of finding the maximum sum of the value of items packed in a knapsack bag of size 100 when -10 exist, in the present invention, FIG.
As shown in (B), the initial group generation unit 1, the frequency calculation unit 2,
An initial fixed part calculation part 3, an evaluation / selection part 4, a crossover part 5, a mutation part 6, a communication part 7, and a fixed part calculation part 8 are provided.

【0007】初期集団生成部1では、図1(C)に示す
如き部分集団の染色体〜をランダムに作成する。変
数x1 〜x10は品物1〜10に対応するものであり、品
物をナップザック袋に詰めるように選択されたとき
「1」、選択されないとき「0」を示す。従って染色体
は、品物1〜4、6、8、10は選択されず、品物
5、7、9が選択された場合を示す。
The initial population generation unit 1 randomly creates the chromosomes ~ of the subpopulation as shown in FIG. The variable x 1 ~x 10 and corresponds to the item 10, "1" when it is selected to pack the goods in knapsack bag, shows a "0" when not selected. Therefore, as for the chromosome, items 1 to 4, 6, 8, and 10 are not selected, and items 5, 7, and 9 are selected.

【0008】頻度算出部2は、この部分集団の染色体
〜において、後述するように、各変数間の相関関係を
チェックする。例えばx1 とx2 、x2 とx3 、x1
3・・・の如く、この部分集団の染色体〜におい
て、各変数間にどのような「1」、「0」の状態が存在
するのかその相関関係を算出し、後述する頻度表を作成
するものである。
The frequency calculation section 2 checks the correlation between the variables in the chromosomes of this subpopulation, as will be described later. For example x 1 and x 2, x 2 and x 3, x 1 and x 3 · · · as the chromosome-for this subpopulation, what "1" between the variables, the state of "0" is present Whether or not to do so, the correlation is calculated and a frequency table described later is created.

【0009】初期固定部分計算部3は、この頻度算出部
2の算出した頻度表により、後述するように初期固定部
分を求める。この場合は、図1(D)に示す如く、例え
ば染色体の10ケの構成要素1〜10に対して下段に示
す如き初期固定部分を得る。このうち、「1」と「0」
は固定位置とその値を示し、?は非固定を表す。
The initial fixed portion calculation unit 3 obtains an initial fixed portion as described later based on the frequency table calculated by the frequency calculation unit 2. In this case, as shown in FIG. 1 (D), for example, the initial fixed portion as shown in the lower stage is obtained for 10 components 1 to 10 of the chromosome. Of these, "1" and "0"
Indicates a fixed position and its value ,? Indicates non-fixed.

【0010】評価・選択部4は、部分集団の染色体〜
の適応度即ちナップザック袋に詰めた品物の価値の総
和を算出し、図1(C)の右側の値を求める。この例で
はナッブザック袋の大きさ(S=100)を越える染色
体はないが、もし越えた場合には、適応度をゼロとす
る。
The evaluation / selection unit 4 includes the chromosomes of the subpopulation
The fitness of, that is, the total value of the items packed in the knapsack bag is calculated, and the value on the right side of FIG. In this example, there are no chromosomes that exceed the size of the knapsack bag (S = 100), but if they do, the fitness is set to zero.

【0011】それから評価・選択部4は、ある確率によ
り染色体〜のうちとを消去してとを複写す
る。交叉部5は、前記の染色体について、ランダムに2
個ペアを組み合わせ、図1(E)のペアを作る。各ペア
毎に、交叉確率で交叉させるかしないかを決める。例え
ば図1(E)に示す3番目のペアを交叉させるとき、ま
ず各ビットを等確率で0又は1を選んでそれらを入れ換
えビット列を用意する。このとき図1(F)に示す如き
入れ換えビット列が用意されたとき、これを図1(D)
の下方に示す初期固定部分と比較し、初期固定部分の
「1」又は「0」の位置が、用意された入れ換えビット
列の「0」の位置に合うとき、部分固定ありの一様交叉
の入れ換えビット列として、これにより、交叉させ、図
1(G)の+印の部分のビットが入れ換えられる。この
結果、交叉後の部分集団は、図1(H)に示す如きもの
となる。
Then, the evaluation / selection unit 4 erases and among the chromosomes with a certain probability and copies and. The crossover part 5 randomly selects 2 for the above-mentioned chromosomes.
The individual pairs are combined to form the pair shown in FIG. For each pair, decide whether to cross or not with a crossover probability. For example, when the third pair shown in FIG. 1 (E) is crossed, first, 0 or 1 is selected with equal probability for each bit and they are replaced to prepare a bit string. At this time, when the exchange bit string as shown in FIG. 1 (F) is prepared, this is shown in FIG. 1 (D).
When the position of "1" or "0" in the initial fixed part matches the position of "0" in the prepared replacement bit string as compared with the initial fixed part shown below, the uniform crossover with partial fixing is replaced. As a bit string, by this, the bits in the + portion of FIG. As a result, the subgroup after the crossover becomes as shown in FIG.

【0012】突然変異部6は、前記交叉後の部分集団に
予め与えられた突然変異確率でビット反転する。ただし
固定部分はビット反転させない。例えば図1(H)に示
す部分集団の第4行目の染色体の第6番目のビットを突
然変異させる。
The mutation unit 6 bit-inverts with a mutation probability given in advance to the post-crossover subpopulation. However, the fixed part is not bit-inverted. For example, the 6th bit of the chromosome of the 4th row of the subpopulation shown in FIG. 1 (H) is mutated.

【0013】このような評価・選択部4〜突然変異部6
の操作を予め規定された世代数繰り返し行う。そして例
えば10世代後に交信部7により隣接部分集団(例えば
東西南北)の染色体と比較する。
Such an evaluation / selection unit 4 to a mutation unit 6
The above operation is repeated for a predetermined number of generations. Then, for example, after 10 generations, the communication unit 7 compares the chromosomes with adjacent subgroups (for example, north, south, east, and west).

【0014】このとき、隣接部分集団からの最良染色体
と自部分集団の最良染色体、つまり適応度がもっとも高
い染色体の持つ適応度と隣接部分集団の最良染色体の持
つ適応度とを比較する。
At this time, the fitness of the best chromosome from the adjacent subpopulation and that of its own subpopulation, that is, the fitness of the chromosome having the highest fitness is compared with the fitness of the best chromosome of the adjacent subpopulation.

【0015】その結果次の3つが考えられる。 a.自部分集団の最良染色体が、隣接部分集団の最良染
色体のどれよりも良い、つまり適応度が高い。
As a result, the following three can be considered. a. The best chromosomes of its own subpopulation are better, or more adaptable, than any of the best chromosomes of its adjacent subpopulations.

【0016】b.自部分集団の最良染色体が隣接部分集
団の最良染色体のどれよりも悪い、つまり適応度が低
い。 c.いずれでもない。
B. The best chromosomes in its own subpopulation are worse than any of the best chromosomes in the adjacent subpopulations, ie, less fit. c. Neither.

【0017】a.もし自部分集団の最良染色体が隣接部
分集団のどれよりも良ければ、現部分集団の染色体につ
いて、固定部分計算部8において、前記初期固定部分を
計算した部分と同じ手順で新しい固定部分を計算する。
まず頻度表を求め、新しい固定部分を求める。
A. If the best chromosome of the own subpopulation is better than any of the adjacent subpopulations, a new fixed portion is calculated for the chromosome of the current subpopulation in the fixed portion calculation unit 8 in the same procedure as the portion for which the initial fixed portion was calculated. .
First, a frequency table is obtained, and a new fixed part is obtained.

【0018】b.もし自部分集団の最良染色体が隣接部
分集団のどれよりも悪いならば、東、西、南、北の隣接
部分集団の最良染色体について、固定部分計算部8にお
いて、前記初期固定部分を計算したものと同じ手順で新
しい固定部分を計算する。まず頻度表を求め、新しい固
定部分を求める。
B. If the best chromosome of the own subpopulation is worse than any of the adjacent subpopulations, the initial fixed portion is calculated in the fixed portion calculation unit 8 for the best chromosomes of the east, west, south, and north adjacent subpopulations. Calculate a new fixed part using the same procedure as. First, a frequency table is obtained, and a new fixed part is obtained.

【0019】そして、部分集団の大きさが元の大きさと
同じになるように、前記東、西、南、北の各最良染色体
に加え、この固定部分を必ず含む染色体をランダムに2
つ生成して自部分集団を構成する。
Then, in addition to the best chromosomes of east, west, south, and north, the chromosomes that always include this fixed portion are randomly selected so that the size of the subpopulation is the same as the original size.
One is generated to form the own subgroup.

【0020】c.いずれでもないとき、例えば、東の最
良染色体が自部分集団の最良染色体よりも良いとき、固
定部分計算部8において、この東の最良染色体と自部分
集団の固定部分を比較し、東の最良染色体と矛盾する固
定部分を除く。
C. When neither of the above is true, for example, when the eastern best chromosome is better than the best chromosome of the own subpopulation, the fixed part calculation unit 8 compares the eastern best chromosome with the fixed part of the own subpopulation, Excludes fixed parts that conflict with.

【0021】このようなことを繰り返し行うことにより
もっとも適応度の良い染色体を、短時間で得ることがで
きる。
By repeating such a process, the chromosome having the best fitness can be obtained in a short time.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】本発明の一実施例を説明するに先
立ち、本発明において使用したナップザック問題(Knap
sack problem)について説明する。N個の品物があり、
それぞれに大きさSi(Si>0)と価値Vi(Vi>
0)が与えられているとき(i=1、2、・・・N)、
これらの品物をいくつか選んで大きさSのナップザック
袋に詰めるとき、詰めた品物の大きさの総和がップザッ
ク袋の大きさを越えず、かつ価値の総和を最大にする品
物の組を見つける問題である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Prior to explaining an embodiment of the present invention, the knapsack problem (Knap) used in the present invention is described.
sack problem). There are N items,
Size Si (Si> 0) and value Vi (Vi>)
0) is given (i = 1, 2, ... N),
When selecting some of these items and packing them into a knapsack bag of size S, the problem is that the total size of the packed products does not exceed the size of the puzack bag and a set of products that maximizes the total value is found. Is.

【0023】形式的には以下のように定義される。変数
i で品物iを詰める(xi =1)、詰めない(xi
0)を表す。そのときのナップザック袋の品物の価値の
総和V({xi })は、
Formally defined as follows. The item i is packed with the variable x i (x i = 1) and not packed (x i =
0). The total value V ({x i }) of the items in the knapsack bag at that time is

【0024】[0024]

【数1】 [Equation 1]

【0025】となる。このときナップザック問題は、[0025] At this time, the knapsack problem is

【0026】[0026]

【数2】 [Equation 2]

【0027】と書くことができる。図1(A)に10個
の品物の簡単な例をあげる。便宜上、品物を番号1、2
・・・10で表す。ナップザック袋の大きさS=100
のときの、ナップザック問題の最適解は{xi }=
{1、1、0、1、1、1、1、0、1、0}、最適値
(詰めた品物の価値の総和)は117、詰めた品物の大
きさの総和は99である。
Can be written as FIG. 1A shows a simple example of 10 items. For convenience, the items are numbered 1 and 2.
... is represented by 10. Knapsack bag size S = 100
The optimum solution of the knapsack problem is {x i } =
{1, 1, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 0}, the optimum value (total value of packed products) is 117, and the total size of packed products is 99.

