Научная статья на тему 'Кроссинговер для решения задачи двумерной упаковки и размещения прямоугольных элементов на плоскости'

Кроссинговер для решения задачи двумерной упаковки и размещения прямоугольных элементов на плоскости Текст научной статьи по специальности «Математика»

CC BY
272
61
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Кроссинговер для решения задачи двумерной упаковки и размещения прямоугольных элементов на плоскости»

ЛИТЕРАТУРА

1. Курейчик В. М. Учебное пособие «Методы генетического поиска». Часть 1.Таганрог, 1998, ТРТУ.

2. Курейчик В.М. Генетические алгоритмы. Монография. Таганрог: ТРТУ, 1998, ил.

3. Брикелл Э.Ф., Диффи У. Защищенность и имитостойкость. // ТИИЭР, т. 67, № 3, март 1979. С. 86-90.

4. Смид М.Э., Бранстед Д.К. Стандарт шифрования данных: Прошлое и будущее. // ТИИЭР, т. 76, № 5, май 1988. С. 43-53.

5. Брикелл Э.Ф., Одлыжко Э.М. Криптоанализ: Обзор новейших результатов. //ТИИЭР, т. 67, №5, май 1988. С. 88-91.

6. Введение в современную криптологию. // ТИИЭР, т. 76, № 5, май 1988. С. 33-35.

7. Ростовцев А.Г.,Михайлова Н.В. Методы криптоанализа классических шифров.//http://security.lgg.rU//psw/crypto/cryptoanalysis.htrnl

8. Водолазский В. Коммерческие системы шифрования: Основные алгоритмы и их реализации. Монитор, № 6-8, 1992.

9. Бабенко Л.К., Макаревич О. Б., Шилов А. К. Введение в криптографические методы защиты информации. Учебное пособие, Таганрог: ТРТУ, 1996.

УДК 658.512

И.В. Мухлаева

КРОССИНГОВЕР ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ДВУМЕРНОЙ УПАКОВКИ И РАЗМЕЩЕНИЯ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ПЛОСКОСТИ.

В работе рассматривается задача упаковки и размещения прямоугольных элементов на плоскости с помощью генетического поиска. Целью ставится наиболее плотное размещение элементов.

Обычно хромосома в таком случае содержит список размещаемых элементов, причем порядковый номер элемента в списке определяет очередь его размещения на плоскости. Имеется п! вариантов размещения.

Каждый прямоугольный элемент et в случае, если его длина и ширина не равны ( widi М len, ), может иметь как горизонтальную ( wid < len ), так и вертикальную ( wid > len ) ориентацию. Это вносит в решение дополнительную комбинативную изменчивость. Таким образом, ориентация элемента может быть задана переменной (orient), способной принимать два значения: горизонтальная ( orient = 1 ) или вертикальная ( orient = 0 ). Поэтому для учета двух видов ориентации элементов при размещении предлагается использовать диплоидный ( двойной ) набор хромосом.

В таком случае каждый родитель содержит не одну, две хромосомы. При этом нчльня популяция создется тким обрзом, что в пре хромосом одн из них содержит последовательность элементов горизонтальной ориетнтации, вторая - вертикальной. Такое жесткое разделение по ориентации между хромосомми одного родителя не является принципиальным; более важно то условие, чтобы каждый из элементов имел оба типа ориентации в пределах пары хромосом одного родителя.

Рассмотрим пример. Хромосома 3 2 5 4 1 0 задает порядок размещения элементов не плоскости: элемент 3 размещается первым, за ним размещется элемент 2, за ним - 5 и т.д. Но так как все эти элементы могут быть ориентированы двумя названными способами, хромосома дублируется с учетом этого обстоятельства:

000000 111111

3 254 1 0 3 2 54 1 0

chO chi

Известия ТРТУ

Тематический выпуск

Нули и единицы, соответствующие записанным в тех же позициях элементам, указывают, соответственно, на горизонтальную и вертикальную ориентацию этих элементов. Набор хромосом родителя СН включает, таким образом, две хромосомы: chO и chl.

Кроссинговер в таком случае предлагается проводить по следующей схеме.

