Thuật toán bầy ong giải giải bài toán cây khung với chi phí định tuyến nhỏ nhất

Tóm tắt Thuật toán bầy ong giải giải bài toán cây khung với chi phí định tuyến nhỏ nhất: ...ến hơn [4]. Các thuật toán mô phỏng theo quá trình tìm kiếm thức ăn của loài ong mật (gọi chung là 268 PHAN TẤN QUỐC, NGUYỄN ĐỨC NGHĨA các thuật toán bầy ong) đã được biết đến trong các công trình của các nhóm tác giả Karaboga và Basturk (2007) [5, 6], Dusan Teodorovic (2010) [9], Alok Singh và ...n cận vừa mô tả được đặt tên là neighsearch(T, k, q). Sau đây là mã giả mô tả việc tìm kiếm cây khung lân cận tốt hơn. INPUT: Cây khung T = (V,E(T )) và số nguyên dương k OUTPUT: Thay thế cây khung T bởi cây khung tốt nhất trong lân cận gồm k cây khung được tạo ngẫu nhiên chỉ khác T một cạnh. ...bố đều hoặc không đều giữa các đỉnh (đồ thị thưa), đồ thị tổng quát (ngẫu nhiên về trọng số và cấu trúc cạnh). Đồ thị tổng quát. Trước hết xây dựng ngẫu nhiên một cây khung T gồm n đỉnh và n−1 cạnh, sau đó tiếp tục thêm ngẫu nhiên m− (n− 1) cạnh khác nữa vào T ; trọng số các cạnh của đồ thị là s...

pdf12 trang | Chia sẻ: havih72 | Lượt xem: 182 | Lượt tải: 0download
Nội dung tài liệu Thuật toán bầy ong giải giải bài toán cây khung với chi phí định tuyến nhỏ nhất, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
n này là BEE-MRCST).
2.1. Mã hóa cây khung
Trong thuật toán BEE-MRCST, ta sử dụng phương pháp mã hóa dạng cạnh để mã hóa
cây khung, mỗi cây khung được mã hóa bởi một chuỗi gồm n− 1 số nguyên, trong đó mỗi số
nguyên là chỉ số của cạnh của đồ thị tham gia vào cây khung (các cạnh của đồ thị được đánh
số từ 1 đến m). Trong thuật toán BEE-MRCST, ta đồng nhất hai khái niệm cá thể và cây
khung khi diễn đạt.
2.2. Tính chi phí định tuyến của cây khung
Việc tính chi phí định tuyến của cây khung T theo công trình [1] có thể tiến hành như
sau: Thực hiện duyệt cây T theo chiều sâu bắt đầu từ đỉnh v1 ta thu được biểu diễn của T
dưới dạng cây có gốc tại đỉnh v1. Gọi Vu là số lượng đỉnh của cây con có gốc là u. Với mỗi
đỉnh u của cây T, u 6= v1, ký hiệu eu = (parent(u), u); trong đó parent(u) là cha của u trong
cây T . Sau đây là đoạn mã giả mô tả việc tính routing cost theo công thức (2).
INPUT: Cây khung T = (V (T ), E(T )) được biểu diễn như cây có gốc tại v1
OUTPUT: Chi phí định tuyến của T
routingcost(T )
{ if T = ∅ return +∞; // Ta qui ước cây rỗng có chi phí +∞
Duyệt cây T theo chiều sâu bắt đầu từ đỉnh v1;
C = 0;
for (mỗi đỉnh u ∈ V (T ))
if (u! = v1){l(eu) = 2× Vu × (n− Vu);
C = C + l(eu) + w(eu);
THUẬT TOÁN BẦY ONG GIẢI BÀI TOÁN CÂY KHUNG 269
}
return C;
}
2.3. Tạo quần thể ban đầu
Thuật toán BEE-MRCST sử dụng hai cách sau đây để tạo quần thể ban đầu: Thứ nhất,
mỗi cá thể là một cây đường đi ngắn nhất có gốc xuất phát từ một đỉnh nào đó của đồ thị.