【0028】本発明の一実施例を図2〜図4に基づき説
明する。図2は本発明の第1実施例構成図、図3は本発
明の第1実施例における部分集団最適化部の詳細図、図
4は本発明の動作説明図である。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 is a configuration diagram of the first embodiment of the present invention, FIG. 3 is a detailed diagram of a sub-population optimization unit in the first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an operation explanatory diagram of the present invention.

【0029】図中、10は集団制御部、11は初期集団
生成部、12は部分集団交信部、13、13−1〜13
−nは部分集団最適化部、14は部分集団制御部、15
は部分解固定計算部、16は適応度演算部、17は選択
演算部、18は交叉演算部、19は突然変異演算部、2
0は局所改善演算部、21は部分解固定変更部、22は
部分固定解生成部、23は部分集団記憶部である。
In the figure, 10 is a group control unit, 11 is an initial group generation unit, 12 is a subgroup communication unit, 13 and 13-1 to 13-13.
-N is a subgroup optimization unit, 14 is a subgroup control unit, 15
Is a partial decomposition fixed calculation unit, 16 is a fitness calculation unit, 17 is a selection calculation unit, 18 is a crossover calculation unit, 19 is a mutation calculation unit, 2
Reference numeral 0 is a local improvement calculation unit, 21 is a partial decomposition fixed change unit, 22 is a partial fixed solution generation unit, and 23 is a partial group storage unit.

【0030】集団制御部10は、初期集団生成部11や
部分集団最適化部13−1、13−2・・・の動作を制
御したり、これらに対してデータやパラメータを入力し
たり、部分集団最適化部13−1、13−2・・・から
の計算結果を総和して、最終的な計算結果つまり解を出
力するものである。
The group control unit 10 controls the operations of the initial group generation unit 11 and the sub-group optimization units 13-1, 13-2, ... The sum of the calculation results from the group optimizing units 13-1, 13-2, ..., And the final calculation result, that is, the solution is output.

【0031】初期集団生成部11は、各部分集団の各染
色体を生成する。実施例では、各部分集団最適化部13
−1、13−2・・・における各染色体を生成するもの
である。一般に、できるだけ異なる染色体で集団が作ら
れることが望ましい。例えば乱数生成器を用いて、長さ
Nビットのランダムなビット列をつくる。これを1個の
染色体として各部分集団の染色体数分だけ用意する。い
まN=10とし、1部分集団毎の染色体の数を6とした
とき、例えば図1(C)に示す〜の6個の染色体を
1部分集団用に作る。従って部分集団が5つあれば、3
0個の染色体が作られる。
The initial population generation unit 11 generates each chromosome of each subpopulation. In the embodiment, each subgroup optimization unit 13
, 13-2 ... Each of the chromosomes are generated. In general, it is desirable that the population be made up of chromosomes that are as different as possible. For example, a random number generator is used to create a random bit string having a length of N bits. This is set as one chromosome and prepared for the number of chromosomes of each subpopulation. Now, assuming that N = 10 and the number of chromosomes for each subpopulation is 6, for example, 6 chromosomes of to shown in FIG. 1C are created for one subpopulation. Therefore, if there are 5 subgroups, 3
Zero chromosomes are created.

【0032】部分集団交信部12は、初期集団生成部1
1で作成した染色体を部分集団最適化部13−1、13
−2・・・13−nに分配したり、部分集団最適化部1
3−1、13−2・・・13−n間において染色体に関
する情報を交信するものである。
The subgroup communication unit 12 is the initial group generation unit 1.
The chromosome created in 1 is used for the subpopulation optimization units 13-1, 13
-2 ... 13-n, or subgroup optimization unit 1
Information relating to chromosomes is exchanged between 3-1, 13-2 ... 13-n.

【0033】部分集団最適化部13、13−1、13−
2・・・13−nは染色体の頻度計算を行ったり、固定
部分を計算したり、評価つまり適応度の計算を行った
り、適応度の高い染色体を残し、低い染色体を消すとい
う選択を行ったり、2つの染色体を交叉させて新しい染
色体を得たり、染色体を一部反転させて突然変異させた
り、反転を多数回繰り返して適応度が改善されるときの
み反転させて局所改善したりするものである。
Subgroup optimization units 13, 13-1, 13-
2 ... 13-n calculates the frequency of chromosomes, calculates the fixed part, evaluates, that is, calculates the fitness, and leaves the chromosomes with high fitness and deletes the chromosomes with low fitness. It crosses two chromosomes to obtain a new chromosome, partially inverts a chromosome to mutate it, or repeats inversion a number of times to invert only when the fitness is improved to locally improve. is there.

【0034】このため、図3に示す部分集団最適化部1
3に代表して示す如く、各部分集団最適化部では、部分
集団制御部14、部分解固定計算部15、適応度演算部
16、選択演算部17、交叉演算部18、突然変異演算
部19、局所改善演算部20、部分解固定変更部21、
部分固定解生成部22、部分集団記憶部23等を具備す
る。
Therefore, the sub-group optimization unit 1 shown in FIG.
3, each subgroup optimization unit includes a subgroup control unit 14, a partial decomposition fixed calculation unit 15, a fitness calculation unit 16, a selection calculation unit 17, a crossover calculation unit 18, and a mutation calculation unit 19. , The local improvement calculation unit 20, the partial decomposition fixing change unit 21,
A partial fixed solution generation unit 22, a partial group storage unit 23 and the like are provided.

【0035】部分集団制御部14は、集団制御部10か
ら入力されたデータやパラメータを部分集団記憶部23
に入力したり、部分集団交信部12から入力された染色
体を部分集団記憶部23に入力したり、部分集団記憶部
23に保持された染色体を部分集団交信部12に出力し
たり、部分解固定計算部15〜局所改善演算部20を選
択的に動作させるものである。
The sub-population control unit 14 stores the data and parameters input from the sub-population control unit 10 in the sub-population storage unit 23.
Input to the subgroup communication unit 12, the chromosome input from the subgroup communication unit 12 to the subgroup storage unit 23, the chromosome held in the subgroup storage unit 23 to the subgroup communication unit 12, partial decomposition fixed The calculation unit 15 to the local improvement calculation unit 20 are selectively operated.

【0036】部分解固定計算部15は、部分集団の染色
体の頻度算出を行い、これに基づき固定部分を計算する
ものであり、図1(B)に示す頻度算出部と固定部分計
算部を備えるものである。
The partial decomposition fixed calculation unit 15 calculates the frequency of the chromosomes of the subpopulation, and calculates the fixed part based on this, and is provided with the frequency calculation unit and fixed part calculation unit shown in FIG. 1B. It is a thing.

【0037】次に部分解固定計算部15の動作をその頻
度算出と固定部分計算に分けて説明する。ある部分集団
の初期染色体がランダムに生成されて、図5(A)に示
す染色体〜のように与えられているとき、まず、図
5(B)に示す頻度表を作成する。この頻度表は、染色
体の任意の2ビットが「1、1」、「1、0」、「0、
1」、「0、0」のどのパターンであるかということ
を、染色体〜について作成したものであり、各ビッ
ト間の相関関係を表すものである。
Next, the operation of the partial decomposition fixed calculation unit 15 will be described separately for its frequency calculation and fixed partial calculation. When the initial chromosomes of a certain subpopulation are randomly generated and given as the chromosomes ~ shown in Fig. 5 (A), first, the frequency table shown in Fig. 5 (B) is created. In this frequency table, any two bits of the chromosome are "1, 1", "1, 0", "0,
The pattern "1" or "0, 0" is created for the chromosomes ~, and represents the correlation between each bit.

【0038】頻度表は4個の数字により構成され、縦軸
は図5(A)に示すi(1〜9)を示し、横軸はj(2
〜10)を示す。この4個の数字はiとjの2ビットの
組み合わせのパターンのうち、どれが何回存在している
かを示すものであり、左上の数字はパターン「1、1」
の出力頻度を示し、左下の数字はパターン「0、1」の
出力頻度を示し、右上の数字はパターン「1、0」の出
力頻度を示し、右下の数字はパターン「0、0」の出力
頻度を示す。
The frequency table is composed of four numbers, the vertical axis indicates i (1-9) shown in FIG. 5A, and the horizontal axis indicates j (2).
10) is shown. These four numbers show how many times there are patterns of a combination of 2 bits of i and j, and the numbers at the upper left are the patterns “1, 1”.
, The lower left number indicates the output frequency of the pattern "0, 1", the upper right number indicates the output frequency of the pattern "1, 0", and the lower right number indicates the pattern "0, 0". Indicates the output frequency.

【0039】従って図5(B)の頻度表に示す左上側の
4個の数字は、i=1、j=2のとき、つまり、図5
(A)に示す染色体〜の最左側の2ビットのパター
ンの状態を示すものである。この染色体〜の最左側
の2ビットには「1、1」のパターンが2回、「0、
1」のパターンが1回、「1、0」のパターンが2回、
「0、0」のパターンが1回存在していることを、この
左上側の数字は示している。
Therefore, the four numbers on the upper left side shown in the frequency table of FIG. 5B are when i = 1 and j = 2, that is, in FIG.
It shows the state of the leftmost 2-bit pattern of the chromosome shown in (A). In the leftmost 2 bits of this chromosome, the pattern of "1, 1" is twice, "0,
The pattern of "1" is once, the pattern of "1, 0" is twice,
The number on the upper left side indicates that the pattern of "0, 0" exists once.

【0040】同様に図5(B)の頻度表の右下側の4個
の数字は、i=9、j=10のとき、つまり前記染色体
〜の最右側の2ビットのパターンに、「1、1」の
パターンが0、「0、1」のパターンが3回、「1、
0」のパターンが2回、「0、0」のパターンが1回存
在していることを示している。
Similarly, the four numbers on the lower right side of the frequency table of FIG. 5B are "1" when i = 9 and j = 10, that is, in the 2-bit pattern on the rightmost side of the chromosomes. "1" pattern is 0, "0, 1" pattern is three times, "1,
This indicates that the pattern of “0” exists twice and the pattern of “0, 0” exists once.

【0041】次に固定部分計算のため、頻度しきい値を
6として、図5(B)に示す F11(i、j)+F00(i、j)≧6 または F10(i、j)+F01(i、j)≧6 となる(i、j)を探す。これにより図5(B)の頻度
表から(2、7)、(5、10)が検出される。これら
の位置2、7、5、10を固定位置として、それらの
「1」、「0」の値はF11(i、j)またはF00
(i、j)、F10(i、j)又はF01(i、j)の
大きい方の値を選ぶ。同じときはランダムに選ぶ。
Next, for fixed part calculation, the frequency threshold value is set to 6, and F11 (i, j) + F00 (i, j) ≧ 6 or F10 (i, j) + F01 (i) shown in FIG. 5B. , J) ≧ 6 is searched for (i, j). As a result, (2, 7) and (5, 10) are detected from the frequency table of FIG. These positions 2, 7, 5 and 10 are fixed positions, and the values of “1” and “0” of them are F11 (i, j) or F00.
The larger value of (i, j), F10 (i, j) or F01 (i, j) is selected. If they are the same, select randomly.