За основу взят кроссинговер, установленный Поттером и Дресслером в живой природе. Этот тип кроссинговера объединяет одноточечный и двухточечный операторы кроссинговера и частично сохраняет родительские хромосомы, что делает его достаточно гибким и универсальным. Не рассматривая схему кроссинговера полностью, установим правила формирования хромосом-потомков из хромосом-родителей.

Исходными являются два родителя, содержащие по паре хромосом каждый, chl: 1111111 chi: 0000000

ch2: 1111111 ch2: 0 0 0 0 0 0 0

СНІ CH2

В случайной позиции устанавливается точка кроссинговера: chl: 11 11111 chl: 0 0 0 0 000

ch2: 11 111 11 ch2:00 000 00

СНІ CH2

Рспределение точек между хромосомми проведено следующим обрзом. В CHl(chl) выбрана точка кроссинговера. Ей соответствует такая же точка в CH2(chl). В CHl(ch2) устанавливаются две точки кроссинговера: такая же, как в предыдущих хромосомах, и инверсная, позиция которой равна позиции уже установленной точки, но отсчитывется справа. В СН2(сИ2) точки кроссинговера те же, что в CHl(ch2). Обмен генетическим мтериапом происходит между хромосомами, в которых точки кроссинговера имеют одинаковые позиции: CHl(chl) - CH2(chI), CHl(ch2) - CH2(ch2). Потомки в этом случае оказываются следующими: chl: 1111111 chl: 1111111

ch2: 1 1 0 0 0 0 0 ch2: 1 1 0 0 0 11

СНЗ CH5

chl: 00 1 1111 chl: 00 1 1100

ch2: 0 0 0 0 0 0 0 ch2: 0 0 0 0 0 0 0

CH4 CH6

Так как хромосомы CH3(chl) и CH5(chl), а так же CH4(ch2) и CH6(ch2) несут одинаковую генетическую информцию, при решении задачи любой из двух хромосом в этих парах можно было бы пренебречь. Однако, проведем кроссинговер по рассмотренной схеме Применительно к ориентированным в двух направлениях элементам.

Имеем два родителя - Р1 и Р2\

11 1111 1 1 1111

99 99 99 88 .888 8

Р1 Р2

00 0000 00 .00 00

99 999 9 88 88 88

или

1 1 1111 1 1 1111

32 54 10 3 2 54 1 0

Р1 Р2

00 0000 00 00 .00

32 .54 10 3 2 .54 .1 0

Цифры 9 и 8 использовны для наглядности обмена генетическим матерьялом в соответствующих строках, как было сказано выше, находится список элементов. Таким образом, в строке, где записаны «8», содержится один список элементов, в строке с «9» -другой вариант размещения.

Точка кроссинговера выбирается случайно с позиции 1 до I /, где £, длина хромосомы. Вторая, инверсная точка кроссинговера, устанавливается в той же позиции, но при отсчете справа.

После кроссинговера получаются следующие потомки (01 и 02)\

00 1111 110011

998888 998899

01 02

110000 00 1100

8 8 9999 889988

ИЛИ

001111 110011

3 254 10 3 254 1 0

01 02

110000 00 1100

3254 10 3254 10

Можно видеть, что в хромосомах-потомках элементы имеют смешнную ориентацию, как вертикальную, так и горизонтальную. Следует, однако, учесть, что при решении такой задачи, как рзмещение, не используется бинарное кодирование: здесь каждому элементу соответствует свой номер (имя), который записывается в хромосому, причем номера лементов в списке повторяться не могут. Эта проблема решается путем использования двух вариантов упорядоченного оператора кроссинговера: одноточечного и двухточечного Обмен

генетическим материалом идет по известным правилам с учти

у равилам с учетом ориентации, как показано

выше.

В результате выполнения кроссинговера по предложенной схеме получены четыре

различные хромосомы. При генетическом поиске они включаются в популяцию по

определенным правилам, получив предварительно оценку. В дальнейшем для проведения

кроссинговера, все хромосомы в популяции становятся независимыми, чтобы по

определенным правилам сформировать новые пары. Каждая из таких пао Является потенциальным родителем. Р и илист-

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.