Cách này cho phép tạo ra các cá thể với chi phí tương đối tốt, nhưng chỉ tạo được quần thể
với kích thước không vượt quá số đỉnh của đồ thị. Thứ hai, mỗi cá thể là một cây khung được
tạo theo thuật toán tựa Prim: Bắt đầu từ cây chỉ gồm một đỉnh nào đó của đồ thị, để xây
dựng cây khung, thuật toán thực hiện n− 1 bước lặp. Ở mỗi bước lặp, trong số các đỉnh chưa
tham gia vào cây khung đang xây dựng ta chọn một đỉnh kề với ít nhất một đỉnh trong cây
khung đang xây dựng. Đỉnh được chọn và cạnh nối nó với đỉnh của cây khung đang xây dựng
sẽ được bổ sung vào cây. Cách này cho phép tạo được quần thể với kích thước lớn hơn, tính
đa dạng của quần thể được bảo đảm, nhưng chất lượng của quần thể sẽ không cao. Các cách
tạo quần thể ban đầu này đã được nhóm tác giả đề xuất trong [11, 14]. Trong thuật toán
BEE-MRCST, ta sẽ cố định kích thước quần thể là N , khi N < n thì chọn cách thứ nhất để
tạo quần thể, ngược lại, chọn cách thứ hai. Sau đây là đoạn mã giả cho việc tạo quần thể ban
đầu.
INPUT: G = (V,E,w)
OUTPUT: Quần thể Q gồm N cây khung T1, T2, ..., TN của đồ thị G
initpopulation(V,E,w)
{ Q = ∅;
if (N ≥ n) for i = 1..N{T = likeprim(V,E); Q = Q ∪ {T}; }
else
for i = 1..N{
Chọn ngẫu nhiên một đỉnh u trong số các đỉnh chưa được chọn trước đó;
T = sptwong(V,E,w, u); Q = Q ∪ {T};
}
}
// Hàm sptwong(V,E,w, s) trả lại T = (V,E(T )) là SPT xuất phát từ đỉnh s trên G
sptwong(V,E,w, s)
{ Dijkstra(V,E,w, s); // Thực hiện thuật toán Dijkstra tìm cây đường đi ngắn nhất
từ đỉnh s đến các
// đỉnh còn lại, ta thu được prev(v) - đỉnh đi trước đỉnh v trong đường đi ngắn nhất
từ s đến v.
Đặt E(T ) = {(v, prev(v)) : v ∈ V − {s}};
return cây khung T = (V,E(T ));
}
//hàm likeprim(V,E) trả lại cây khung ngẫu nhiên T = (V (T ), E(T )) theo thuật
toán tựa Prim
likeprim(V,E)
{ V (T ) = u; // u là một đỉnh được chọn ngẫu nhiên trong số các đỉnh của G = (V,E)
270 PHAN TẤN QUỐC, NGUYỄN ĐỨC NGHĨA
while (|V (T )| < n){
Chọn ngẫu nhiên đỉnh v ∈ V −V (T ) sao cho v có kề với một đỉnh z nào đó trong
V (T );
V (T ) = V (T ) ∪ {v}; E(T ) = E(T ) ∪ {(v, z)};
}
return cây khung T = (V,E(T ));
}
2.4. Sắp xếp quần thể
Quần thể có N cá thể, sử dụng thuật toán Quick Sort sắp xếp các cá thể trong quần thể
Q theo chiều tăng dần của chi phí định tuyến các cá thể. Sau khi sắp xếp, ta phân bố các
cá thể vào ba loại vùng: h cá thể tốt nhất phân vào h-vùng, p− h cá thể tiếp theo phân vào
ph-vùng và N − p cá thể cuối cùng phân vào np-vùng. Hàm sắp xếp quần thể và và phân bố
các cá thể vào các vùng được đặt tên là sortpopulation(Q,N).
2.5. Tìm kiếm lân cận
Thủ tục tìm kiếm lân cận bắt đầu từ cây khung T được tiến hành như sau: Loại ngẫu
nhiên khỏi T một cạnh e, sau đó thực hiện q lần thao tác sau đây: chọn ngẫu nhiên cạnh e′
từ tập E − E(T ), nếu tập cạnh E(T )− {e} ∪ {e′} cho ta cây khung T ′ có chi phí tốt hơn T
thì ghi nhận cây khung này. Thủ tục trên sẽ được lặp lại k lần đối với cây khung T , và trong
số các cây khung được ghi nhận chọn ra T ∗ là cây khung tốt nhất, rồi đặt T = T ∗. Như vậy
quần thể Q được cập nhật sau khi thực hiện xong tìm kiếm lân cận. Tìm kiếm lân cận vừa đề
xuất là khác với các tiếp cận đã được công bố ở các công trình [11, 12, 14]. Hàm tìm kiếm lân
cận vừa mô tả được đặt tên là neighsearch(T, k, q). Sau đây là mã giả mô tả việc tìm kiếm
cây khung lân cận tốt hơn.