【0042】これにより固定部分として、図5(C)に
示す如く、ビット位置の2、5、7、10番目のもの
を、「1」、「0」に固定する。なお?は非固定を表
す。本発明では、このように各ビットと他のビットとの
関係に着目して、固定・非固定を決める。一般的には染
色体(ビット列)内のビット間に強い相関を持つ部分群
を固定する。そのため前記の如く、部分集団内で同じ値
が高い頻度で出現する変数の組、例えば前記(2、
7)、(5、10)を検出してそれらの変数を固定部分
とした。
As a result, as the fixed part, the second, fifth, seventh and tenth bit positions are fixed to "1" and "0" as shown in FIG. 5 (C). What? Indicates non-fixed. In the present invention, fixed / non-fixed is determined by paying attention to the relationship between each bit and other bits in this way. Generally, a subgroup having a strong correlation between bits in a chromosome (bit string) is fixed. Therefore, as described above, a set of variables in which the same value frequently appears in the subgroup, for example, (2,
7) and (5, 10) were detected and those variables were set as the fixed part.

【0043】即ち、ある適当な正整数に(以下変数の数
という、前記の例はK=2)を決める(2≦K<N、N
は染色体のビット長)。変数の組(xj1、xj2、xj3
・・・xjK)の値が(0、0、0、・・・0、0)、
(1、0、0、・・・0、0)、(1、1、0、・・・
0、0)・・・、(1、1、1、・・・1、0)、
(1、1、1、・・・1、1)、(全部で2K通りあ
る)となる頻度を部分集団内の全染色体に関して計算す
る。即ち頻度表を作る。
That is, a certain positive integer (hereinafter referred to as the number of variables, K = 2 in the above example) is determined (2≤K <N, N
Is the bit length of the chromosome). A set of variables (x j1 , x j2 , x j3 ,
... x jK ) has a value of (0, 0, 0, ... 0, 0),
(1, 0, 0, ... 0, 0), (1, 1, 0, ...)
0,0) ..., (1,1,1, ... 1,0),
The frequencies of (1, 1, 1, ... 1, 1) (total of 2 K ways) are calculated for all chromosomes in the subpopulation. That is, make a frequency table.

【0044】変数組の値が(p1 、p2 、・・・pK
のときの頻度を、Fp1 、p2 、・・・pK (xj1、x
j2、・・・、xjK)で表わす。
The value of the variable set is (p 1 , p 2 , ... P K ).
, The frequency is Fp 1 , p 2 , ... P K (x j1 , x
, j2 , ..., X jK ).

【0045】[0045]

【数3】 (Equation 3)

【0046】このときAt this time

【0047】[0047]

【数4】 [Equation 4]

【0048】を満たす。あるしきい値(以下、頻度しき
い値という)T(0<T≦M)を用意する。ある値の組
(p1 、p2 、・・・、pK )において、
Satisfy A certain threshold value (hereinafter referred to as a frequency threshold value) T (0 <T ≦ M) is prepared. For a set of values (p 1 , p 2 , ..., P K ),

【0049】[0049]

【数5】 (Equation 5)

【0050】を満たす、変数の組(xj1、xj2、・・
・、xjK)が存在するとき、xj1、x j2、・・・、xjK
を固定部分に含ませる。別の手法として、ある値の組
(p1 、p2 、・・・pK )において、 Fp1p2、・・・pK(xj1、xj2、・・・、xjK)≧T を満たす変数の組(xj1、xj2、・・・、xjK)が存在
するとき、xj1、xj2、・・・、xjKを固定部分に含ま
せるようにしてもよい。
A set of variables (xj1, Xj2, ...
., XjK) Exists, xj1, X j2, ..., xjK
Is included in the fixed part. Alternatively, you can use a set of values
(P1, P2・ ・ ・ PK), Fp1,p2...pK(Xj1, Xj2, ..., xjK) ≧ T satisfying a set of variables (xj1, Xj2, ..., xjK)exist
When you do xj1, Xj2, ..., xjKIncluded in the fixed part
You may make it do.

【0051】更に他の手法として、KとTをそれぞれ1
種類ずつに限定せずに、それぞれ複数種類用意し、それ
らを用いてそれぞれ上記の計算法で求めた固定部分を組
み合わせて、例えば集合和を求めて、それを固定部分と
することも可能である。
As another method, K and T are set to 1
It is also possible to prepare a plurality of types without being limited to each type, and to combine them with the fixed parts obtained by the above-mentioned calculation method, for example, to obtain a set sum and use it as the fixed part. .

【0052】適応度演算部16は部分集団内で各染色体
の適応度を演算する。即ちナップザック袋に詰めた品物
の価値の総和V({xi })を計算する。このとき大き
さの総和も計算し、ナップザック袋の大きさを越えた染
色体が存在したとき、その適応度をゼロとする。
The fitness calculator 16 calculates the fitness of each chromosome in the subpopulation. That is, the sum V ({x i }) of the values of the items packed in the knapsack bag is calculated. At this time, the total sum of the sizes is also calculated, and when there is a chromosome that exceeds the size of the knapsack bag, the fitness is set to zero.

【0053】例えば図6(A)に示す染色体〜に対
して適応度及び大きさの総和を求める。この例では、ナ
ップザック袋の大きさS=100を越える染色体はない
が、あればその染色体の適応度はゼロとなる。
For example, the sum of fitness and size is calculated for the chromosomes shown in FIG. In this example, there is no chromosome that exceeds the size of the knapsack bag S = 100, but the fitness of that chromosome is zero.

【0054】選択演算部17は部分集団内の各染色体の
うち適応度の高いものを残し、適応度の低いものを削除
する。この削除したとき、必要ならば適応度の高いもの
を同じ部分集団内に複製する。このとき、ルーレット・
ホイール選択により確率を定めて残存消去の選択を行う
ことができる。染色体kの適応度をHk とすると、染色
体kの残存を、 確率=Hk /(H1 +H2 +・・・+HN ) で選択する。
The selection calculator 17 leaves the chromosomes with high fitness among the chromosomes in the subpopulation and deletes those with low fitness. When this deletion is performed, a highly adaptable one is duplicated in the same subgroup if necessary. At this time, roulette
By selecting the wheel, the probability can be determined and the selection of residual elimination can be performed. If the fitness of the chromosome k is H k , the survival of the chromosome k is selected by probability = H k / (H 1 + H 2 + ... + H N ).

【0055】図6(A)の例では、同(B)に示す如
く、各染色体の適応度の総和が487であるので、これ
ら6個の染色体をそれぞれ確率72/487、86/4
87、116/487、73/487、49/487、
91/487で総数6個になるまで、重複を許して選択
する。その結果選択操作によって、図6(C)に示す如
き染色体が選択される。
In the example of FIG. 6 (A), as shown in FIG. 6 (B), the sum of fitness of each chromosome is 487, so that these six chromosomes have a probability of 72/487 and 86/4, respectively.
87, 116/487, 73/487, 49/487,
It is allowed to be duplicated and selected until it becomes a total of 6 in 91/487. As a result, the chromosome as shown in FIG. 6C is selected by the selection operation.

【0056】なお、図1(B)における評価・選択部4
は、前記適応度演算部16と選択演算部17で構成され
る。交叉演算部18は、選択された染色体に更に交叉操
作を施すものである。まず前記図6(C)に示す6個の
染色体に対してランダムに2個ずつペアを組み合わせ、
図7に示すペアP1 、P2 、P3 を得る。このペアP1
〜P3 について、予め与えられる交叉確率で、ペア毎に
交叉させるかさせないかを決める。この場合、ペアP1
とP2 については交叉を行わず、ペアP3 に対して交叉
を行う。交叉には一様交叉と部分固定有りの一様交叉が
あるが、本発明では前記の如く、染色体の相関関係に基
づき固定部分を算出するので、後者の部分固定有りの一
様交叉に基づき交叉を行う。
The evaluation / selection unit 4 in FIG.
Is composed of the fitness calculator 16 and the selection calculator 17. The crossover calculation unit 18 further performs a crossover operation on the selected chromosome. First, two pairs are randomly combined for each of the six chromosomes shown in FIG.
The pair P 1 , P 2 , P 3 shown in FIG. 7 is obtained. This pair P 1
About P 3 , a crossover probability given in advance determines whether or not to cross each pair. In this case, the pair P 1
And P 2 are not crossed, but the pair P 3 is crossed. There are uniform crossover and uniform crossover with partial fixation in the crossover, but in the present invention, since the fixed part is calculated based on the correlation of the chromosomes as described above, the latter crossover is based on the uniform crossover with partial fixation. I do.

【0057】一様交叉は、染色体を構成する各ビットを
等確率で「0」または「1」を選んでそれらを並べた入
れ換えビット列を用意する。例えば図7(B)を用意す
る。染色体AとBとの、部分固定のない一様交叉とは、
入れ換えビット列の対応するビットが「1」ならば染色
体AとBとでビットを入れ換え、「0」ならばそのまま
にすることを指すものである。
For uniform crossover, "0" or "1" is selected with equal probability for each bit forming a chromosome, and a replacement bit string is prepared by arranging them. For example, FIG. 7B is prepared. Uniform crossover between chromosomes A and B without partial fixation is
If the corresponding bit of the exchanged bit string is "1", it means that the bits are exchanged between the chromosomes A and B, and if it is "0", it remains as it is.

【0058】例えば図7(C)に示す如き染色体AとB
について、前記図7(B)に示す入れ換えビット列に基
づき一様交叉を行うとき、+マークのビットにおいて入
れ換えが行われ、交叉後は染色体A′、B′となる。
For example, as shown in FIG. 7C, chromosomes A and B
7), when uniform crossover is performed based on the exchanged bit string shown in FIG. 7B, the + -marked bits are exchanged, and after crossover, the chromosomes A ′ and B ′ are obtained.

【0059】ところで部分固定有りの一様交叉は、固定
位置が入れ換えビット列の「1」の部分にすべて入らな
いように、固定位置に対応する入れ換えビットが必ず
「0」になる、入れ換えビット列を用意する。ビットの
入れ換えは部分固定なしと同じように行う。
By the way, in the uniform crossover with partial fixation, a replacement bit string in which the replacement bit corresponding to the fixed position is always "0" is prepared so that the fixed position does not enter all the "1" parts of the replacement bit string. To do. Bit replacement is performed in the same way as without partial fixing.

【0060】例えば固定部分が図7(D)に示すもので
あるとき、図7(E)のに示す入れ換えビット列は、
固定位置に対応する部分が「0」であるので要件を満た
すが、図7(E)のに示す入れ換えビット列は左から
2番目の部分が「0」でないので要件を満たしていな
い。
For example, when the fixed part is as shown in FIG. 7 (D), the replacement bit string shown in (E) of FIG.
The portion corresponding to the fixed position is “0”, so the requirement is satisfied, but the replacement bit string shown in (E) of FIG. 7 does not satisfy the requirement because the second portion from the left is not “0”.

