Extracção de Conhecimento

Documentos relacionados
Max Pereira. Inteligência Artificial

Técnicas de Inteligência Artificial

Codificação das variáveis: binária Iniciação da população: aleatória Avaliação: função aptidão Operadores. Critério de parada: número de gerações

Algoritmos Genéticos. Pontos fracos dos métodos tradicionais. Características de alguns problemas. Tamanho do espaço de busca- Ex. caixeiro viajante:

Tópicos Especiais em Informática Fatec Indaiatuba

Algoritmos Genéticos

1. Computação Evolutiva

Computação Evolutiva Eduardo do Valle Simões Renato Tinós ICMC - USP

Computação Evolutiva. Computação Evolutiva. Principais Tópicos. Evolução natural. Introdução. Evolução natural

Algoritmo Genético. Inteligência Artificial. Professor: Rosalvo Ferreira de Oliveira Neto

Algoritmos Genéticos. Estéfane G. M. de Lacerda DCA/UFRN Outubro/2008

Técnicas de Inteligência Artificial

Otimização. Unidade 6: Algoritmo Genético. Jaime Arturo Ramírez. 7. Teoria do processo evolutivo num GA. 8. Aspectos avançados

Algoritmos Genéticos. Princípio de Seleção Natural. Sub-áreas da Computação Evolutiva. Idéias básicas da CE. Computação Evolutiva

3. Resolução de problemas por meio de busca

Inteligência Artificial

3 Algoritmos Genéticos

Algoritmos Genéticos

ALGORITMO GENÉTICO COMO REPRESENTAÇÃO DAS MUTAÇÕES NA BIOLOGIA

Exemplo de Aplicação de Algoritmos Genéticos. Prof. Juan Moisés Mauricio Villanueva cear.ufpb.br/juan

Inteligência Artificial. Algoritmos Genéticos. Aula I Introdução

Otimização. Algoritmos Genéticos. Teoria da Evolução. Otimização

Introdução aos Algoritmos Genéticos

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ ALGORITMOS GENÉTICOS. Metaheurísticas de Buscas

ALGORITMOS GENÉTICOS. Adair Santa Catarina Curso de Ciência da Computação Unioeste Campus de Cascavel PR

Introdução a Algoritmos Genéticos

Pós-Graduação em Engenharia de Automação Industrial SISTEMAS INTELIGENTES PARA AUTOMAÇÃO

Sistemas Inteligentes if684. Germano Vasconcelos Página da Disciplina:

Inteligência Artificial

Créditos. Introdução a Sistemas Inteligentes. Agenda Introdução Breve Histórico. Introdução. Introdução aos Algoritmos Evolutivos

1. Computação Evolutiva

Motivação Computação Evolucionária e Algoritmos Genéticos. Teoria da Evolução. Teoria da Evolução. Otimização. Algoritmos Genéticos AG

Algoritmos Genéticos. Texto base: Stuart Russel e Peter Norving - Inteligência Artificial

Algoritmo Genético. Teoria da Evolução Princípio seguido pelos AGs

GT-JeDi - Curso de Desenv. de Jogos IA para Jogos. Gustavo Pessin 2007

INSTITUTO DE PÓS GRADUAÇÃO ICPG GESTÃO DA TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO

Computação Evolutiva. Prof. Eduardo R. Hruschka (Slides baseados nos originais do Prof. André C. P. L. F. de Carvalho)

Algoritmos Evolutivos Canônicos

INTRODUÇÃO À INTELIGÊNCIA COMPUTACIONAL. Aula 06 Prof. Vitor Hugo Ferreira

Métodos de pesquisa e Optimização

Metahuerísticas: Algoritmos Genéticos. Sistemas de Informação/Ciências da Computação UNISUL Aran Bey Tcholakian Morales, Dr. Eng.

Algoritmos genéticos Abordagem unificada de algoritmos evolutivos simples

Aprendizado Evolutivo: Introdução aos Algoritmos Genéticos

Algoritmos Genéticos. 1 Semestre de Cleber Zanchettin UFPE - Universidade Federal de Pernambuco CIn - Centro de Informática

Aplicação de algoritmos genéticos. Problema da Mochila (knapsack problem)

Otimização com Algoritmos Genéticos no MATLAB. Prof. Rafael Saraiva Campos CEFET-RJ

Método de Hardy-Cross Capitulo 13- Algoritmo genético engenheiro Plínio Tomaz 24 dezembro de Algoritmo genético 13-1

Computação Evolutiva. Prof. Eduardo R. Hruschka (Slides baseados nos originais do Prof. André C. P. L. F. de Carvalho)

Algoritmos Genéticos e Evolucionários

ESTUDO DO EFEITO DOS PARÂMETROS GENÉTICOS DE UM ALGORITMO GENÉTICO NA SOLUÇÃO OTIMIZADA E NO TEMPO DE CONVERGÊNCIA EM UMA FUNÇÃO DE DUAS VARIÁVEIS

Estratégias Evolutivas EEs. Prof. Juan Moisés Mauricio Villanueva

Algoritmos Genéticos

Extracção de Conhecimento

Algoritmos Genéticos. Luis Martí LIRA/DEE/PUC-Rio. Algoritmos Genéticos

3 Algoritmos Genéticos

INF 1771 Inteligência Artificial

Um Algoritmo Genético com Aprendizado por Reforço Simples aplicado ao problema do Mundo de Grid

Implementação De Um Algoritmo Genético Codificado Para A Solução do Problema do Caixeiro Viajante

Algoritmos Genéticos Fernando Lobo

Universidade Federal do Paraná (UFPR) Bacharelado em Informática Biomédica. Árvores de Decisão. David Menotti.