INPUT: Cây khung T = (V,E(T )) và số nguyên dương k
OUTPUT: Thay thế cây khung T bởi cây khung tốt nhất trong lân cận gồm k cây khung
được tạo ngẫu nhiên chỉ khác T một cạnh.
neighsearch(T, k)
{ T ∗ = ∅; //T ∗ - là cây khung tốt nhất trong lân cận của cây T
for i = 1..k{
Xóa một cạnh e được chọn ngẫu nhiên trong E(T );
for i = 1..q{ Chọn ngẫu nhiên cạnh e′ ∈ E − E(T );
if (T ′ = (V,E(T )− {e} ∪ {e′}) là cây khung)
and (routingcost(T ′) < routingcost(T ∗))T ∗ = T ′;
}
if routingcost(T ∗) < routingcost(T ) Q = Q− {T} ∪ {T ∗}; // thay cây khung T bởi
cây khung T ∗;
}
THUẬT TOÁN BẦY ONG GIẢI BÀI TOÁN CÂY KHUNG 271
2.6. Tìm kiếm lân cận ngẫu nhiên
Trong tìm kiếm lân cận ở mục trên, cây khung tìm được ở bước sau luôn không tồi hơn
cây khung ở bước trước đó. Điều này dễ làm cho quá trình tìm kiếm bị rơi vào ngõ cụt. Khi
đó cần thực hiện việc đa dạng hóa lời giải nhờ thực hiện tìm kiếm lân cận ngẫu nhiên. Trong
BEE-MRCST ta gọi việc làm này là xáo trộn lời giải. Công việc này được thực hiện ở tất cả
các vùng thuộc np-vùng và các vùng thuộc h-vùng và ph-vùng đã khai thác cạn, nghĩa là ở
các vùng mà chất lượng lời giải không được cải thiện qua một số lần lặp xác định. Tìm kiếm
lân cận ngẫu nhiên cho cây khung T được tiến hành tương tự như tìm kiếm lân cận: Xóa ngẫu
nhiên cạnh e trong T , tìm ngẫu nhiên một cạnh e′ từ tập E−E(T ) sao cho E(T )−{e}∪{e′}
cho ta cây khung T ′ (không quan tâm đến việc T ′ có tốt hơn T hay không). Lặp lại k lần thao
tác trên và chọn ra trong số các cây khung thu được, cây khung tốt nhất thay thế cho T . Như
vậy quần thể Q được cập nhật sau khi thực hiện xong tìm kiếm lân cận ngẫu nhiên. Mã giả
cho việc tìm kiếm cây khung lân cận ngẫu nhiên được mô tả như sau.
INPUT: Cây khung T = (V,E(T )) và số nguyên dương k
OUTPUT: Cây khung T sau khi đã thay thế ngẫu nhiên k cạnh
randsearch(T, k)
{ T ∗ = ∅; //T ∗ là cây khung tốt nhất trong lân cận ngẫu nhiên của T
for i = 1..k{
Xóa một cạnh e được chọn ngẫu nhiên trong cây T ;
Tìm ngẫu nhiên một cạnh e′ từ tập E −E(T ) sao cho T ′ = (V,E(T )− {e} ∪ {e′})
là cây khung;
if (routingcost(T ′) < routingcost(T ∗))T ∗ = T ′;
}
Q = Q− {T} ∪ {T ∗}; // thay cây khung T bởi cây khung T ∗
}
2.7. Tìm lời giải tốt nhất
Để đưa ra cây khung được chọn làm lời giải của bài toán, ta tiến hành so sánh cây khung
tốt nhất tìm được với các cá thể thuộc quần thể Q khi kết thúc quá trình tìm kiếm. Sau đây
là mã giả mô tả việc tìm lời giải tốt nhất của bài toán.