【0061】入れ換えビット列が図7(E)であっ
て、染色体AとBが図7(F)に示すものであるとき、
+マークのビットで入れ換えが起こるので、部分固定有
りの一様交叉による交叉後は、図7(F)のA′、B′
に示す如きものとなる。
When the exchange bit string is as shown in FIG. 7 (E) and the chromosomes A and B are as shown in FIG. 7 (F),
Since the bit of the + mark is exchanged, after the crossover by the uniform crossover with the partial fixation, A ′ and B ′ of FIG.
It becomes as shown in.

【0062】従って、選択演算部17において、前記図
6(C)に示す如き選択後の各染色体について前記図7
(A)に示す染色体の各ペアにおいて、交叉演算部18
は、予め与えられた交叉確率により部分固定有りの一様
交叉を施す。この結果、図7(A)に示すペアP3 で交
叉が起き、その入れ換えビット列が図7(E)であっ
たとき、図8(A)に示す如く、ペアP3 の+マークの
ビットで入れ換えが起こり、ペアP3 ′が得られる。そ
の結果、この交叉後の部分集団は、図8(B)に示す如
きものとなる。なお確率により複数のペアでこの入れ換
えが行われるとき、入れ換えビット列は、各ペア毎に違
うものを用意する。
Therefore, in the selection calculation unit 17, the selected chromosomes shown in FIG.
In each pair of chromosomes shown in FIG.
Performs uniform crossover with partial fixing according to a predetermined crossover probability. As a result, it occurs crossover pair P 3 shown in FIG. 7 (A), when the replacement bit string is a view 7 (E), as shown in FIG. 8 (A), a bit of + marks pair P 3 Swapping occurs and the pair P 3 ′ is obtained. As a result, the subgroup after the crossover becomes as shown in FIG. When this replacement is performed in a plurality of pairs by probability, different replacement bit strings are prepared for each pair.

【0063】突然変異演算部19は、染色体について予
め与えられた突然変異確率でビット反転を行う。ただし
固定部分はビット反転させない。例えば図8(B)に示
す部分集団の第4行目の染色体の第6番目のビットに突
然変異が起きたとき、その変異後は図8(C)に示すも
のとなる。
The mutation calculator 19 performs bit inversion with a mutation probability given in advance for the chromosome. However, the fixed part is not bit-inverted. For example, when a mutation occurs in the 6th bit of the chromosome in the 4th row of the subpopulation shown in FIG. 8B, the mutation results in that shown in FIG. 8C.

【0064】局所改善演算部20は、予め与えられた確
率で、前記突然変異演算部19で説明したビット反転を
複数回繰り返し行うものである。このとき適応度が高く
なるときにのみ反転させ、反転させても適応度が高くな
らないときは、反転させなかったものとする。
The local improvement calculation unit 20 repeats the bit inversion described in the mutation calculation unit 19 a plurality of times with a given probability. At this time, the fitness is inverted only when the fitness increases, and when the fitness does not increase even when the fitness is reversed, the reversal is not performed.

【0065】部分解固定変更部21は、図9(A)に示
す如く、自己の部分集団最適化部13−1の最良染色体
と隣接の部分集団最適化部13−2、13−3、13−
4、13−5の最良染色体とを比較して、自部分集団最
適化部13−1における固定部分を変更するものであ
る。
As shown in FIG. 9A, the partial decomposition fixing changing unit 21 has the best chromosome of its own subpopulation optimizing unit 13-1 and the subpopulation optimizing units 13-2, 13-3, 13 adjacent thereto. −
4 and 13-5 are compared with the best chromosome to change the fixed part in the own subpopulation optimizing unit 13-1.

【0066】即ち、ある世代で、自部分集団最適化部1
3−1が固定部分を更新するとする。この時点で、この
部分集団最適化部13−1が保持するものが、図9
(B)に示す6個の染色体であり、その固定部分が図9
(C)に示すものであり、隣接の部分集団最適化部13
−2、13−3、13−4、13−5からの各適応度の
もっとも高い染色体つまり最良染色体が、それぞれ図9
(D)であったとする。
That is, in a certain generation, the local sub-group optimization unit 1
It is assumed that 3-1 updates the fixed part. At this point, what is held by the sub-group optimization unit 13-1 is as shown in FIG.
The six chromosomes shown in (B), the fixed part of which is shown in FIG.
As shown in (C), the adjacent sub-group optimization unit 13
-2, 13-3, 13-4, 13-5, the highest fitness chromosome, that is, the best chromosome, is shown in FIG.
(D).

【0067】各部分集団最適化部13−1、13−2、
13−3、13−4、13−5・・・には、図示省略し
た比較部が設けられており、これらを前記部分集団交信
部12により、正方格子トーラス接続し、隣接部分集団
の染色体の適応度が検知できるように構成されている。
Each subgroup optimization unit 13-1, 13-2,
13-3, 13-4, 13-5, etc. are provided with comparison units not shown, and these are connected to a square lattice torus by the subgroup communication unit 12 to connect the chromosomes of adjacent subgroups. It is configured so that the fitness can be detected.

【0068】図9(A)に示す例では、部分集団最適化
部13−1に保持される染色体を自部分集団の染色体と
するとき、隣接の部分集団最適化部13−2、13−
3、13−4、13−5に保持される染色体をそれぞれ
東、西、南、北の染色体という。そして次の処理を行
う。
In the example shown in FIG. 9A, when the chromosome held in the subpopulation optimizing unit 13-1 is used as the chromosome of its own subpopulation, the adjacent subpopulation optimizing units 13-2, 13-
The chromosomes held at 3, 13-4 and 13-5 are called east, west, south and north chromosomes, respectively. Then, the following processing is performed.

【0069】先ず自部分集団の、適応度がもっとも高い
染色体である最良染色体の持つ適応度と、各隣接部分集
団の最良染色体の持つ適応度とを比較する。これにより
次の3つの場合を考える。
First, the fitness of the best chromosome, which is the highest fitness chromosome of the subpopulation, is compared with the fitness of the best chromosome of each adjacent subpopulation. This considers the following three cases.

【0070】自部分集団の最良染色体が隣接部分集団
のどれよりも良いとき、つまり自部分集団の最良染色体
の適応度が隣接部分集団の各最良染色体の適応度のどれ
よりも高いとき。
When the best chromosome of the own subpopulation is better than any of the adjacent subpopulations, that is, when the fitness of the best chromosome of the own subpopulation is higher than that of each of the best chromosomes of the adjacent subpopulation.

【0071】自部分集団の最良染色体が隣接部分集団
のどれよりも悪いとき、つまり自部分集団の最良染色体
の適応度が隣接部分集団の各最良染色体の適応度のどれ
よりも低いとき。
When the best chromosome of the own subpopulation is worse than any of the adjacent subpopulations, that is, when the fitness of the best chromosome of the own subpopulation is lower than that of each of the best chromosomes of the adjacent subpopulation.

【0072】前記、のいずれでもないとき。それ
ぞれのケースにおいて、固定部分の変更の仕方が異な
る。以下に各ケースについて説明する。
When neither of the above is true. The method of changing the fixed part is different in each case. Each case will be described below.

【0073】自部分集団の最良染色体が、隣接部分集
団の各最良染色体のどれよりも良い場合には、図9
(B)に示す現部分集団の染色体について、前記図5に
おいて初期固定部分を演算したものと同じ手順で新しい
固定部分を演算する。まず図10(A)に示す如く、頻
度表を求める。
If the best chromosome of the own subpopulation is better than any of the best chromosomes of the adjacent subpopulations, then FIG.
For the chromosomes of the current subpopulation shown in (B), a new fixed part is calculated by the same procedure as that for calculating the initial fixed part in FIG. First, as shown in FIG. 10A, a frequency table is obtained.

【0074】そして頻度しきい値を6として F11(i、j)+F00(i、j)≧6 またはF10(i、j)+F01(i、j)≧6 となる(i、j)を探す。これにより、図10(A)の
頻度表から(3、7)、(5、9)が検出される。これ
らの位置3、5、7、9を固定位置とし、それらの値
を、F11(i、j)又はF00(i、j)、F10
(i、j)又はF01(i、j)の大きい方の値を選
ぶ。同じときはランダムに選ぶ。これにより図10
(B)に示す如きビット位置に固定部分「0」、「1」
を持つ新しい固定部分が得られる。なお図10(B)に
おいて?は非固定を表わす。
Then, with the frequency threshold value as 6, a search is made for (i, j) such that F11 (i, j) + F00 (i, j) ≧ 6 or F10 (i, j) + F01 (i, j) ≧ 6. As a result, (3, 7) and (5, 9) are detected from the frequency table of FIG. These positions 3, 5, 7, 9 are fixed positions, and their values are F11 (i, j) or F00 (i, j), F10.
Select the larger value of (i, j) or F01 (i, j). If they are the same, select randomly. As a result, FIG.
Fixed parts "0" and "1" at bit positions as shown in (B)
A new fixed part with is obtained. Note that in FIG. 10 (B)? Indicates non-fixed.

【0075】部分集団の染色体自体については変更はな
い。なお、部分群の大きさ、頻度しきい値は世代毎に異
なってもい。また既に固定部分の割合が非固定部分より
もある一定値以上であったときは、固定部分を再度計算
しない。
There are no changes to the subpopulation chromosomes themselves. The size of the subgroup and the frequency threshold may be different for each generation. If the ratio of the fixed part is already a certain value or more than the non-fixed part, the fixed part is not calculated again.

【0076】自部分集団の最良染色体が、隣接部分集
団のどれよりも悪い場合には、図9(D)に示す、隣接
部分集団の最良染色体をあたかも1つの部分集団とみな
して、初期固定部分を演算したものと同じ手順で新しい
固定部分を演算する。まず図11(A)に示す如く、頻
度表を求める。
When the best chromosome of the own subpopulation is worse than any of the adjacent subpopulations, the best chromosome of the adjacent subpopulation shown in FIG. 9 (D) is regarded as one subpopulation, and the initial fixed portion is obtained. Compute a new fixed part using the same procedure as that for computing. First, as shown in FIG. 11A, a frequency table is obtained.

【0077】そして頻度しきい値を4として、 F11(i、j)+F00(i、j)≧4 またはF10(i、j)+F01(i、j)≧4 となる(i、j)を探す。これにより図11(A)の頻
度表から(2、5)、(2、7)、(3、9)、(5、
7)が検出される。これらの位置2、3、5、7、9を
固定位置とし、それらの値は、F11(i、j)または
F00(i、j)、F10(i、j)またはF01
(i、j)の大きい方の値を選ぶ。同じときはランダム
に選ぶ。これにより図11(B)に示す如きビット位置
に固定部分「0」、「1」をもつ新しい固定部分が得ら
れる。なお図11(B)において?は非固定を表す。そ
れから、後述する部分固定解生成部22により、図11
(C)に示す自部分集団を構成する。
Then, with the frequency threshold value set to 4, a search is made for (i, j) such that F11 (i, j) + F00 (i, j) ≧ 4 or F10 (i, j) + F01 (i, j) ≧ 4. . Thereby, from the frequency table of FIG. 11A, (2, 5), (2, 7), (3, 9), (5,
7) is detected. These positions 2, 3, 5, 7, 9 are fixed positions, and their values are F11 (i, j) or F00 (i, j), F10 (i, j) or F01.
Select the larger value of (i, j). If they are the same, select randomly. As a result, a new fixed part having fixed parts "0" and "1" at the bit position as shown in FIG. 11B is obtained. Note that in FIG. 11B? Indicates non-fixed. Then, the partial fixed solution generation unit 22 described later
It constitutes its own subgroup shown in (C).

