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2013 | Buch

Agentenbasierte Schwarmintelligenz

verfasst von: Tjorben Bogon

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

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Über dieses Buch

Das autonome Verteilen von inhärenten Systemen ist eine komplexe, nicht immer funktionierende Aufgabe. Naturinspirierte Optimierungsmethoden wie die Partikel Schwarm Optimierung (PSO) sind nur bedingt verteilt parallel berechenbar. Tjorben Bogon entwickelt eine signifikante Verbesserung der PSO, welche auf einer Analyse der autonomen Anpassungs- und Verbesserungsmöglichkeiten von Metaheuristiken basiert. Der Fokus liegt dabei auf der autonomen dynamischen Steuerung und Integration von Zusatzwissen in den aktuellen Optimierungsverlauf. Der Autor untersucht, wie zum einen neues Wissen aus dem Optimierungsverlauf generiert werden kann und zum anderen, wie dieses Wissen verbreitet und in andere Optimierungen eingebunden werden kann. Er analysiert diese Aufgaben unter der Prämisse einer Anbindung eines Agentensystems und zeigt, wie die Optimierung effizienter ausgeführt und wie sie parallel kooperativ durchgeführt werden kann.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Einleitung

Frontmatter

1. Motivation

Zusammenfassung

Als Motivation dieser Arbeit sind viele Gründe zu benennen. Zum einen ist die Nutzung von Optimierungstechniken immer grundlegender im heutigenWirtschaftssystem. Die Probleme werden immer komplexer und die Anzahl der denkbaren Lösungen immer aufwendiger.

Tjorben Bogon

Wissenschaftliche Einordnung der Arbeit

Frontmatter

2. Künstliche Intelligenz und Optimierung

Zusammenfassung

Naturanaloge Metaheuristiken oder Algorithmen als Optimierungsmethoden gehören zu einem Teil in den Bereich der Künstlichen Intelligenz zum anderen auch in den Bereich des Operation Research und der Biomimicry/Schwarmintelligenz (siehe Abbildung 2.1).

Tjorben Bogon

3. State of the Art

Zusammenfassung

Der Bereich der Schwarmintelligenz erlebt seit Ende der 1990er Jahre einen großen Zuspruch. Durch die breite Anwendungsmöglichkeit der verschiedenen Algorithmen und auch durch das soziologisch steigende Interesse am Massenverhalten von Menschen ist die Bedeutung von Schwarmverhalten immens gestiegen.

Tjorben Bogon

Agentenbasierte Schwarmintelligenz

Frontmatter

4. Kontrollierte Agenten-gesteuerte Schwarmoptimierung

Zusammenfassung

In dieser Arbeit soll eine flexible Kombination von Agenten und einer Populationsbasierten Metaheuristik erarbeitet und gestaltet werden. Der Agent soll die aktuelle Optimierung beobachten können und aus deren Verlauf Wissen extrahieren, um es zum einen mit anderen Agenten zu teilen, aber auch um erhaltenesWissen zu integrieren.

Tjorben Bogon

5. Verteilung von Schwärmen

Zusammenfassung

Um eine Verteilung von Schwärmen zu gewährleisten, müssen Informationen zwischen den kooperierenden Schwärmen ausgetauscht werden. Diese Informationen werden während der Laufzeit generiert und integriert.

Tjorben Bogon

6. Dynamische Konfiguration der PSO

Zusammenfassung

Die Konfiguration einer PSO ist maßgeblich für die Qualität des Optimierungsverlaufes verantwortlich. Die Belegung der Parameter ist abhängig von der unterliegenden Fitnessfunktion. Das bedeutet, dass Vorwissen zu der Funktion vorliegen muss, um eine optimale Belegung der Parameter zu finden. Auch der Grad der Konvergenz ist durch die Parameter und A-priori-Wissen zu steuern.

Tjorben Bogon

7. Dynamische Steuerung der Partikel Schwarm Optimierung

Zusammenfassung

Nachdem die Ansätze zur dynamischen Konfigurationsanpassung für die PSO dargestellt wurden, ist der nächste Schritt, das Wissen über die aktuelle Optimierung nicht nur zur Konfiguration zu nutzen, sondern auch als Wissen in den Schwarm zu integrieren.

Tjorben Bogon

8. Zusammenfassung der Ansätze

Zusammenfassung

In Abschnitt III wurden verschiedene Methoden zur kontrollierten Steuerung und Berechnung von Metaheuristiken, im Speziellen PSO, vorgestellt. Dabei stellte sich heraus, dass grundlegend unterschiedliche Möglichkeiten bestehen, eine Populations-basierte Metaheuristik zu verändern und den Optimierungsverlauf zu optimieren.

Tjorben Bogon

Evaluation

Frontmatter

9. Prototypische Evaluationsumgebung der Agentenbasierten Schwarmintelligenz

Zusammenfassung

In Abschnitt III wurden verschiedene Ansätze zur Verbesserung und Optimierung von Metaheuristiken, im Speziellen die Partikel Schwarm Optimierung vorgestellt. In der Evaluation sollen diese Ansätze evaluiert und die Ergebnisse der verschiedenen Ansätze diskutiert werden.

Tjorben Bogon

10. Evaluation der Agentenbasierten PSO-Erweiterungen

Zusammenfassung

Nachdem im letzten Kapitel das Framework zur Evaluation eingeleitet wurde, werden nun die vorgestellten Ansätze anhand von Testszenarien evaluiert. Dabei wird jedes Experiment, sofern nicht anders beschrieben, 100 mal wiederholt und der Mittelwert über alle Durchläufe gebildet, um ein aussagefähiges Ergebnis zu erzielen.

Tjorben Bogon

11. Diskussion und Zusammenfassung der Evaluation

Zusammenfassung

In der Evaluation hat sich gezeigt, dass die vorgeschlagenen Erweiterungen der PSO einen positiven Einfluss auf die Optimierung ausüben können. Es konnte gezeigt werden, dass die Ansätze es ermöglichen, dass es möglich ist, den Optimierungsverlauf dynamisch anzupassen und autonom zu steuern.

Tjorben Bogon

Fazit

Frontmatter

12. Zusammenfassung

Zusammenfassung

In dieser Arbeit wurden Ansätze zur Verbesserung von Partikel Schwarm Optimierung vorgestellt. Um einen Einstieg zu bekommen, wurden Metaheuristiken über ihre Herkunft hin zu aktuellen Nutzungsmöglichkeiten vorgestellt.

Tjorben Bogon

13. Ausblick

Zusammenfassung

Als einziger PSO-Abschnitt aus Abbildung 11.1 wurde in dieser Arbeit die Terminierung nicht betrachtet. Auch dieser Abschnitt bietet die Möglichkeit neue Techniken zur Verbesserung zu integrieren. Die Terminierung ist dazu da, die Optimierung zu stoppen, wenn das Ergebnis nur noch minimal verändert wird oder das globale Optimum gefunden wurde.

Tjorben Bogon

Backmatter

Titel: Agentenbasierte Schwarmintelligenz
verfasst von: Tjorben Bogon
Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden
Electronic ISBN: 978-3-658-02292-1
Print ISBN: 978-3-658-02291-4
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-658-02292-1