Otimização com Algoritmos Evolutivos

11/1/2012. Agenda. Classe de problemas de interesse. Busca Local. Busca Local. Exemplo de Espaço de Estados

Estrutura comum dos AEs Seleção

Figura 3.1: Fluxograma do algoritmo da Programação Genética.

INF 1771 Inteligência Artificial

APLICAÇÃO DE ALGORITMOS BIO-INSPIRADOS EM CONTROLE ÓTIMO

GAs são indicados em problemas complexos de otimização- onde se busca uma solução melhor:

GAs são indicados em problemas complexos de otimização- onde se busca uma solução melhor:

Computação Evolutiva Parte 2

Breve Avaliação de Parâmetros básicos de Algoritmos Genéticos

Metaheurísticas Populacionais Baseado no livro METAHEURISTICS - From Design to Implementation El-Ghazali Talbi. Gustavo Peixoto Silva

Agentes Adaptativos. Introdução

Computação Evolutiva. Aula 4 Usando AEs Prof. Tiago A. E. Ferreira

Métodos de Busca. Inteligência Artificial. Algoritmos Genéticos. Algoritmos Evolucionários. Prof. Ms. Luiz Alberto Contato:

SISEE. Genetic Algorithms MEE

Modelos Evolucionários e Tratamento de Incertezas

Inteligência Artificial

ESTUDO DOS PARAMETROS DE UM ALGORITMO GENÉTICO PARA POSTERIOR USO NA SOLUÇÃO DE PROBLEMAS DO TIPO JOB-SHOP

Aprendizado de Máquina

Aplicação da Metaheurística Algoritmos Genéticos na solução do problema das n Rainhas

Problema de Satisfação de Restrições

Problema de Satisfação de Restrições. Problema de Satisfação de Restrições. Grafo de restrições. Exemplo: 4 Rainhas como um PSR

4 Métodos Existentes. 4.1 Algoritmo Genético

3 Otimização Evolucionária de Problemas com Restrição

Sistemas de Apoio à Decisão Optimização V 2.0, V.Lobo, EN/ISEGI, 2011

1. Computação Evolutiva

Prof. Marco Aurélio C. Pacheco. 1. Problema 2. Representação 3. Decodificação 4. Avaliação 5. Operadores 6. Técnicas 7. Parâmetros

3. ALGORITMOS GENÉTICOS

Algoritmos Genéticos

Inteligência Computacional Aplicada. O que é Inteligência Computacional? Áreas de Aplicação Algoritmos Genéticos

OTIMIZAÇÃO DA LIMPEZA DE REDES DE TROCADORES DE CALOR EMPREGANDO OS ALGORITMOS GENÉTICOS

CTC-17 Inteligência Artificial Busca Competitiva e Busca Iterativa. Prof. Paulo André Castro

O USO DE ALGORITMOS GENÉTICOS NA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS DE PROGRAMAÇÃO LINEAR RESUMO INTRODUÇÃO

4 Implementação Computacional

Estratégias Evolucionárias (Evolution Strategies - ES) Disciplina: Inteligência Artificial

3 Computação Evolucionária

Estudo da influência de elitismo e mutação em algoritmos genéticos

SISTEMAS INTELIGENTES

UMA INTRODUÇÃO AOS ALGORITMOS GENETICOS

Transcrição:

Programa Doutoral em Engenharia Informática Mestrado Integrado em Engenharia Informática LIACC/FEUP Universidade do Porto www.fe.up.pt/ ec rcamacho@fe.up.pt Outubro 2007

Algoritmos Genéticos alguns destes acetatos são adaptados do livro Machine Learning, Tom Mitchel

Algoritmos Genéticos bibliografia Adaptation in Natural and Artificial Systems John H. Holland University of Michigan Press, 1975 Machine Learning - Tom M. Mitchell, 1997, McGraw-Hill (Capítulo 9)

Evolução Biológica Lamarck e outros: As espécies transmutam com o tempo Darwin e Wallace: Consistentemente há variações que são herdadas entre os indivíduos de uma população Selecção Natural dos mais aptos Mendel e a genética: Um mecanismo para herdar características genótipo mapeamento do fenótipo

