منابع پایان نامه ارشد با موضوع بهینه سازی چندهدفه

دانلود پایان نامه ارشد

در همسایگی آن‌ها)، مقایسه می‌شوند.

2-4-3- الگوریتم‌های تکاملی برای بهینه سازی مسائل چندهدفه بر مبنای سیستم ایمنی مصنوعی79
2-4-3-1- سیستم ایمنی مصنوعی [2]
به طور كلي، سيستم‌هاي ايمني مصنوعي (AIS) جزء الگوريتم‌هاي الهام گرفته شده از بيولوژي هستند. همان طور كه از نام آ نها برمي آيد، اين نوع الگوريتم‌ها، الگوريتم‌هايي كامپيوتري هستند كه اصول و ويژگي‌هاي آنها نتيجه ي بررسي در خواص سازگاری80 و پایداری81 نمونه‌هاي بيولوژيكي است. نمونه ي چنين الگوريتم‌هايي، شبكه‌هاي عصبي كه از مغز الهام گرفته شده‌است؛ بهينه سازي كلوني مورچه‌ها كه از اصول رفتاري مورچه‌ها براي حل مسائل استفاده مي كند؛ الگوريتم‌هاي تكاملي كه از اصول تئوري تكامل داروين براي حل مسائل استفاده مي كند و سيستم ايمني مصنوعي كه از اصول و پردازش‌هاي سيستم ايمني طبيعي براي حل مسائل استفاده مي كند، هستند.
در بين الگوريتم‌هاي الهام گرفته شده از طبيعت، الگوريتم انتخاب كلوني AIS اغلب با الگوريتم‌هاي ژنتيك مقايسه مي شود. هر دوي اين الگوريتم‌ها (انتخاب كلوني و الگوريتم ژنتيك) تحت نام كلي الگوريتم‌هاي تكاملي قرار مي گيرند.
2-4-3-1-1- مفاهیم ایمنی [17]
سیستم ایمنی ترکیبی از سلول‌ها، مولکول‌ها و اندام‌هاست که کار اصلی آن، محدود کردن صدمه‌ای است که توسط پاتوژن‌ها به ارگانیسم میزبان وارد می‌شود که این عمل پاتوژن‌ها، یک پاسخ ایمنی را فرامی‌خواند و به همین علت، آنتی ژن (Ag) نامیده می‌شود. یک نوع پاسخ، ترشح مولکول‌های آنتی بادی (Ab) توسط سلول‌های B و یا لنفوسیت‌های B است. آنتی بادی‌ها، مولکول‌هایی با گیرنده Y شکل هستند که در سطح یک سلول B یافت می‌شوند و وظیفه اصلی آن‌ها، تشخیص و اتصال با یک آنتی ژن ازطریق یک اتصال مکملی است. این مولکول‌های آنتی بادی، بخشی از آنتی ژن را که اپیتوپ82 نامیده می‌شود، تشخیص می‌دهند. همچنین، آنتی بادی‌هایی که اپیتوپ‌ها را تشخیص می‌دهند، ادیوتوپ83 نامیده می‌شوند. مجموعه‌ای از ادیوتوپ‌ها، ادیوتایپ84 نامیده می‌شود. درحالی که یافت شده‌است که هر سلول B می‌تواند، یک نوع آنتی بادی داشته باشد (و به همین علت تک خاصیت نامیده می‌شود)، آنتی ژن‌ها معمولاً چندین نوع اپیتوپ دارند و می‌توانند بوسیله چندین آنتی بادی مختلف تشخص داده شوند. مسئول بخشی از آنتی بادی برای تطبیق (تشخیص) یک آنتی ژن، پاراتوپ85 نامیده می‌شود و همچنین برای ناحیه متغیر، به عنوان ناحیه V شناخته می‌شود. آن، به علت اینکه می‌تواند شکلش را برای تطبیق بهتر با یک آنتی ژن مشخص، تغییر دهد، متغیر است. شدت یک فعل و انفعال Ag-Ab، بوسیله نزدیکی (سطح مکملی) تطبیقشان، سنجیده می‌شود. شکل (2-5) را برای تشریح یک آنتی ژن با تعدادی اپیتوپ و یک آنتی بادی با پارتوپ و ادیوتوپش ببینید.

