الگوریتم بهینه‌‌سازی جامعه‌ی مورچگان در مسأله‌ی بهره برداری بهینه از مخازن سدها : مطالعه‌ی مقایسه‌ای چهار الگوریتم

مهندسی عمران فردوسی

مقاله 8، دوره 25، شماره 2، آبان 1393، صفحه 117-134   

نوع مقاله: پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/civil.v25i2.40651

نویسندگان

محمدهادی افشار¹؛ سیدابراهیم رضایی سنگدهی¹؛ رامتین معینی^{* 2}

¹دانشگاه علم و صنعت

²دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

بهره‌برداری بهینه از مخازن سدها از جمله مسایل مهم در علوم مهندسی آب است که روش‌های بهینه‌سازی متعددی به‌منظور حل آن به‌کار گرفته شده است. امروزه کارشناسان مهندسی آب به استفاده از الگوریتم‌های فراکاوشی به‌منظور حل این مسأله گرایش پیدا کرده‌اند. یکی از این الگوریتم‌ها، الگوریتم بهینه‌سازی جامعه‌ی مورچگان است که بر مبنای شبیه‌سازی رفتار جستجوی غذا در جامعه‌ی مورچگان ارائه شده است. در این تحقیق قابلیت‌های چهار الگوریتم مختلف از الگوریتم‌های بهینه‌سازی جامعه‌ی مورچگان به‌نام‌های الگوریتم پایه‌ی سیستم مورچگان، الگوریتم سیستم مورچگان نخبه، الگوریتم سیستم مورچگان ترتیبی و الگوریتم سیستم مورچگان بیشینه-کمینه به‌منظور حل دو مسأله‌ی تک هدفه‌ی بهره‌برداری از مخزن سد دز به‌منظور تأمین آب مورد نیاز (بهره‌برداری ساده) و بهره‌برداری برقابی از مخزن سد دز مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که الگوریتم بهینه‌سازی جامعه‌ی مورچگان، الگوریتمی مناسب در حل مسایل بهره‌برداری از مخازن سدها می باشد. هم‌چنین، از میان الگوریتم‌های مورد مطالعه، الگوریتم سیستم مورچگان بیشینه - کمینه به‌منظور حل مسایل مورد نظر مناسب‌تر عمل نموده است.

کلیدواژه‌ها

الگوریتم فراکاوشی؛ الگوریتم بهینه‌سازی جامعه‌ی مورچگان؛ بهره‌برداری بهینه از مخازن سدها

مراجع

1. Colorni, A., Dorigo, M., Maffoli, F., Maniezzo, V., Righini, G. and Trubian, M., "Heuristics from nature for hard combinatorial optimization problems", International Transactions on Operational Research, 3, pp. 1-21, (1997).

2. Colorni, A., Dorigo, M. and Maniezzo, V., "Ant System: An autocatailytic optimizing process", Tech.Report 91-016, Politecnico di Milano, Italy, (1991).

3. Dorigo, M., and Gambardella, L.M., "Ant colonies for traveling salesman problem", BioSystem, 43, pp. 73-81, (1997a).

4. Stutzle, T. and Hoos, H.H., "Max-Min Ant system", Future Generation Computer System, 16(9), pp. 889-914, (2000).

5. Bullnheimer, B., Hartl, R.F. and Strauss, C., "A new rank-based version of the ant system: A computational study", Central European Journal for Operations Research and Economics, 7(1), pp. 25-38, (1999).

6. Cordon, O., Fernandez de Viana, I., Herrena, F. and Moreno, L., "A new ACO model integrating evolutionary computation concepts: the best-worst ant system", In Proceedings of ANTS'2000-From Ant Colonies to Artificial Ants: Second International Workshop on Ant Algorithms, Brussels, Belgium, pp. 22-29, (2000).

7. Gambardella, L.M, and Dorigo, M., "An ant colony system hybridized with a new local search for the sequential ordering problem", INFORMS Journal on Computing, 12(3), pp. 237-255, (2000).

8. Ali, M., Pant, M. and Abraham, A., "A hybrid ant colony differential evolution and its application to water resources problems", Proceedings of the 2009 Nature & Biologically Inspired Computing World Congress, Coimbatore, India, pp. 1133 – 1138, (2009).

9. Chandra Mohan, B. and Baskaran, R., "A survey: Ant Colony Optimization based recent research and implementation on several engineering domain", Expert Systems with Applications, 39, pp. 4618–4627, (2012).

10. Ostfeld, A., "Ant Colony Optimization for Water Resources Systems Analysis – Review and Challenges", Ant Colony Optimization - Methods and Applications, chapter 17, Published by InTech, (2011).

11. Stutzle, T., Lopez-Ibañez, M. and Dorigo, M., "Concise Overview of Applications of Ant Colony Optimization", Wiley Encyclopedia of Operations Research and Management Science, John Wiley & Sons Inc, pp. 896-911, (2011).