【0078】なお、部分群の大きさ、頻度しきい値は世
代毎に異なってもよい。 前記、のいずれでもない場合、例えば東の最良染
色体「0011100101」が自部分集団の最良染色
体よりも良いとき、これと図9(C)で示す如き自部分
集団の固定部分を比較する。即ち、 「東」染色体 0011100101 固定部分 ??0???1??? を比較する。そして矛盾する固定部分を除く。
The size of the subgroup and the frequency threshold may be different for each generation. When neither of the above is true, for example, when the eastern best chromosome “0011100101” is better than the best chromosome of the own subpopulation, this is compared with the fixed part of the own subpopulation as shown in FIG. 9C. That is, the "east" chromosome 0011100101 fixed part? ? 0? ? ? 1? ? ? Compare. And the fixed part which contradicts is excluded.

【0079】この例では、固定部分の3ビット目と7ビ
ット目の2箇所とも自部分集団の染色体よりも良い
「東」染色体と異なるので、この矛盾する固定部分を除
き、新しい、固定部分を下記の通りオール?となる。
In this example, both the 3rd bit and the 7th bit of the fixed part differ from the "east" chromosome, which is better than the chromosome of the own subpopulation, so this contradictory fixed part is removed and a new fixed part is created. All as below? Becomes

【0080】新しい固定部分 ?????????? 部分集団の染色体自体については変更はない。部分固定
解生成部22は、前記の如く、隣接部分集団の最良染
色体の共通部分を演算することにより得られた新しい固
定部分を含む染色体をランダム生成して自部分集団を再
構成するものである。前記の例では、部分解固定変更
部21から、図11(B)に示す新しい固定部分が伝達
されたとき、図9(D)に示す「東」、「西」、
「北」、「南」の各最良染色体に加えて、部分集団の大
きさが元の大きさになるように、この新しい固定部分を
必ず含む染色体をランダムに2つ生成して、図11
(C)に示す新しい自部分集団を構成する。
New fixed part? ? ? ? ? ? ? ? ? ? There are no changes to the subpopulation chromosomes themselves. As described above, the partial fixed solution generator 22 randomly generates a chromosome containing a new fixed part obtained by calculating the common part of the best chromosomes of the adjacent partial groups, and reconstructs its own partial group. . In the above example, when the new fixed part shown in FIG. 11 (B) is transmitted from the partial disassembly / fixing / changing part 21, “East”, “West” shown in FIG. 9 (D),
In addition to the best chromosomes of “north” and “south”, two chromosomes that always include this new fixed part are randomly generated so that the size of the subpopulation becomes the original size.
The new own subgroup shown in (C) is constructed.

【0081】なお、前記説明では、隣接部分集団とし
て、東、西、北、南の4つを使用した例について説明し
たが、隣接部分集団はこれに限定されるものではなく、
2個でもあるいは5個以上でも適宜設定できるものであ
る。
In the above description, an example in which four adjacent subgroups, east, west, north, and south, are used has been described, but the adjacent subgroups are not limited to this.
Two or five or more can be set as appropriate.

【0082】本発明の動作を図4に示すフローチャート
に基づき以下のステップにより説明する。 S1.最初に、集団制御部10に対し、例えばナップザ
ック問題の解生成の場合には、データとして品物の個数
Nと各品物の大きさ、価値、ナップザック袋の大きさを
入力する。例えば図1(A)に示す如く、10個の品物
の大きさ、価値、ナップザック袋の大きさを100等を
入力する。またパラメータとして部分集団あたりの染色
体の数(前記の例では6)、固定部分変更世代数(例え
ば10世代毎1、交叉確率、突然変異率、局所改善率、
選択確率等を入力する。これらのデータ、パラメータは
部分集団最適化部13−1、13−2・・・、初期集団
生成部11に入力される。
The operation of the present invention will be described by the following steps based on the flowchart shown in FIG. S1. First, for example, when a solution of a knapsack problem is generated, the number N of items, the size and value of each item, and the size of a knapsack bag are input as data to the group control unit 10. For example, as shown in FIG. 1 (A), the size and value of 10 items, the size of a knapsack bag, such as 100, are input. Also, as parameters, the number of chromosomes per subpopulation (6 in the above example), the number of fixed partial change generations (eg, every 10th generation, crossover probability, mutation rate, local improvement rate,
Enter the selection probability. These data and parameters are input to the subpopulation optimizing units 13-1, 13-2, ..., And the initial population generation unit 11.

【0083】いま部分集団最適化部の数を5個としたと
き、初期集団生成部11は、1部分集団最適化部あたり
6個の染色体、即ち全体で6×5=30個の染色体を例
えば乱数生成器を用いて作成する。そしてこの作成した
染色体を、部分集団交信部12を経由して部分集団最適
化部13−1、13−2・・・に6個ずつ分配する。こ
のようにして例えば部分集団最適化部13−1には、図
5(A)に示す如き、染色体が受信される。このように
して初期染色体集団が生成される。
Now, assuming that the number of sub-population optimizing units is 5, the initial-population generating unit 11 has 6 chromosomes per sub-population optimizing unit, that is, 6 × 5 = 30 chromosomes in total, for example. Create using a random number generator. Then, the created chromosomes are distributed to the sub-group optimization units 13-1, 13-2, ... In this way, for example, the subpopulation optimizing unit 13-1 receives the chromosome as shown in FIG. In this way, the initial chromosome population is generated.

【0084】S2.部分集団最適化部13−1、13−
2・・・では、図3に示す如く、部分解固定計算部15
が、この6個の染色体に基づき部分集団の染色体の頻度
算出を行い、これに基づき固定部分を計算する。このた
め、初めに、図5(B)に示す如く、頻度表を作成す
る。そしてそのF11(i、j)+F00(i、j)ま
たはF10(i、j)+F01(i、j)がしきい値例
えば6以上の(i、j)を探し、(2、7)、(5、1
0)を検出し、前記の如く、図5(C)に示す如く、ビ
ット位置の2、5、7、10番目のものを「1」、
「0」に固定した固定部分を算出する。
S2. Subgroup optimization units 13-1, 13-
In 2 ..., as shown in FIG.
Calculates the frequency of the chromosomes of the subpopulation based on these 6 chromosomes, and calculates the fixed portion based on this. Therefore, first, a frequency table is created as shown in FIG. Then, search for (i, j) whose F11 (i, j) + F00 (i, j) or F10 (i, j) + F01 (i, j) is, for example, 6 or more, and search for (2,7), ( 5, 1
0) is detected, and as described above, as shown in FIG. 5 (C), the second, fifth, seventh and tenth bit positions are “1”,
The fixed part fixed at "0" is calculated.

【0085】S3.このようにして固定部分を求めたあ
と、各部分集団で染色体集団の評価、選択、交叉、変異
等を行い、次世代集団を求める。例えば図6(A)に示
す染色体〜の適応度の計算を適応度演算部16で行
い、選択演算部17で例えばルーレット・ホイール選択
により残存消去選択し、交叉演算部18により、前記図
7、図8(A)に説明した如き交叉演算を行い、突然変
異演算部19により、ある確率に基づき図8(C)
(D)に説明した如き突然変異を行う。そして局所改善
演算部20により、ある確率に応じて反転の繰り返しを
行う。このようにして次世代の染色体の部分集団を得
る。即ち初期染色体集団に対しこれを1回行えば第2世
代の部分集団となり、2回行えば第3世代の部分集団と
なる。
S3. After obtaining the fixed portion in this way, the next-generation population is obtained by performing evaluation, selection, crossover, mutation, etc. of the chromosome population in each subpopulation. For example, the fitness calculation unit 16 calculates the fitness of the chromosomes shown in FIG. 6A, the selection calculation unit 17 selects residual elimination by, for example, roulette wheel selection, and the crossover calculation unit 18 performs the calculation of FIG. The crossover operation as described with reference to FIG. 8A is performed, and the mutation operation unit 19 performs the operation shown in FIG.
Mutation is performed as described in (D). Then, the local improvement calculation unit 20 repeats the inversion according to a certain probability. In this way, a next-generation subpopulation of chromosomes is obtained. That is, if this is performed once for the initial chromosome population, it becomes a second-generation subpopulation, and if it is performed twice, it becomes a third-generation subpopulation.

【0086】S4.部分集団制御部14は、前記(3)
を行う毎に、更に改善が進むと判断したとき、終了と判
定せず前記(3)の反復を行う。 S5.そしてこの反復を、予めパラメータにより定めら
れた回数、例えば10回行ったとき、隣接部分集団と中
間結果を交換する。例えば図9に示す如く、自部分集団
最適化部13−1では、隣接部分集団最適化部13−
2、13−3、13−4、13−5から、部分集団交信
部12を経由してそれぞれの部分集団の最良染色体を受
信する。
S4. The sub-group control unit 14 uses the above (3)
When it is determined that the improvement will be further advanced each time, the above (3) is repeated without determining the end. S5. Then, when this iteration is repeated a predetermined number of times, for example, 10 times, the intermediate result is exchanged with the adjacent subgroup. For example, as shown in FIG. 9, in the own subpopulation optimization unit 13-1, the adjacent subpopulation optimization unit 13-
The best chromosome of each subgroup is received from 2, 13-3, 13-4, 13-5 via the subgroup communication unit 12.

【0087】例えば、「東」、「西」、「北」、「南」
の隣接部分集団の最良染色体が伝達されたとき、自部分
集団最適化部13−1ではこれらの最良染色体の適応度
を計算する。勿論適応度を一緒に伝達してもよい。そし
てこれらの隣接部分集団の最良染色体が自部分集団の最
良染色体より良いか悪いか比較する。
For example, "East", "West", "North", "South"
When the best chromosomes of the adjacent sub-populations are transmitted, the local sub-population optimization unit 13-1 calculates the fitness of these best chromosomes. Of course, the fitness may be transmitted together. The best chromosomes of these adjacent subpopulations are then compared for better or worse than the best chromosomes of their subpopulation.

【0088】S6.この比較の結果に応じて次の、
、のように固定部分を変更し、または自部分集団を
再編成する。 即ち、自部分集団の最良染色体が、隣接部分集団の最
良染色体のどれよりも良いとき、前記の如く、自部分
集団内の固定部分を再度計算し、それを固定部分とす
る。この場合、部分群の大きさ、頻度しきい値は前記S
2と同じでなくてもよい。世代毎に異なっていてもよ
い。ただし既に固定部分の割合が非固定部分よりも、予
め定められたある一定値以上であったときは、固定部分
を再度計算しない。
S6. Depending on the result of this comparison,
, Or change the fixed part or reorganize the own subgroup. That is, when the best chromosome of the own subpopulation is better than any of the best chromosomes of the adjacent subpopulations, the fixed part in the own subpopulation is recalculated as described above, and the fixed part is set as the fixed part. In this case, the size of the subgroup and the frequency threshold are S
It does not have to be the same as 2. It may be different for each generation. However, when the ratio of the fixed portion is already higher than a certain fixed value than the non-fixed portion, the fixed portion is not calculated again.