شکل 2-5- سلول B، آنتی ژن، آنتی بادی، اپیتوپ، پاراتوپ و ادیوتوپ. (شکل سمت چپ) یک آنتی ژن با چندین اپیتوپ که توسط سلول‌های B مختلف شناخته شده‌است. (شکل سمت راست) محل ترکیب آنتی بادی (ناحیه V یا پاراتوپ) و ادیوتوپش.
سیستم‌های ایمنی، به دو نوع سیستم ایمنی ذاتی و اکتسابی تقسیم می‌شود که در زیر به معرفی مختصر این دو نوع سیستم ایمنی می‌پردازیم [2]:

2-4-3-1-2- ایمنی ذاتی
سيستم ايمني ذاتي، همان طور كه از نامش برمي آيد با گذر زمان تغيير نمي كند و به همين دليل در AIS به طور گسترده مورد استفاده قرار نگرفته‌است.
سيستم ايمني ذاتي، براي تشخيص و حمله به تعداد كمي از مهاجمان معمول، تنظيم شده‌است. سيستم ايمني ذاتي بيشتر پاتوژن‌ها را (كه مهاجمان بالقوه مضرّ هستند) در برخورد اول منهدم مي كند و بنابراين سيستم ايمني ذاتي در موارد كمي مورد نياز خواهد بود. سيستم ايمني اكتسابي، براي ايجاد واكنش در برابر مهاجمان احتياج به وقت دارد و بنابراين وظيفه ي سيستم ايمني ذاتي است كه در برابر مهاجمان به سرعت واكنش نشان دهد و حمله را تحت كنترل بگيرد تا سيستم ايمني اكتسابي بتواند پاسخ مؤثّري ايجاد كند. سلول‌هاي سيستم ايمني ذاتي اغلب به عنوان سلول‌هاي عرضه كننده‌ي آنتي ژن عمل مي كنند؛ به اين معني كه اين سلول‌ها موجودي نهايي را كه ممكن است پاتوژن باشند تشخيص داده و آ نها را به روش مناسبي به سلول‌هاي سيستم ايمني اكتسابي عرضه مي كنند. بنابراين سلول‌هاي سيستم ايمني، نقشي حياتي در ايجاد پاسخ اكتسابي دارند.
2-4-3-1-3- ایمنی اکتسابی
ايمني ذاتي زماني كه فعّال مي شود، براي چند روزي فعّال مي ماند. در حاليكه ايمني اكتسابي زماني كه فعّال شود براي هفته‌ها فعّال مي ماند. وظيفه ي ايمني اكتسابي است كه زماني كه ايمني ذاتي از پا در آمده يا به هر جهت ناكاراست، پاتوژن‌ها را از بين ببرد. ناكارا بودن ايمني ذاتي به اين علت است كه ايمني ذاتي نمي تواند پاسخي خاص براي يك پاتوژن مهاجم ايجاد كند، در اين حالت سيستم ايمني اكتسابي وارد عمل مي‌شود. بر خلاف ايمني ذاتي، پاسخ ايمني اكتسابي خاص است و ايمني اكتسابي حافظه دارد و بنابراين پاتوژني كه يك بار حمله كرده و سيستم براي آن پاسخي توليد كرده‌است را به ياد مي آورد و در برخوردهاي بعدي، براي مقابله با آن پاتوژن، پاسخ سريع تري توليد مي كند.
امروزه پذيرفته شده كه دو نوع سلول در سيستم ايمني اكتسابي وجود دارد كه به آن‌ها لنفوسيت گفته می‌شود. اين دو نوع سلول، سلول B و سلول T گفته مي شود. اين دو نوع سلول، تفاوت عملکرد کمی دارند. لنفوسيت‌ها داراي پذيرنده اي هستند كه در سطح اين سلول‌هاي ايمني قرار دارند. هر مولكولي كه قادر به اتصال به يكي از اين پذيرنده‌ها باشد، آنتي ژن نام دارد. همين اتصال است كه باعث فعال شدن لنفوسيت‌ها مي شود. هماهنگي بين پذيرنده و آنتي ژن لازم نيست كامل باشد. قدرت اتصال بين آنتي بادي و آنتي ژن با نام ميل پيوندي معروف است. اگر اين ميل پيوندي از حد آستانه اي بيشتر باشد، سلول ايمني كه اتصال به آن صورت گرفته، فعال مي شود.