INPUT: Quần thể Q gồm N cây khung T1, T2, ..., TN , và bestT là cây khung tốt nhất hiện tại
OUTPUT: bestT – cây khung được chọn làm lời giải của bài toán
bestsolution(Q,N, bestT )
{ for i = 1..n
if routingcost(Ti) < routingcost(bestT ) bestT = Ti;
return bestT ;
}
2.8. Thuật toán BEE-MRCST
BEE-MRCST trước hết là tạo quần thể ban đầu Q, sau đó là lặp lại các thao tác: Sắp xếp
quần thể Q và phân bố các cá thể vào mỗi loại vùng; mỗi cá thể thuộc h-vùng cho tìm kiếm
272 PHAN TẤN QUỐC, NGUYỄN ĐỨC NGHĨA
lân cận k1 lần, mỗi cá thể thuộc ph-vùng cho tìm kiếm lân cận k2 lần, mỗi cá thể đã được
khai thác cạn cho tìm kiếm lân cận ngẫu nhiên k3 lần, mỗi cá thể thuộc np-vùng cho tìm kiếm
lân cận ngẫu nhiên k4 lần. Trong mỗi bước lặp, quần thể Q đã được cập nhật thông qua các
thao tác tìm kiếm lân cận và tìm kiếm lân cận ngẫu nhiên. Khi thuật toán dừng, cá thể tốt
nhất tìm được trong quá trình thực hiện thuật toán được công bố làm lời giải cần tìm. Sau
đây là mã giả minh họa cho việc tìm kiếm cây khung có chi phí định tuyến nhỏ nhất.
Thuật toán BEE-MRCST
INPUT: G = (V,E,w)
OUTPUT: Cây khung có chi phí định tuyến nhỏ nhất tìm được bestT
BEE −MRCST (V,E,w){
initpopulation(V,E,w,N); // Tạo quần thể Q gồm các cây khung T1, T2, ..., TN
while (điều kiện dừng chưa thỏa)
{ sortpopulation(Q,N); // sắp xếp các cá thể trong Q theo thứ tự C(T1) ≤ C(T2) ≤
... ≤ C(TN )
Cập nhật bestT = T1;
for i = 1..h{neighsearch(Ti, k1);
if (sau itermax lần lặp mà Ti không được cải thiện) randsearch(Ti, k3);
}
for i = h+ 1..p{neighsearch(Ti, k2);
if (sau itermax lần lặp mà Ti không được cải thiện) randsearch(Ti, k3);
}
for i = p+ 1..N randsearch(Ti, k4);
}
bestsolution(Q,N, bestT );
return bestT ;
}
Điều kiện dừng thuật toán thường được chọn là: hoặc là thực hiện đủ số tối đa lần lặp
định trước hoặc là sau một số định trước lần lặp lời giải tốt nhất hiện có không được cải thiện.
Trong bài báo này, thuật toán kết thúc khi thực hiện đủ Imax = 350 lần lặp.
Khác với sơ đồ thuật toán bầy ong tổng quát, thuật toán BEE-MRCST không sử dụng
tham số ngh. Việc phân vùng tìm kiếm trong BEE-MRCST được thực hiện dựa vào việc sắp
xếp cả quần thể. Những vùng đã khai thác cạn được mở rộng nhờ tìm kiếm lân cận ngẫu
nhiên. Thuật toán BEE-MRCST là khác biệt so với thuật toán ABC đề xuất trong [5, 6, 12]
ở phương pháp tạo quần thể ban đầu - có sử dụng thuật toán Wong, thuật toán tìm kiếm lân
cận và phương pháp phân vùng tìm kiếm.
Đánh giá thời gian tính của thuật toán BEE-MRCST
Ta có thể đánh giá thời gian tính của một lần lặp của thuật toán BEE-MRCST như sau.
Hàm Sắp xếp quần thể có thời gian tính O(N logN), hàm xử lý cho h-vùng có thời gian
tính O(n2), hàm xử lý cho ph-vùng có thời gian tính O(n2), hàm xử lý cho np-vùng có thời
gian tính O(n). Tổng cộng, một lần lặp của thuật toán BEE-MRCST đòi hỏi thời gian tính
O(n2 +N logN).
THUẬT TOÁN BẦY ONG GIẢI BÀI TOÁN CÂY KHUNG 273
3. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
3.1. Xây dựng bộ dữ liệu
Như đã đề cập ở phần đầu bài báo, hiệu quả của thuật toán giải bài toán MRCST phụ
thuộc vào hai đặc trưng quan trọng của dữ liệu, đó là cấu trúc của đồ thị và trọng số trên các
cạnh của đồ thị. Liên quan đến trọng số, chúng tôi sẽ tiến hành thực nghiệm với các đồ thị
có trọng số trên các cạnh là sai khác nhau lớn hoặc sai khác nhau nhỏ hoặc trọng số các cạnh
là như nhau. Liên quan đến cấu trúc đồ thị, có thể tiến hành thực nghiệm với các loại đồ thị
như đồ thị đầy đủ (đồ thị dày) và đồ thị có các cạnh được phân bố đều hoặc không đều giữa
các đỉnh (đồ thị thưa), đồ thị tổng quát (ngẫu nhiên về trọng số và cấu trúc cạnh).