【0089】もし自部分集団の最良染色体が隣接部分
集団の最良染色体のどれよりも悪いとき、隣接部分集団
の最良染色体を集めてきて、それをあたかも1つの部分
集団とみなして、前記の如く、固定部分を計算する。
この場合、部分群の大きさ、頻度しきい値は前記S2と
同じでなくてもよく、世代毎に異なってもよい。次い
で、その固定部分を含む染色体をランダムに生成して、
これと隣接部分集団の最良染色体を必ず含ませた、図1
1(C)に示す如き、自部分集団を再度構成する。
If the best chromosome of the own subpopulation is worse than any of the best chromosomes of the adjacent subpopulations, the best chromosomes of the adjacent subpopulations are collected and regarded as one subpopulation. Calculate the fixed part.
In this case, the size of the subgroup and the frequency threshold do not have to be the same as S2, and may differ for each generation. Then, randomly generate a chromosome containing the fixed part,
This and the best chromosomes of adjacent subpopulations must be included, as shown in Figure 1.
As shown in 1 (C), the own subgroup is reconstructed.

【0090】前記、のいずれでもないとき、前記
の如く、自部分集団の最良染色体よりも良い隣接部分
集団の最良染色体と自部分集団の固定部分とを比較し
て、矛盾する固定部分をはずす。このとき自部分集団に
隣接部分集団の最良染色体を含ませてもよい。
If neither of the above is true, as described above, the best chromosome of the adjacent subpopulation that is better than the best chromosome of its own subpopulation is compared with the fixed portion of its own subpopulation, and the inconsistent fixed portion is removed. At this time, the own subpopulation may include the best chromosome of the adjacent subpopulation.

【0091】例えば、固定部分のあるビットの値が
「0」で、隣接部分集団の最良染色体の対応する位置の
ビットの値が「1」ならば、その「0」のビットを固定
部分から除く。
For example, if the value of a certain bit of the fixed part is "0" and the value of the bit at the corresponding position of the best chromosome of the adjacent subpopulation is "1", the bit of "0" is excluded from the fixed part. .

【0092】S7.各部分集団最適化部のそれぞれで、
前記ステップS3と同じ処理を行う。このようなことを
終了条件が満たされるまで繰り返す。そしてこれ以上改
善が進まないと判断された時点で終了する。そしてその
ときの染色体が集団制御部10から演算結果として出力
される。
S7. In each of the subgroup optimization units,
The same processing as in step S3 is performed. This is repeated until the termination condition is satisfied. The process ends when it is determined that further improvement cannot be made. Then, the chromosome at that time is output from the group control unit 10 as a calculation result.

【0093】このような構成により、以下のナップザッ
ク問題について、図14に示す結果が得られた。使用し
たナップザック問題は、品物数=900、品物の大きさ
は1から1000までの整数値で、その価値は1から1
000までの整数値とした。疑似一様乱数を用いて、こ
れらの値を与えた。大きさが大きいほど、価値も大きい
としている。大きさと価値の標本相関係数=0.97で
ある。ナップザックの大きさ(上限)=200000で
ある。
With such a configuration, the results shown in FIG. 14 were obtained for the following knapsack problem. The knapsack problem used is the number of items = 900, the size of the item is an integer value from 1 to 1000, and its value is 1 to 1
It was an integer value up to 000. These values were given using pseudo-uniform random numbers. The larger the size, the greater the value. The sample correlation coefficient of size and value = 0.97. Knapsack size (upper limit) = 200000.

【0094】遺伝アルゴリズムの、選択法はルーレット
(roulette wheel)選択、交叉法は非固定GAでは一様
交叉を使用し、部分固定GAでは部分固定有りの一様交
叉を用い、突然変異はビット反転を用い、局所改善は使
用していない。遺伝アルゴリズムのパラメータ値は、部
分集団数64(=8×8)、部分集団内の染色体数40
(総染色体数2560)、固定部分変更20世代毎、交
叉確率0.6、突然変異率0.001。なおこれらは最
良のパラメータ値の組合わせではない。
In the genetic algorithm, the selection method is roulette wheel selection, the crossover method is uniform crossover in non-fixed GA, the uniform crossover with partial fixed GA is used, and the mutation is bit inversion. And no local improvement was used. The parameter value of the genetic algorithm is 64 (= 8 × 8), and 40 chromosomes in the subgroup.
(Total number of chromosomes: 2560), fixed part change every 20 generations, crossover probability 0.6, mutation rate 0.001. Note that these are not the best combination of parameter values.

【0095】シミュレーションは、第8000世代まで
実施した。比較のため、解の部分固定を行わないが、部
分集団に分ける並列遺伝アルゴリズムの場合も同様にシ
ミュレーションした。
The simulation was carried out up to the 8000th generation. For comparison, the solution was not partially fixed, but a parallel genetic algorithm in which the solution was divided into subgroups was also simulated.

【0096】図14は解を見つけた世代数を比較してい
る。第0世代目での最良値(解)は201346で、解
220000は、それぞれ、第484、306世代目
に、解225500は、それぞれ、第7673、128
9世代目に見つけている。これらの世代数の比(加速の
割合)は、1.6、6.0であった。部分固定を行うこ
とにより、探索時間が短縮された即ち、より最適な解を
見つけるのに必要な世代数が減ったことを示している。
FIG. 14 compares the number of generations for which a solution was found. The best value (solution) in the 0th generation is 201346, the solution 220,000 is the 484th and 306th generations, and the solution 225500 is the 7673rd and 128th, respectively.
I have found it in the 9th generation. The ratio of the number of generations (rate of acceleration) was 1.6 and 6.0. By performing partial fixing, it is shown that the search time is shortened, that is, the number of generations required to find a more optimal solution is reduced.

【0097】このように部分固定を行うことにより、よ
り最適な解を見つけるのに必要な世代数が減少するこ
と、つまり探索時間が短縮されることがわかる。本発明
の第2実施例を図12及び図13に基づき説明する。図
12、図13において、30は集団制御部、31は部分
集団交信部、32、32−1〜32−mは部分集団最適
化部、33は部分集団制御部、34は部分解固定計算
部、35は解生成部、36は適応度演算部、37は選択
演算部、38は交叉演算部、39は突然変異演算部、4
0は局所改善演算部、41は部分解固定変更部、42は
部分固定解生成部、43は部分集団記憶部である。
It can be seen that by performing partial fixing in this way, the number of generations required to find a more optimal solution is reduced, that is, the search time is shortened. A second embodiment of the present invention will be described based on FIGS. 12 and 13. 12 and 13, 30 is a group control unit, 31 is a subgroup communication unit, 32, 32-1 to 32-m are subgroup optimization units, 33 is a subgroup control unit, and 34 is a partial decomposition fixed calculation unit. , 35 is a solution generator, 36 is a fitness calculator, 37 is a selection calculator, 38 is a crossover calculator, 39 is a mutation calculator, 4
Reference numeral 0 is a local improvement calculation unit, 41 is a partial decomposition fixed change unit, 42 is a partial fixed solution generation unit, and 43 is a partial group storage unit.

【0098】本発明の第1実施例では、集団制御部10
に入力されたデータ、パラメータに基づき、初期集団生
成部11が部分集団最適化部13−1、13−2・・・
に必要な数の染色体を生成して送出していたが、本発明
の第2実施例では、図13の部分集団最適化部32に代
表的に示す如く、解生成部35において集団制御部30
に入力されたデータ、パラメータに基づき、部分集団最
適化部32−1、32−2・・・に必要な数の染色体を
生成するものである。他は同一であるのでその詳細な動
作説明は省略する。
In the first embodiment of the present invention, the collective control unit 10
Based on the data and parameters input to the subgroup optimization unit 13-1, 13-2 ...
Although the required number of chromosomes has been generated and transmitted to the population control unit 30 in the solution generation unit 35 in the second embodiment of the present invention, as representatively shown by the subpopulation optimization unit 32 in FIG.
The number of chromosomes required for the sub-population optimizing units 32-1, 32-2, ... Is generated based on the data and parameters input to. Since the others are the same, detailed description of the operation is omitted.

【0099】なお、集団制御部30は集団制御部10に
対応し、部分集団交信部31は部分集団交信部12に対
応し、部分集団最適化部32、32−1、32−2・・
・は部分集団最適化部13、13−1、13−2・・・
に対応し、部分集団制御部33は部分集団制御部14に
対応し、部分解固定計算部34は部分解固定計算部15
に対応し、適応度演算部36は適応度演算部16に対応
し、選択演算部37は選択演算部17に対応し、交叉演
算部38は交叉演算部18に対応し、突然変異演算部3
9は突然変異演算部19に対応し、局所改善演算部40
は局所改善演算部20に対応し、部分解固定変更部41
は部分解固定変更部21に対応し、部分固定解生成部4
2は部分固定解生成部22に対応し、部分集団記憶部4
3は部分集団記憶部23に対応する。
The group control unit 30 corresponds to the group control unit 10, the subgroup communication unit 31 corresponds to the subgroup communication unit 12, and the subgroup optimization units 32, 32-1, 32-2 ...
· Subgroup optimization units 13, 13-1, 13-2 ...
The partial group control unit 33 corresponds to the partial group control unit 14, and the partial solution fixed calculation unit 34 corresponds to the partial solution fixed calculation unit 15.
The fitness calculation unit 36 corresponds to the fitness calculation unit 16, the selection calculation unit 37 corresponds to the selection calculation unit 17, the crossover calculation unit 38 corresponds to the crossover calculation unit 18, and the mutation calculation unit 3
Reference numeral 9 corresponds to the mutation calculation unit 19, and the local improvement calculation unit 40
Corresponds to the local improvement calculation unit 20, and the partial decomposition fixing change unit 41
Corresponds to the partial decomposition fixed change unit 21, and the partial fixed solution generation unit 4
Reference numeral 2 corresponds to the partial fixed solution generation unit 22, and the partial group storage unit 4
3 corresponds to the partial group storage unit 23.

【0100】本発明の第2実施例では、各部分集団最適
化部32−1、32−2・・・において並列的に初期染
色体集団を生成するので、演算を短時間で行うことがで
きる。
In the second embodiment of the present invention, since the initial chromosome populations are generated in parallel in each of the subpopulation optimizing units 32-1, 32-2, ..., The calculation can be performed in a short time.

【0101】前記説明は、図5(A)、(B)に示す如
く、頻度表を染色体の2ビットの組み合わせ(i、j)
により作成した例について説明したが、本発明はこれに
限定されるものではない。
In the above description, as shown in FIGS. 5 (A) and 5 (B), the frequency table is a combination of 2-bit chromosomes (i, j).
However, the present invention is not limited to this.

【0102】例えば染色体が図15(A)に示す如く与
えられているとき部分群の大きさ(変数の数)K=3の
場合、固定部分を下記の如く求める。これは前記K=2
の拡張として同様に計算できる。便宜上、3個の変数を
i・j・kで表す。前記K=2の場合と同様に下記の頻
度を求める。
For example, when the size of the subgroup (the number of variables) K = 3 when the chromosome is given as shown in FIG. 15 (A), the fixed part is obtained as follows. This is K = 2
Can be calculated similarly as an extension of. For convenience, the three variables are represented by i, j, k. Similar to the case of K = 2, the following frequencies are obtained.