مانند همه سلول‌هاي ايمني، سلول‌هاي B در مغز استخوان ساخته مي شوند. يك سلول B طبیعی حامل آنتي بادي (پذيرنده) در سطح خود است.
زماني كه يك سلول B، به يك الگوي آنتي ژني متصل شود (يعني آنتي ژن را شناسايي كند)، سلول B تكثير شده و تعداد زيادي سلول B يكسان توليد مي شود. حدود 12 ساعت طول مي كشد تا يك سلول B رشد كرده و به دو سلول تبديل شود. بعد از تحريك شدن، دوره تكثير حدود يك هفته طول مي كشد. بنابراين از يك سلول، 2 به توان 14 (حدود 16000 ) سلول مشابه توليد مي‌شود. به هر حال، هر چه ميل پيوندي بين سلول B و آنتي ژن بيشتر باشد، نرخ تكثير بيشتر خواهد بود. بنابراين سلولهای B با ميل پيوندي بالاتر، كلوني‌هاي بيشتري توليد مي كنند. به اين فرآيند، اصل انتخاب كلوني مي‌گويند.
2-4-3-1-4- تئوری شبکه ایمنی
در تئوری شبکه ایمنی که در سال 1974 توسط جِرن86 پیشنهاد شد، سيستم ايمني، سيستمي پوياتر در نظر گرفته شده‌است. تئوري شبكه ايمني (يا شبكه ي ايديوتيپيك) پيشنهاد مي كند كه سيستم ايمني حتي در غياب محرّك، داراي رفتاري پويا است.
جرن اين فرضيه را ايجاد كرد كه در سيستم ايمني، هر مولكول آنتي بادي مي تواند توسط مجموعه اي از مولكول‌هاي آنتي بادي ديگر تشخيص داده شود. براي توضيح اين مسأله، جرن فرض كرد كه هر آنتي بادي شامل دو ناحيه به نام‌هاي پاراتوپ و ايدیوتوپ است. اين مناطق لزوماً داراي فرم يكسان نيستند، اما ايديوتوپ بايد الگويي را كه توسط آنتي ژن بيان مي شود داشته باشد. بنابراين يك آنتي بادي با اتصال پاراتوپش به ايدوتوپ مكملش روي يك آنتي بادي ديگر تحريك مي شود. تحريكي كه بر اثر اين اتصال به وجود مي آيد باعث تكثير آنتي بادي مي شود و فرزنداني با پذيرنده‌ي مشابه به وجود مي آيند و در صورتي كه سلول‌هاي والد بميرند، اطلاعات آن‌ها از بين نمي‌رود. عكس اين مسأله هم صادق است؛ يعني در صورتي كه آنتي بادي از طريق ايديوتوپش به آنتي بادي ديگري متصل شود، سركوب يا تحريك منفي می‌شود. بنابراين براساس اين تئوري، به سيستم ايمني مانند يك شبكه ي به هم متصل از سلول‌ها نگريسته می‌شود كه يكديگر را تحريك و سركوب مي كنند تا حافظه ي ايمني ايجاد كنند.
2-4-3-1-5- الگوریتم ایمنی مصنوعی
سيستم ايمني مصنوعي نوعي الگو براي يادگيري ماشين است. يادگيري ماشين، توانايي كامپيوتر براي انجام يك كار با يادگيري داده‌ها يا از روي تجربه است. در هر الگوریتم ایمنی مصنوعی سه نکته حائز اهمیت است:
1) در هر الگوريتم ايمني مصنوعي، حداقل بايد يك جزء ايمني مانند لنفوسيت‌ها وجود داشته باشد.
2) در هر الگوريتم ايمني مصنوعي بايد ايده اي برگرفته از بيولوژي نظري يا تجربي استفاده شود.
3) الگوريتم ايمني مصنوعي طراحي شده بايد به حل مسأله اي كمك كند.
