Βιομίμηση της αναζήτησης τροφής από το βακτήριο Escherichia Coli και εφαρμογές βελτιστοποίησης

Abstract

O Αλγόριθμος Βελτιστοποίησης Αναζήτησης Τροφής των Βακτηρίων (Bacterial Foraging Optimization Algorithm - BFOA), έχει γίνει αποδεκτός από τους ερευνητές εδώ και μια δεκαετία σαν ένας μεγάλου ενδιαφέροντος εξελικτικός αλγόριθμος βελτιστοποίησης λόγω της αποτελεσματικότητας στην επίλυση των πραγματικών προβλημάτων βελτιστοποίησης που προκύπτουν σε διάφορα πεδία εφαρμογών. Ένα από τα σημαντικότερα στοιχεία του BFOA είναι το φαινόμενο προσομοίωσης κίνησης των εικονικών βακτηρίων, σε καθένα από τα οποία το μοντέλο αποδίδει μια δοκιμαστική λύση του προβλήματος βελτιστοποίησης. Κατά τη διάρκεια της αναπαραγωγής, τα λιγότερο υγιή βακτήρια (με συσσωρευμένη χαμηλότερη τιμή της αντικειμενικής συνάρτησης στη χημειοτακτική διάρκεια ζωής) πεθαίνουν και το κάθε ένα από τα άλλα υγιέστερα βακτήρια χωρίζεται σε δύο, τα οποία στη συνέχεια αρχίζουν να διερευνούν την περιοχή των θρεπτικών συστατικών με συνέπεια την ταχεία σύγκλιση του βακτηριακού πληθυσμού κοντά στα βέλτιστα (τοπικά / ολικά). Αυτό το φαινόμενο είναι ευθέως ανάλογο με το μηχανισμό επιλογής στους κλασικούς εξελικτικούς αλγόριθμους. Λαμβάνοντας υπόψη τις πολυάριθμες προηγούμενες αναλύσεις, σε αυτή την εργασία μελετάται η κοινωνική αναζήτηση τροφής στη φύση, ενώ η υποκείμενη βιολογία πίσω από τη στρατηγική αναζήτησης τροφής του βακηρίου E. Coli προσομοιώνεται με έναν εξαιρετικό τρόπο. Χρησιμοποιείται σαν ένας νέος αλγόριθμος βελτιστοποίησης και αποδίδεται σε ψευδοκώδικα και σε πρόγραμμα. Με αυτό εξετάζονται πειραματικά δώδεκα μαθηματικές συναρτήσεις. Η εργασία ολοκληρώνεται με τις προοπτικές του αλγόριθμου BFOA και με περιγραφή από τις ποιο σημαντικές εφαρμογές του BFOA μέχρι σήμερα.