Algoritmos Genéticos definições Algoritmos Genéticos (AG) (Holland, 1975) são inspirados pela teoria de Darwin da Selecção Natural ou sobrevivência dos mais aptos Utilizam recombinações genéticas para efectuarem a evolução das populações Podem ser vistos como efectuando uma busca que aplica de modo probabiĺıstico operadores a pontos do espaço de procura A utilização de um AG envolve: i) uma codificação dos estados do problema (cromossomas representados geralmente por bit streams) ii) definição de uma função de aptidão (fitness function) para avaliar os estados Novos cromossomas (estados) são gerados por aplicação de operadores genéticos aos cromosomas existentes

Algoritmos Genéticos definições Os operadores genéticos mais frequentes são: crossover e mutation Crossover recombina informação de dois cromossomas pais para obter dois novos cromossomas descendentes Mutation utiliza um cromossoma pai e troca uma porção desse cromossoma para obter um cromossoma descendente Um conjunto de cromossomas é designado por população O tamanho da população é mantido constante durante a execução do algoritmo A execução de um AG é composta por um ciclo que faz evoluir uma população inicial utilizando os operadores genéticos

Algoritmos Genéticos definições Em cada ciclo, chamado uma geração, novos cromossomas são gerados por reprodução genética dos existentes Em cada ciclo o conjunto de cromossomas que se reproduz é escolhido aleatoriamente Os mais aptos têem uma probabilidade mais elevada de contribuirem com descendência para a geração seguinte Os novos cromossomas são avaliados pela função de aptidão e adicionados à população existente A população é reduzida para o tamanho pré-fixado descartando os menos aptos

Algoritmos Genéticos definições Nalgumas implementações um número fixo dos mais aptos é mantido de uma geração para a seguinte (princípio de elitismo). O algoritmo corre um número fixo de gerações O método dos AGs de remover os indivíduos menos aptos e propagar as carcaterísticas dos mais aptos tem semelhanças com a penalização e recompensa dos algoritmos de Reinforcement Learning

Algoritmos Genéticos GA(Aptidão(), Limiar de Aptidão, p, r, m) Initialização: P p hipóteses aleatórias Avaliação: para cada h em P, calcule Aptidão(h) While max h Aptidão(h) < Limiar de Aptidão 1. Selecção: Seleccione probabilisticamente (1 r)p membros de P para adicionar a P S Pr(h i ) = Aptidão(h i ) Pp j=1 Aptidão(h j ) 2. Crossover: Seleccione probabilisticamente r p 2 pares de hipóteses de P. Cada par, h 1, h 2, produz 2 descendentes usando o operador Crossover. Adicione os descendentes a P s. 3. Mutação: Inverta um bit selecionado aleatoriamente em m p elementos escolhidos aleatoriamente em P s 4. Actualização: P P s 5. Avalie: para cada h em P, calcule Aptidão(h) Returna hipótese de P com maior Aptidão

Representação de Hipótheses Represente (Outlook = Overcast Rain) (Wind = Strong) por Outlook Wind 011 10 Represente IF Wind = Strong THEN PlayTennis = yes por Outlook Wind PlayTennis 111 10 10

Operadores de Algoritmos Genéticos

Selecção da Hipótese mais apta Selecção proporcional à Aptidão: Pr(h i ) = Aptidão(h i ) p j=1 Aptidão(h j) Selecção por torneio: Escolha h 1, h 2 aleatoriamente com distribuição uniforme Com probabilidade p, escolha o mais apto. Selecção por Ranking: Ordene todas as hipóteses pelo valor da aptidão A probabilidade de selecção e proporcional ao rank

Sistema GABIL [DeJong et al. 1993] Aprende conjunto disjunto de regras proposicionais, (nível C4.5) Aptidão: Aptidão(h) = (correcto(h)) 2 Representação: IF a 1 = T a 2 = F THEN c = T ; IF a 2 = T THEN c = F representado por Operadores Genéticos: a 1 a 2 c a 1 a 2 c 10 01 1 11 10 0 Pretende conjuntos de regras com tamanho variável Pretende só hipóteses bem formadas (well-formed bitstring hypotheses)

GABIL Results Performance of GABIL comparable to symbolic rule/tree learning methods C4.5, ID5R, AQ14 Average performance on a set of 12 synthetic problems: GABIL without AA and DC operators: 92.1% accuracy GABIL with AA and DC operators: 95.2% accuracy symbolic learning methods ranged from 91.2 to 96.6

Algoritmos Genéticos usos AGs têem sido utilizados de modo simbiótico com algoritmos inductivos de ML na construção e sintonização de controladores Usados na procura da estrutura do modelo e na sintonização de parâmetros numéricos enquanto que os métodos inductivos são usados para tornar inteligíveis as codificações usadas pelos AGs São utilizados como optimizadores e algoritmos de procura de uso geral

Algoritmos Genéticos exemplo 1 pole and cart Varšek et al. (1993) utilizaram AGs no problema do pole and cart Processo decomposto em 3 fases: 1) AG aprende um conjunto de regras que controlam o pole and cart sob a forma de uma tabela de decisão. Estas regras são operacionais mas não inteligíveis. 2) um algoritmo inductivo de ML transforma as regras em formato compreensível 3) AG optimiza os parâmetros numéricos existentes no conjunto compreensível de regras