Đồ thị tổng quát. Trước hết xây dựng ngẫu nhiên một cây khung T gồm n đỉnh và n−1 cạnh,
sau đó tiếp tục thêm ngẫu nhiên m− (n− 1) cạnh khác nữa vào T ; trọng số các cạnh của đồ
thị là số nguyên ngẫu nhiên trong đoạn [1..max_weight].
Đồ thị đồng nhất. Việc sinh ngẫu nhiên các đồ thị đồng nhất được thực hiện tương tự như
đối với trường hợp đồ thị tổng quát; điểm khác biệt duy nhất là trọng số các cạnh được sinh
phải thỏa mãn điều kiện đồng nhất hoặc gần đồng nhất: đặt δ = random(r),maxcost =
random(max_weight) + δ + 1; khi đó maxcost + random(2 × δ + 1) − δ là trọng số cạnh;
các trọng số này sẽ sai khác từ −(r − 1) đến (r − 1). Khi r giảm, tính đồng nhất của đồ thị
sẽ tăng (hàm random(r) trả về một số nguyên ngẫu nhiên trong phạm vi từ 0 đến (r − 1)).
Đồ thị có các cạnh được phân bố đều. Đồ thị có các cạnh được phân bố đều giữa các đỉnh là
đồ thị mà bậc của các đỉnh là chênh lệch nhau không đáng kể.
Trước hết sinh ngẫu nhiên cây khung T có n− 1 cạnh mà mỗi cạnh có các đỉnh tối đa là
bậc 2 (đơn giản là đường nối n đỉnh); sau đó chèn thêm m − (n − 1) cạnh ngẫu nhiên khác
vào T để được đồ thị G. Cạnh (u, v) được chèn vào G nếu bậc của các đỉnh u, v (tính trên T )
≤[2m/n], trọng số các cạnh của đồ thị là số nguyên ngẫu nhiên trong đoạn [1..max_weight].
Đồ thị có các cạnh được phân bố không đều. Trước hết tạo một cây khung T ngẫu nhiên đi
qua n đỉnh: T được tạo có α cụm hình sao (các cạnh có chung đỉnh một đỉnh), mỗi cụm có
n/α− 2 cạnh và n− α× (n/α− 1) đỉnh còn lại sẽ tạo thành cụm hình sao cuối cùng, nối α
cụm này lại với nhau để tạo thành một cây khung. Việc sinh thêm m− (n− 1) cạnh còn lại
được thực hiện như đối với đồ thị tổng quát.
Đồ thị đầy đủ. Đồ thị có n đỉnh có số cạnh là m = (n− 1)× n/2, trọng số trên các cạnh của
đồ thị được tạo là các số nguyên ngẫu nhiên trong đoạn [1..max_weight].
3.2. Môi trường và dữ liệu thực nghiệm
Thuật toán BEE-MRCST được cài đặt trên ngôn ngữ C++ sử dụng trình biên dịch CFREE
5 và chạy trên máy tính cấu hình 4GB RAM, CPU INTEL 2.20GHz.
Ở đây, ta tiến hành thực nghiệm thuật toán BEE-MRCST trên 5 loại đồ thị đã đề cập ở
trên. Dữ liệu thực nghiệm được phát sinh ngẫu nhiên như đề xuất từ các bài báo [11, 12] với
hai hệ thống test: Hệ thống test 1 có 96 test (trong đó có 18 test STEI-01..STEI-18 được lấy
từ trang WEB2) và hệ thống test 2 có 75 test. Trong hệ thống test 1 các đồ thị được sinh có
số đỉnh trong phạm vi [20..100], số cạnh trong phạm vi [50..1200] và trọng số các cạnh trong
phạm vi 1..2500. Trong hệ thống test 2 các đồ thị được giữ nguyên số đỉnh và số cạnh như
đối với hệ thống test 1, cấu trúc của đồ thị được sinh ngẫu nhiên, trọng số các cạnh được cho
ngẫu nhiên phạm vi 1..100.