12. Abbaspour, K.C., Schulin, R. and Van Genuchten, M.T., "Estimating unsaturated soil hydraulic parameters using ant colony optimization", Adv. water resource., 24(8), pp. 827-841, (2001).

13. Simpson, A.R., Maier, H.R., Foong, W.K., Phang, K.Y., Seah, H.Y. and Tan, C.L., "Selection of parameters for ant colony optimization applied to the optimal design of water distribution systems", Proc. Int. Congress on Modeling and Simulation, Canberra, Australia, pp. 1931-1936, (2001).

14. Maier, H.R., Simpson, A.R., Zecchin, A.C., Foong, W.K., Phang, K.Y., Seah, H.Y. and Tan, C.L., "Ant colony optimization for design of water distribution system", J. Water Resour. Plng. and Mgmt., 129(3), pp. 200-209, (2003).

15. Zecchin, A.C., Simpson, A.R., Maier, H.R., Leonard, M., Roberts, A. and Berrisford, M.J., "Application of two ant colony optimisation algorithms to water distribution system optimization", Mathematical and Computer Modeling, 44, pp. 451-468, (2005).

16. Afshar, M.H., "Application of Max-Min ant algorithm to joint layout and size optimization of pipe network", Engineering optimization, 38(3), pp. 299-317, (2006).

17. Afshar, M.H., "Improving the efficiency of ant algorithms using adaptive refinement: Application to storm water network design", Advances in Water Resources, 29(9), pp. 1371-1382, (2006).

18. Afshar, M.H., and Moeini, R., "Partially and Fully Constrained Ant Algorithms for the Optimal Solution of Large Scale Reservoir Operation problems", J. Water Resour. Manage, 22(1), pp. 1835-1857, (2008).

19. Ostfeld, A. and Tubaltzev, A., "Ant colony optimization for least cost design of water distribution systems", Journal of Water Resources Planning and Management Division, ASCE, 134(2), pp. 107-118, (2008).

20. Afshar, A., Abbasi, H. and Jalali, M.R., "Optimum Design of Water Conveyance Systems by Ant Colony Optimization Algorithms", International Journal of Civil Engineering, 4(1), pp. 1-13, (2006).

21. Afshar, M.H., "Layout and size optimization of tree-like pipe networks by incremental solution ants", Can. J. civ. Eng., 35, pp. 129-139, (2008).

22. Afshar, M.H., "Elitist-Mutated Ant System Versus Max-Min Ant System: Application to Pipe Network Optimization Problems", SCIENTIA IRANICA, Transaction A: Civil Engineering, 16(4), pp. 286-296, (2009).

23. Madadgar, S. and Afshar, A., "An Improved Continuous Ant Algorithm for Optimization of Water Resources Problems", Water Resource Management, 23(10), pp. 2119–2139, (2009).

24. Afshar, M.H., "A parameter free continuous Ant Colony Optimization Algorithm for the optimal design of storm sewer networks: Constrained and unconstrained approach", Advances in Engineering Software, 41, pp. 188–195, (2010).

25. Abbasi, H., Afshar, A. and Jalali, M.R., "Ant-colony-based simulation–optimization modeling for the design of a forced water pipeline system considering the effects of dynamic pressures", Journal of Hydroinformatics, 12(2), pp. 212-224, (2010).

26. Madadgar, S. and Afshar, A., "Forced Water main design; mixed ant colony optimization", Int. J. Optim. Civil Eng., 1, pp. 47-71, (2011).

27. Moeini, R. and Afshar, M.H., "Layout and size optimization of Sanitary Sewer network using intelligent ants", Advances in Engineering Software, 51, pp. 49-62, (2012).

28. Moeini, R. and Afshar, M.H., "Constrained Ant Colony Optimization Algorithm for the layout and size optimization of sanitary sewer networks", Urban Water journal, 10(3), pp. 154-173, (2013).

29. Grasse, p.p., "La reconstruction dun id et les coordinations inter-individuelles chez., Bellicositermes natalensis et Cubitermes sp. La theorie de la stigmergie: essai d’interpretation du comportement des termites constructeurs. " Insectes Soc., 6, pp. 41–81,in Portuguese, (1959).

30. Manielzo, V. and Colorni, A., "The ant system: optimization by a colony of cooperating ants", IEEE Trans. Syst Man. Cybern., 26(1), pp. 29-42, (1996).

31. Dorigo, M., and Gambardella, L.M., "Ant colony system: A cooperaive learning approach to the traveling salesman problem", IEEE Transactions on Evolutionary Computation, 1(1), pp. 53-66, (1997).

32. Winston, W. L., "Introduction to mathematical programming: application and algorithms", Duxbury Press, Belmont, CA., (1995).

33. Jalali, M.R., "Optimal design and operation of hydro systems using Ant Colony Algorithm: A new meta heuristic approach", PhD Thesis, Iran University Science and Technology, (2005).