【0103】即ち、頻度 F111(i、j、k)、F
110(i、j、k)、F101(i、j、k)、F1
00(i、j、k)、F011(i、j、k)、F01
0(i、j、k)、F001(i、j、k)、F000
(i、j、k)を求める。
That is, the frequency F111 (i, j, k), F
110 (i, j, k), F101 (i, j, k), F1
00 (i, j, k), F011 (i, j, k), F01
0 (i, j, k), F001 (i, j, k), F000
Find (i, j, k).

【0104】変数が3個なので、頻度表は三次元立体的
な表になるため、前記図5(B)で示すK=2の場合の
ように、二次元平面的な表の形で簡便に記述することが
できないので、ここには具体値を記載しない。
Since there are three variables, the frequency table becomes a three-dimensional three-dimensional table. Therefore, as in the case of K = 2 shown in FIG. Since it cannot be described, no concrete value is described here.

【0105】例えば頻度しきい値を6とした場合、F1
11(i、j、k)+F000(i、j、k)≧6また
はF110(i、j、k)+F001(i、j、k)≧
6またはF101(i、j、k)+F010(i、j、
k)≧6またはF100(i、j、k)+F011
(i、j、k)≧6のどれかが成り立つような(i、
j、k)を探す。
For example, when the frequency threshold value is 6, F1
11 (i, j, k) + F000 (i, j, k) ≧ 6 or F110 (i, j, k) + F001 (i, j, k) ≧
6 or F101 (i, j, k) + F010 (i, j,
k) ≧ 6 or F100 (i, j, k) + F011
Any one of (i, j, k) ≧ 6 holds (i, j
Find j, k).

【0106】この場合は1組存在し、それは(2、7、
9)であった。このときの頻度は、 F111(2、7、9)=0、F110(2、7、9)
=0、F101(2、7、9)=0、F100(2、
7、9)=3 F000(2、7、9)=0、F001(2、7、9)
=0、F010(2、7、9)=0、F011(2、
7、9)=3 であった。
In this case, there is one set, which is (2, 7,
It was 9). The frequencies at this time are: F111 (2,7,9) = 0, F110 (2,7,9)
= 0, F101 (2, 7, 9) = 0, F100 (2,
7,9) = 3 F000 (2,7,9) = 0, F001 (2,7,9)
= 0, F010 (2, 7, 9) = 0, F011 (2,
7, 9) = 3.

【0107】これらの位置2、7、9を固定位置とし、
それらの値は、F100(2、7、9)とF011
(2、7、9)とを比べて、大きい方の値を選ぶ。仮
に、F100(2、7、9)>F011(2、7、9)
ならば、固定部分は図15(B)に示す如きものとな
る。ここで「1」と「0」は固定位置とその値、?は非
固定を表す。この例では同じなので、どちらかをランダ
ムで選んで、例えば固定部分は、図15(C)に示す如
きものとする。
These positions 2, 7, 9 are fixed positions,
Their values are F100 (2, 7, 9) and F011.
Compare (2, 7, 9) with the larger value. Assuming that F100 (2, 7, 9)> F011 (2, 7, 9)
Then, the fixed portion is as shown in FIG. Here, "1" and "0" are fixed positions and their values, and? Indicates non-fixed. Since this example is the same, one of them is randomly selected, and the fixed portion is as shown in FIG. 15C, for example.

【0108】また染色体が図15(D)に示す如く与え
られているとき、部分群の大きさ(変数の数)K=4の
場合では、固定部分を下記の如く求める。便宜上、4個
の変数をi、j、k、lで表す。
Further, when the chromosomes are given as shown in FIG. 15D and the size of the subgroup (the number of variables) K = 4, the fixed part is obtained as follows. For convenience, the four variables are represented by i, j, k, and l.

【0109】まず頻度F1111(i、j、k、l)、
F1110(i、j、k、l)、F1101(i、j、
k、l)、F1100(i、j、k、l)、F0000
(i、j、k、l)、F0001(i、j、k、l)、
F0010(i、j、k、l)、F0011(i、j、
k、l)、F1011(i、j、k、l)、F1010
(i、j、k、l)、F1001(i、j、k、l)、
F1000(i、j、k、l)、F0100(i、j、
k、l)、F0101(i、j、k、l)、F0110
(i、j、k、l)、F0111(i、j、k、l)を
求める。
First, the frequency F1111 (i, j, k, l),
F1110 (i, j, k, l), F1101 (i, j,
k, l), F1100 (i, j, k, l), F0000
(I, j, k, l), F0001 (i, j, k, l),
F0010 (i, j, k, l), F0011 (i, j,
k, l), F1011 (i, j, k, l), F1010
(I, j, k, l), F1001 (i, j, k, l),
F1000 (i, j, k, l), F0100 (i, j,
k, l), F0101 (i, j, k, l), F0110
(I, j, k, l) and F0111 (i, j, k, l) are obtained.

【0110】そして例えば頻度しきい値を5とした場
合、F1111(i、j、k、l)+F0000(i、
j、k、l)≧5またはF1110(i、j、k、l)
+F0001(i、j、k、l)≧5またはF1101
(i、j、k、l)+F0010(i、j、k、l)≧
5またはF1100(i、j、k、l)+F0011
(i、j、k、l)≧5またはF1011(i、j、
k、l)+F0100(i、j、k、l)≧5またはF
1010(i、j、k、l)+F0101(i、j、
k、l)≧5またはF1001(i、j、k、l)+F
0110(i、j、k、l)≧5またはF1000
(i、j、k、l)+F0111(i、j、k、l)≧
5のどれかが成立するような変数組(i、j、k、l)
を探す。
For example, when the frequency threshold value is 5, F1111 (i, j, k, l) + F0000 (i,
j, k, l) ≧ 5 or F1110 (i, j, k, l)
+ F0001 (i, j, k, l) ≧ 5 or F1101
(I, j, k, l) + F0010 (i, j, k, l) ≧
5 or F1100 (i, j, k, l) + F0011
(I, j, k, l) ≧ 5 or F1011 (i, j,
k, l) + F0100 (i, j, k, l) ≧ 5 or F
1010 (i, j, k, l) + F0101 (i, j,
k, l) ≧ 5 or F1001 (i, j, k, l) + F
0110 (i, j, k, l) ≧ 5 or F1000
(I, j, k, l) + F0111 (i, j, k, l) ≧
Variable set (i, j, k, l) such that any of 5 holds
Look for.

【0111】この場合は、1組あって、(2、7、9、
10)であった。 F1111(2、7、9、10)=0、F1110
(2、7、9、10)=0、F1101(2、7、9、
10)=0、F1100(2、7、9、10)=0、F
0000(2、7、9、10)=0、F0001(2、
7、9、10)=0、F0010(2、7、9、10)
=0、F0011(2、7、9、10)=0、F101
1(2、7、9、10)=0、F1010(2、7、
9、10)=0、F1001(2、7、9、10)=
3、F1000(2、7、9、10)=0、F0100
(2、7、9、10)=0、F0101(2、7、9、
10)=0、F0110(2、7、9、10)=2、F
0111(2、7、9、10)=1 これらの位置2、7、9、10を固定位置とし、それら
の値は、F1001(2、7、9、10)とF0110
(2、7、9、10)とを比べて大きい方の値つまりF
1001(2、7、9、10)を選ぶ。
In this case, there is one set of (2, 7, 9,
It was 10). F1111 (2, 7, 9, 10) = 0, F1110
(2, 7, 9, 10) = 0, F1101 (2, 7, 9,
10) = 0, F1100 (2, 7, 9, 10) = 0, F
0000 (2, 7, 9, 10) = 0, F0001 (2,
7, 9, 10) = 0, F0010 (2, 7, 9, 10)
= 0, F0011 (2, 7, 9, 10) = 0, F101
1 (2, 7, 9, 10) = 0, F1010 (2, 7,
9,10) = 0, F1001 (2,7,9,10) =
3, F1000 (2, 7, 9, 10) = 0, F0100
(2, 7, 9, 10) = 0, F0101 (2, 7, 9,
10) = 0, F0110 (2, 7, 9, 10) = 2, F
0111 (2,7,9,10) = 1 These positions 2, 7, 9, 10 are fixed positions, and their values are F1001 (2, 7, 9, 10) and F0110.
(2, 7, 9, 10) compared to the larger value, that is, F
Select 1001 (2, 7, 9, 10).

【0112】これにより固定部分は2、7、9、10の
各ビット位置となり、その値は「1001」となる。即
ち、図15(E)に示す如きものとなる。また同一の染
色体集団を使って固定部分を異なる条件で計算した例を
示す。部分染色体集団が例えば図16(A)の如く、染
色体の総数M=8、各染色体のビット数=10で与えら
れる。
As a result, the fixed portion becomes each bit position of 2, 7, 9, 10 and its value becomes "1001". That is, it becomes as shown in FIG. We also show an example of calculating the fixed part under different conditions using the same chromosome population. For example, as shown in FIG. 16A, the partial chromosome population is given by the total number of chromosomes M = 8 and the number of bits of each chromosome = 10.

【0113】このときに固定部分の計算を、変数の数
K、頻度しきい値Tを下記の条件1)、2)でそれぞれ
求める。 条件1):K=3、 T=6 条件2):K=2、 T=8 条件1) 変数の組(i、j、k)に関して頻度 F111(i、j、k)、F110(i、j、k)、F
101(i、j、k)、F100(i、j、k)、F0
00(i、j、k)、F001(i、j、k)、F01
0(i、j、k)、F011(i、j、k) を求める。そしてF111(i、j、k)+F000
(i、j、k)≧6またはF110(i、j、k)+F
001(i、j、k)≧6またはF101(i、j、
k)+F010(i、j、k)≧6またはF100
(i、j、k)+F011(i、j、k)≧6のいずれ
かを満たす(i、j、k)を探す。
At this time, the fixed part is calculated by the number of variables K and the frequency threshold T under the following conditions 1) and 2). Condition 1): K = 3, T = 6 Condition 2): K = 2, T = 8 Condition 1) Frequency F111 (i, j, k), F110 (i, with respect to a set of variables (i, j, k) j, k), F
101 (i, j, k), F100 (i, j, k), F0
00 (i, j, k), F001 (i, j, k), F01
0 (i, j, k) and F011 (i, j, k) are obtained. And F111 (i, j, k) + F000
(I, j, k) ≧ 6 or F110 (i, j, k) + F
001 (i, j, k) ≧ 6 or F101 (i, j,
k) + F010 (i, j, k) ≧ 6 or F100
Search for (i, j, k) that satisfies any of (i, j, k) + F011 (i, j, k) ≧ 6.

【0114】1組あって、それは(2、4、8)であ
る。 F111(2、4、8)=1、F110(2、4、8)
=3、F101(2、4、8)=0、F100(2、
4、8)=0、F000(2、4、8)=0、F001
(2、4、8)=3、F010(2、4、8)=0、F
011(2、4、8)=1 従って固定位置は2、4、8である。それらの位置の値
は、F110(2、4、8)とF001(2、4、8)
がともに3で同じなので、ランダムにどちらかを選び、
1、1、0となり、固定部分は図16(B)に示す如き
ものとなる。
There is one set, which is (2, 4, 8). F111 (2,4,8) = 1, F110 (2,4,8)
= 3, F101 (2,4,8) = 0, F100 (2,
4, 8) = 0, F000 (2,4,8) = 0, F001
(2, 4, 8) = 3, F010 (2, 4, 8) = 0, F
011 (2, 4, 8) = 1 Therefore, the fixed positions are 2, 4, and 8. The values of those positions are F110 (2, 4, 8) and F001 (2, 4, 8).
Both are the same as 3, so choose one at random,
1, 1, 0, and the fixed part is as shown in FIG. 16 (B).