274 PHAN TẤN QUỐC, NGUYỄN ĐỨC NGHĨA
3.3. Các tham số thực nghiệm
Kết quả thực nghiệm của thuật toán BEE-MRCST được so sánh chi tiết với các thuật
toán Wong [1], SHCS [3], LS [7], MMAS [11], GA [14] và ABC [12]. Chi phí định tuyến trong
các bảng thực nghiệm được ghi nhận bằng 1/2 giá trị tính theo công thức (2). Trong thực
nghiệm, thuật toán Wong thực hiện 1 lần chạy, thuật toán SHCS thực hiện 20 lần chạy; mỗi
lần chạy có 2000 vòng lặp và trong mỗi vòng lặp mỗi cá thể sinh 5 lân cận; thuật toán LS cho
thực hiện 10 lần chạy; mỗi lần chạy có 20000 vòng lặp (các thuật toán SHCS, LS được khởi
tạo bằng thuật toán Wong); thuật toán MMAS được thực hiện 1 lần chạy khi cho 20 kiến dò
đường 300 lần; các thuật toán GA, BEE-MRCST được thực hiện 10 lần chạy, và ở mỗi lần
chạy thuật toán dừng khi thực hiện đủ Imax = 350 lần lặp; thuật toán ABC được thực hiện
30 lần chạy và tất cả các tham số đều được giữ nguyên như tác giả đã đề xuất [12]. Đối với
mỗi thuật toán, kết quả được ghi nhận là kết quả tốt nhất của các lần chạy.
3.4. Đánh giá kết quả thực nghiệm
Về chi phí định tuyến
Kết quả thực nghiệm BEE-MRCST cho từng loại đồ thị ứng với từng thuật toán được
tổng hợp lại trong Bảng 1 (chi tiết hơn có thể xem tại trang WEB1). Nội dung của bảng 1
cho biết số lượng (SL) bộ test cho kết quả tốt hơn (ghi nhận bởi ký hiệu “<”) hoặc bằng nhau
(ghi nhận bởi ký hiệu “=”) hoặc kém hơn (ghi nhận bởi ký hiệu “>”) khi so sánh thuật toán
BEE-MRCST với các thuật toán Wong, SHCS, LS, MMAS, GA và ABC; đồng thời cũng cho
biết tỷ lệ phần trăm (%) tương ứng. Bảng 1 ghi nhân kết quả so sánh riêng cho từng dạng đồ
thị và tổng hợp cho tất cả các dạng đồ thị đã đề cập. Kết quả ghi nhận trong Bảng 1 cho thấy
với hầu hết các bộ test, BEE-MRCST cho kết quả tốt hơn hẳn các thuật toán Wong, SHCS,
LS, MMAS, GA và ABC (chương trình cài đặt thuật toán ABC do nhóm tác giả đề xuất).
Bảng 1. So sánh thuật toán BEE-MRCST với các thuật toán khác trên hệ thống test 1
THUẬT TOÁN BẦY ONG GIẢI BÀI TOÁN CÂY KHUNG 275
Kết quả thực nghiệm các thuật toán trên với hệ thống test 2 được trình bày trong bảng 2.
Bảng 2. So sánh thuật toán BEE-MRCST với các thuật toán khác trên hệ thống test 2
Về số lượng cây khung phải khảo sát
Đối với mỗi đồ thị trong 171 test đã thực nghiệm, ta ghi nhận số lượng cây khung mà các
thuật toán Wong, SHCS, LS, MMAS, GA và ABC đã khảo sát khi thực hiện theo các tham
số đã mô tả ở trên. Vì khuôn khổ có hạn của bài báo, bảng 3 dưới đây chỉ trích dẫn kết quả
cho 5 bộ dữ liệu với các đồ thị đầy đủ. Bảng kết quả thực nghiệm đầy đủ và các file dữ liệu
INPUT/OUTPUT được tải lên trên trang WEB1.
Bảng 3. Số lượng cây khung được khảo sát theo các thuật toán
Kết quả thống kê trong bảng 3 cho thấy: Nếu tính trung bình cho một lần chạy thuật
toán, số lượng cây khung mà thuật toán BEE-MRCST phải khảo sát trung bình là nhiều gấp
hơn 16000 lần so với thuật toán Wong, và hơn 1.7 lần so với thuật toán ABC (chú ý là kết
quả trong bảng 3 là thống kê của 30 lần chạy ABC và 10 lần chạy của BEE-MRCST).