بر اساس اين سه ضابطه، دي‌کاسترو و تيميس87، اولين الگوريتم‌هاي ايمني مصنوعي را در سال 1986 طراحی کردند.در همان سال، فارمِر88، مدلي براي تئوري شبكه ي ايمني ارائه كرد و براساس این مدل اعلام كرد كه «سيستم ايمني قادر به يادگيري، به خاطر سپردن و تشخيص الگوست». بعد از ادعای فارمِر، توجه به AIS به عنوان يك مكانيزم يادگيري ماشين شروع شد. بعد از آن به تدريج AIS در زمينه‌هاي مختلف، وفق پذير و جذاب بودن خود را نشان داد. سيستم ايمني علاوه بر توانايي تشخيص الگو، صفات ديگري از قبيل يادگيري، حافظه، خود سازماندهي و از منظر مهندسي، خصوصياتي ديگري مانند تشخيص بي قاعدگي، تحمل خطا، توزيع پذيري و مقاومت بالا نيز دارد كه درصورتی که AIS به طور صحیح ایجاد شود، AIS هم دارای این ویژگی‌ها خواهدبود.
2-4-3-1-6- سیستم ایمنی مصنوعی و مسائل بهینه سازی چندهدفه
باتوجه به کاربرد الگوریتم‌های ایمنی برای مسائل بهینه سازی چندهدفه، می‌توان تعاریف زیر را به اختصار بیان کرد:
آنتی ژن: در AIS، آنتی ژن به معنای مسأله و محدودیت‌هایش می‌باشد.
آنتی بادی: آنتی بادی‌ها بیانگر کاندیداها و جواب‌های مسأله هستند.
قرابت آنتی بادی-آنتی ژن: قرابت آنتی بادی-آنتی ژن، انعکاس قدرت ترکیب کلی است که بین آنتی ژن و آنتی بادی‌ها واقع می‌شود. در AIS، معمولا به مقدایر توابع هدف یا مقدار برازش مسأله اشاره می‌کند.
قرابت آنتی بادی-آنتی بادی: قرابت آنتی بادی-آنتی بادی، انعکاس قدرت ترکیب کلی است که بین آنتی بادی‌ها واقع می‌شود. در AIS، به مقدار شباهت دو آنتی بادی به یکدیگر اشاره می‌کند.
غلبه ایمنی: آنتی بادی‌های غلبه ایمنی، اعضاء بهینه پارتو در جمعیت جاری هستند.
به علت شباهت ذاتی بین قالب محاسباتی الگوریتم‌های تکاملی (EA) و AIS، مکانیسم‌های الهام شده از ایمنی می‌توانند به آسانی در فرایند بهینه سازی تکاملی ترکیب شوند که کارهای موجود، بعضی از این ترکیبات را نشان می‌دهند.
در سال 1999، يو و هاجِلا89، یک AIS-EA ترکیبی را برای یک مسأله طراحی ساختار مسأله چندهدفه به کار بردند که به محدودیت‌ها و اهداف چندگانه رسیدگی می‌کرد. به منظور تعادل بین اکتشاف و استخراج، لوح90 و همکارانش در سال 2003، فهم پیچیده‌ای از سیستم ایمنی بیولوژیکی با تنوعی از اپراتورهای تغییر مانند ترکیب جسمی، جهش جسمی، تبدیل ژن و غیره را ارائه کردند و آن را الگوریتم ایمنی چندهدفه91(MOIA) نامیدند.
در سال 2005، کوئلو کوئلو و کورتِس92 یک الگوریتم سیستم ایمنی چندهدفه (MISA) ارائه کردند که مفهوم انتخاب کلونال را برای تعیین حل‌های کاندید مناسب گسترش می‌داد. انتخاب، براساس رابطه غلبه پارتو و قابل قبول بودن اجرا می‌شد، درحالیکه نرخ تکثیر، وابسته به درجه شباهت بین آنتی بادی‌های انتخاب شده بود تا تعداد نمونه‌های ناحیه با تراکم کم را بالا ببرد.
فرسچي و رِپِتو93 در سال 2005 یک سیستم ایمنی مصنوعی برداری (VAIS) را براساس شبکه ایمنی مصنوعی (ai-Net) برای بهینه سازی چندهدفه ارائه کرد. VAIS با الگوریتم‌هایی که تاکنون معرفی شده‌اند، تفاوت دارد، چون هیچ مکانیسم حفظ تنوع واضحی را به کار نگرفته‌است. درعوض، یک اپراتور حذف را برای حذف حل‌های شبیه به کار می‌برد تا

پایان نامه
Previous Entries منابع پایان نامه ارشد با موضوع رتبه بندی، نخبه گرایی، الگوریتم ژنتیک Next Entries منابع پایان نامه ارشد با موضوع بهینه سازی چندهدفه، نخبه گرایی، رتبه بندی