【0115】条件2) 変数の組(i、j)に関して、頻度F11(i、j)、
F10(i、j)、F01(i、j)、F00(i、
j)を求める。その結果図16(C)に示す頻度表が得
られる。この頻度表の各(i、j)に対応した欄には4
つの値が並べられているが、これは左から順にF11
(i、j)、F10(i、j)、F01(i、j)、F
00(i、j)を示す。
Condition 2) For the set of variables (i, j), the frequency F11 (i, j),
F10 (i, j), F01 (i, j), F00 (i,
j) is calculated. As a result, the frequency table shown in FIG. 16C is obtained. 4 in the column corresponding to each (i, j) in this frequency table
Two values are arranged, but this is F11 in order from the left.
(I, j), F10 (i, j), F01 (i, j), F
00 (i, j) is shown.

【0116】この頻度表より F11(i、j)+F00(i、j)≧8 またはF10(i、j)+F01(i、j)≧8 のどれかを満たす(i、j)を探す。しかしこの場合は
1組も存在しない。従って固定部分は、図16(D)に
示す如き、オール?の、固定値のない非固定部分のみの
ものとなる。
From this frequency table, (i, j) satisfying either F11 (i, j) + F00 (i, j) ≧ 8 or F10 (i, j) + F01 (i, j) ≧ 8 is searched. However, in this case, no set exists. Therefore, the fixed part is all-shaped as shown in FIG. , Only the non-fixed part with no fixed value.

【0117】また本発明では、固定部分の計算のやり方
を、状況変化に応じて変えることができる。遺伝アルゴ
リズムの探索の初期の段階、つまり初期の世代では染色
体集団は一般にかなりばらついているので、固定部分の
計算としては、相対的に緩い条件、例えばK=3、T=
6を用い、その後、例えば100世代後は、染色体集団
のばらつきが減少しているので、相対的に厳しい条件、
例えばK=3、T=8を使用する。一般にKが大きい
程、Tが大きい程、計算で得られる固定部分が小さくな
り、厳しい条件になる。
Further, according to the present invention, the calculation method of the fixed part can be changed according to the situation change. In the initial stage of the search of the genetic algorithm, that is, in the early generations, the chromosome population generally varies considerably. Therefore, the calculation of the fixed part has relatively loose conditions, for example, K = 3, T =
6 and then, for example, after 100 generations, the variation in the chromosome population has decreased, so relatively strict conditions,
For example, K = 3 and T = 8 are used. In general, the larger K and T are, the smaller the fixed portion obtained by calculation becomes, and the stricter the condition becomes.

【0118】本発明では、固定部分を異なる条件で計算
し、それらで得られた固定部分を組み合わせて、これら
とは別の新たな固定部分とすることができる。ある条件
1)と条件2)があって、それらから固定位置とその値
が求まっているものとする。ある位置が両者のどちらか
のみに含まれるときは、それを両者とは別の新たな固定
部分に入れる。またある位置が両者に含まれるときは、
両者の値が一致したときのみ、それを新たな固定部分に
入れる。
In the present invention, the fixed parts can be calculated under different conditions, and the fixed parts obtained from them can be combined to form a new fixed part other than these. It is assumed that there are certain conditions 1) and 2), and the fixed position and its value are obtained from them. If a position is contained only in either of them, put it in a new fixed part separate from both. Also, when a certain position is included in both,
Only when both values match, put it in the new fixed part.

【0119】例えば図17に示す如く、条件1)、条件
2)からの結果が得られるとき、変数2は両者に含ま
れ、値が一致しているので、新たな固定部分に入れる。
しかし変数4は両者に含まれるものの、値が一致してい
ないので、新たな固定部分には入れない。また変数3、
7は条件2のみに含まれているので、新たな固定部分に
入れる。変数8は条件1のみに含まれているので、新た
な固定部分に入れる。このようにして、図17に示す如
き新たな固定部分が得られる。
For example, as shown in FIG. 17, when the results from the conditions 1) and 2) are obtained, the variable 2 is included in both, and the values are the same, so that the variable 2 is put in a new fixed part.
However, although variable 4 is included in both, the values do not match, so it cannot be included in the new fixed part. Also variable 3,
Since 7 is included only in condition 2, it is put in a new fixed part. Since the variable 8 is included only in the condition 1, it is put in a new fixed part. In this way, a new fixed part as shown in FIG. 17 is obtained.

【0120】本発明によれば頻度表により相関関係の大
きいところを検出し、それに基づき固定部分を求めるの
で、適切な固定部分を検出することができる。
According to the present invention, a portion having a large correlation is detected by the frequency table and the fixed portion is obtained based on the detected portion, so that an appropriate fixed portion can be detected.

【0121】[0121]

【発明の効果】求項1に記載された本発明によれば、染
色体の部分間での相関関係を、遺伝操作によって壊され
にくくし、その結果演算時間が短縮される。請求項2に
記載された本発明によれば、部分集団内での染色体の固
定部分を、より的確に決めることができ、それにより演
算時間が短縮できる。
According to the present invention described in claim 1, the correlation between chromosome parts is made less likely to be broken by genetic manipulation, and as a result, the calculation time is shortened. According to the present invention described in claim 2, the fixed portion of the chromosome in the subpopulation can be more accurately determined, and thereby the calculation time can be shortened.

【0122】請求項3に記載された本発明によれば、世
代が進むと共に部分集団が変化するのに対応して、染色
体の固定部分をより的確に決めることができ、これによ
りこれまた演算時間を短縮することができる。
According to the present invention described in claim 3, the fixed portion of the chromosome can be more accurately determined in response to the change in the subpopulation as the generation progresses. Can be shortened.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の原理構成図である。FIG. 1 is a principle configuration diagram of the present invention.

【図2】本発明の一実施例構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施例における部分集団最適化部の
構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram of a sub-population optimization unit according to an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の動作説明図(その1)である。FIG. 4 is an operation explanatory diagram (1) of the present invention.

【図5】本発明の動作説明図(その2)である。FIG. 5 is an operation explanatory diagram (2) of the present invention.

【図6】本発明の動作説明図(その3)である。FIG. 6 is an operation explanatory diagram (3) of the present invention.

【図7】本発明の動作説明図(その4)である。FIG. 7 is an operation explanatory diagram (4) of the present invention.

【図8】本発明の動作説明図(その5)である。FIG. 8 is an explanatory view (No. 5) of the operation of the present invention.

【図9】本発明の動作説明図(その6)である。FIG. 9 is an operation explanatory diagram (6) of the present invention.

【図10】本発明の動作説明図(その7)である。FIG. 10 is an operation explanatory diagram (7) of the present invention.

【図11】本発明の動作説明図(その8)である。FIG. 11 is an operation explanatory diagram (8) of the present invention.

【図12】本発明の第2実施例構成図である。FIG. 12 is a configuration diagram of a second embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第2実施例における部分集団最適化
部の構成図である。
FIG. 13 is a configuration diagram of a sub-population optimization unit in the second embodiment of the present invention.

【図14】本発明において解を見つけた世代の説明図で
ある。
FIG. 14 is an explanatory diagram of a generation for which a solution is found in the present invention.

【図15】本発明における固定部分計算説明図の他の例
である。
FIG. 15 is another example of the fixed partial calculation explanatory diagram in the present invention.

【図16】本発明における、同一の染色体集団に対し
て、固定部分を異なる条件で計算したときの説明図であ
る。
FIG. 16 is an explanatory diagram when a fixed part is calculated under different conditions for the same chromosome group in the present invention.

【図17】本発明における、異なる条件で得られた固定
部分を組み合わせて別の固定部分を演算したときの説明
図である。
FIG. 17 is an explanatory diagram of another fixed part calculated by combining fixed parts obtained under different conditions in the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 初期集団生成部 2 頻度算出部 3 初期固定部分計算部 4 評価・選択部 5 交叉部 6 突然変異部 7 交信部 8 固定部分計算部 10 集団制御部 11 初期集団最適化部 12 初期集団交信部 13、13−1〜13−n 部分集団最適化部 14 部分集団制御部 15 部分解固定計算部 16 適応度演算部 17 選択演算部 18 交叉演算部 19 突然変異演算部 20 局所改善演算部 21 部分解固定変更部 22 部分固定解生成部 23 部分集団記憶部 1 initial population generation unit 2 frequency calculation unit 3 initial fixed sub-calculation unit 4 evaluation / selection unit 5 crossover unit 6 mutation unit 7 communication unit 8 fixed sub-calculation unit 10 group control unit 11 initial population optimization unit 12 initial group communication unit 13, 13-1 to 13-n Sub-population optimization part 14 Sub-population control part 15 parts Decomposition fixed calculation part 16 Fitness calculation part 17 Selection calculation part 18 Crossover calculation part 19 Mutation calculation part 20 Local improvement calculation part 21 part Solution fixed change unit 22 Partial fixed solution generation unit 23 Subgroup storage unit

フロントページの続き (72)発明者 吉田 由起子 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内Front page continued (72) Inventor Yukiko Yoshida 1015 Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Inside Fujitsu Limited

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】解の固定部分を計算する部分解固定部を備
えた複数の部分集団最適化手段と、この部分集団最適化
手段における解情報を伝達する部分集団交信手段を具備
した最適化問題解法装置において、 前記部分解固定部に、解の一部分のパターン状態の頻度
を算出する頻度算出手段と、この頻度に基づき固定部分
を算出する固定部分計算手段を具備したことを特徴とす
る最適化問題解法装置。
1. An optimization problem comprising a plurality of subgroup optimizing means having a partial decomposition fixing part for calculating a fixed part of a solution and a subgroup communicating means for transmitting solution information in the subgroup optimizing means. In the solution apparatus, the partial decomposition fixing unit includes a frequency calculating unit that calculates the frequency of the pattern state of a part of the solution, and a fixed portion calculating unit that calculates the fixed portion based on this frequency. Problem solving device.
【請求項2】前記固定部分を算出するとき、いく通りか
の染色体の部分群の大きさ毎にそれぞれ固定部分を求
め、これらを組み合わせて固定部分とすることを特徴と
する請求項1記載の最適化問題解法装置。
2. The fixed part is calculated for each size of several subgroups of chromosomes when the fixed part is calculated, and these are combined to form a fixed part. Optimization problem solver.
【請求項3】前記固定部分を算出するとき、染色体の部
分群の大きさや頻度のしきい値を世代に応じて変えて固
定部分を求めることを特徴とする請求項1記載の最適化
問題解法装置。
3. The optimization problem solving method according to claim 1, wherein when the fixed portion is calculated, the fixed portion is obtained by changing the threshold value of the size or frequency of the subgroup of chromosomes according to the generation. apparatus.
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