4. KẾT LUẬN
Bài báo đề xuất thuật toán BEE-MRCST dựa trên thuật toán bầy ong để giải bài toán
MRCST, trong đó đã đưa ra những cải tiến cụ thể về cách thức tạo quần thể ban đầu, cách
thức tìm kiếm lân cận, cách thức phân bố các vùng để thực hiện việc tìm kiếm. Thuật toán
276 PHAN TẤN QUỐC, NGUYỄN ĐỨC NGHĨA
BEE-MRCST đã được cài đặt và thử nghiệm trên hai hệ thống test được sinh ngẫu nhiên với
171 bộ test. Kết quả thực nghiệm cho thấy thuật toán BEE-MRCST với những cải tiến đã
nêu cho chất lượng lời giải cao hơn các thuật toán hiện biết. Việc tiếp tục phát triển thuật
toán cho lời giải của bài toán MRCST với chất lượng cao hơn nữa là vấn đề cần giải quyết
trong những nghiên cứu tiếp theo.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Bang Ye Wu, Kun-Mao Chao, Spanning Trees and Optimization Problems, Chapman &
Hall/CRC, 2004, (13–139).
[2] V. Grout, Principles of cost minimization in wireless networks, Journal of Heuristics 11 (2)
(2005) 115–133.
[3] B. A. Julstrom, The Blob code is competitive with edgesets in genetic algorithms for the min-
imum routing cost spanning tree problem, Proceedings of the Genetic and Evolutionary
Computation Conference 2005 (GECCO-2005), Hans-Georg Beyer et al.. Eds, vol. 1, ACM
Press, New York, 2005 (585–590).
[4] Duc Truong Pham, A. Ghanbarzadeh, E. Koc, S. Otri, S. Rahim, and M. Zaidi, The bees al-
gorithm - A novel tool for complex optimisation problems, Proceedings of IPROMS 2006
Conference, Cardiff University, 2006 (454–461).
[5] Dervis Karaboga, Bahriye Basturk, A Powerful and Efficient Algorithm for Numerical
Function Optimization: Artificial Bee Colony (ABC) Algorithm, Springer, 2007.
[6] D. Karaboga, B. Basturk, On the Performance of Artificial Bee Colony (ABC) Algorithm,
Elsevier, 2007.
[7] Alok Singh, A new heuristic for the minimum routing cost spanning tree problem, International
Conference on Information Technology, IEEE, Bhubaneswar, India, 2008 (9–13).
[8] Rui Campos, Manuel Ricardo, A fast algorithm for computing minimum routing cost spanning
trees, Computer Networks 52 (17) (2008) 3229–3247.
[9] Dusan Teodorovic, Bee Colony Optimization, Belgrade, Serbia, 2010.
[10] Xing-She Yang, Nature-Inspired Meta-heuristic Algorithms, Luniver Press, 2010 (53–62).
[11] Nguyen Minh Hieu, Phan Tan Quoc, Nguyen Duc Nghia, An approach of ant algorithm for
solving minimum routing cost spanning tree problem, SoICT 2011, ACM, Ha Noi, Viet Nam,
2011 (5–10).
[12] Alok Singh, Shyam Sundar, An artificial bee colony algorithm for the minimum routing cost
spanning tree problem, Soft Computing - A Fusion of Foundations, Methodologies and
Applications 15 (12) (2011) Springer-Verlag, 2489–2499. (DOI: 10.1007/s00500-011-0711-6).
[13] Phan Tan Quoc, A Heuristic approach for solving the minimum routing cost spanning tree
problem, International Journal of Machine Learning and Computing (IJMLC), IACSIT
2 (2012) 406–409.
[14] Phan Tan Quoc, A genetic approach for solving the minimum routing cost spanning tree problem,
International Journal of Machine Learning and Computing (IJMLC) IACSIT 2 (2012)
410–414.
[15] D.S. Johnson, J.K. Lenstra, A.H.G. Rinnooy Kan, The complexity of the network design prob-
lem, Networks 8 (1978) 279–285 (John Wiley & Sons).
Ngày nhận bài 27 - 2 - 2013
Nhận lại sau sửa ngày 09 - 7 - 2013

File đính kèm:

  • pdfthuat_toan_bay_ong_giai_giai_bai_toan_cay_khung_voi_chi_phi.pdf