dc.contributor.advisor | Testik, Murat Caner | |
dc.contributor.author | Akduran, Yavuzhan | |
dc.date.accessioned | 2020-09-17T12:26:36Z | |
dc.date.issued | 2020 | |
dc.date.submitted | 2020-08-13 | |
dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/11655/22807 | |
dc.description.abstract | Genetic Algorithms (GAs) are heuristic algorithms that are used to approximate the optimal solutions of optimization problems. They are inspired by the theory of natural evolution, where a population of solutions evolves through generations and only the fittest individuals survive at the end. GAs perform very well in many optimization problems in terms of approximation quality and run time. However, a typical GA has several operators such as mutation and crossover, and parameters such as population size and generation number that affect the performance of the GA significantly. In the literature, the operators and parameters of GAs are set based on either the previous experiences of users or trial-error experiments since finding optimum settings of GAs is quite difficult.
In this thesis, a methodology is developed for effectively setting the operators and parameters of GAs. Hence, the best settings that will exploit the potential of the used genetic algorithm can be determined. Typically, performance of a GA is evaluated based on two criteria: (1) approximation quality and (2) run time. Approximation quality of an algorithm is determined based on the closeness of the solution found by the algorithm to the optimal solution. Run time is measured by the computational time the algorithm consumes until termination. In general, there are trade-offs between these two criteria, i.e. higher approximation quality requires more run time, and a GA is expected to find a solution with high approximation quality in a short time. Settings of the operators and parameters affect both criteria, and different settings can be advantageous in terms of different criteria. Therefore, we model the problem of effectively setting the parameters of a GA as a multi-objective optimization problem, using approximation quality and run time as the objectives.
In the thesis, we employ a multi-objective evolutionary algorithm (MOEA) to solve the problem and discover the trade-offs between approximation quality and run time of GAs. MOEAs are population-based heuristics that mimic natural evolution process and find a well-converged and well-diversified set of nondominated solutions. In our approach, each solution of MOEA represents a setting for operators and parameters of the GA considered. To evaluate a solution in the population, the GA is run using the settings defined in the solution. The fittest settings in terms of approximation quality and run time survive through generations. At the end, a set of settings, each of which is better on another criterion, is found.
The developed methodology is demonstrated on travelling salesperson problems (TSP). A GA that is used to solve TSP is selected. Several alternatives for operators and parameters are considered for the GA, and the best settings are investigated by experimenting on 31 TSP instances selected from the literature. The set of best settings is searched using NSGA-II, a well-known MOEA. Then a greedy heuristic is developed to help decision makers to reduce the size of the set of final solutions based on their preferences. | tr_TR |
dc.language.iso | en | tr_TR |
dc.publisher | Fen Bilimleri Enstitüsü | tr_TR |
dc.rights | info:eu-repo/semantics/openAccess | tr_TR |
dc.subject | Genetic algorithms | tr_TR |
dc.subject | Operator and parameter settings | tr_TR |
dc.subject | Multi-objective optimization | tr_TR |
dc.subject | Multi-objective evolutionary algorithms | tr_TR |
dc.subject | Travelling salesperson problem | tr_TR |
dc.title | Determınıng The Best Settıngs for the Operators and Parameters of Genetıc Algorıthms: A Methodology and Its Applıcatıon to Travelıng Salesperson Problem | tr_TR |
dc.title.alternative | Genetik Algoritmaların Operatörleri ve Parametreleri için En İyi Ayarları Belirleme: Bir Metodoloji ve Gezgin Satıcı
Probleminde Uygulaması | |
dc.type | info:eu-repo/semantics/masterThesis | tr_TR |
dc.description.ozet | Genetik Algoritmalar (GA’lar), optimizasyon problemlerinin en uygun çözümlerine yaklaşmak için kullanılan sezgisel algoritmalardır. Bir çözüm popülasyonunun nesiller boyunca evrimleştiği ve sonunda sadece en uygun bireylerin hayatta kaldığı doğal evrim teorisinden ilham almıştır. GA’lar çözüm kalitesi ve çalışma süresi açısından birçok optimizasyon probleminde başarılı olarak uygulanmıştır. Bununla birlikte, tipik bir GA'nın mutasyon ve çaprazlama gibi çeşitli operatörleri ve performansını önemli ölçüde etkileyen nüfus büyüklüğü ve üretim sayısı gibi parametreleri vardır. Literatürde, GA'ların operatörleri ve parametreleri belirlenirken genellikle kullanıcıların önceki deneyimleri veya deneme yanılma deneyleri kullanılmaktadır.
Bu tezde, GA'ların operatörlerini ve parametrelerini etkili bir şekilde ayarlayan bir metodoloji geliştirilmiştir. Tipik olarak bir GA'nın performansı iki kritere göre değerlendirilir: (1) yaklaşık çözüm kalitesi ve (2) çalışma süresi. Bir algoritmanın yaklaşım kalitesi, algoritma tarafından bulunan çözümün optimal çözüme yakınlığına bağlı olarak belirlenir. Çalışma süresi, algoritmanın çözümü sonlandırmaya kadar kullandığı hesaplama süresiyle ölçülür. Genel olarak, bu iki kriter arasında ödünleşme vardır, daha iyi çözüm kalitesi daha fazla çalışma süresi gerektirir. Bir GA'nın kısa sürede yüksek kaliteye sahip bir çözüm bulması beklenmektedir. Operatörlerin ve parametrelerin ayarları her iki kriteri de etkiler ve farklı ayarlar farklı kriterler açısından avantajlı olabilir. Bu nedenle, etkili ayarların belirlenmesi çok amaçlı bir optimizasyon problemidir.
Bu tez kapsamında, GA'ların yaklaşık kalitesi ve çalışma süresi arasındaki dengeleri keşfetmek için çok amaçlı bir evrimsel algoritma (MOEA) kullanılmaktadır. MOEA'lar doğal evrim sürecini taklit eden nüfus tabanlı sezgisel yöntemlerdir ve iyi yakınsamış ve iyi çeşitlendirilmiş baskın olmayan çözümler bulurlar. Yaklaşımımızda, MOEA'nın her bir çözümü, GA'nın operatörleri ve parametreleri için bir ayarı temsil etmektedir. Popülasyondaki bir çözümü değerlendirmek için GA çözümde tanımlanan ayarlar kullanılarak çalıştırılır. Yaklaşık kalite ve çalışma süresi açısından en uygun çözümler nesiller boyunca varlığını sürdürmektedir. Sonunda, her biri başka bir kriterde daha iyi olan bir dizi ayar bulunur.
Geliştirilen metodoloji, gezici satıcı probleminde (TSP) denenmiştir. Farklı problem boyutlarına sahip 31 TSP örneği literatürden seçilmiştir. TSP'yi çözmek için kullanılan GA’nın operatörleri ve parametreleri için çeşitli alternatifler dikkate alınmakta ve en iyi ayarlar aranmaktadır. En iyi ayarlar kümesinin belirlenmesi için tanınmış bir MOEA olan NSGA-II kullanılmaktadır. Karar vericilerin tercihlerine göre nihai çözüm kümesinin boyutunu azaltmalarına yardımcı olmak için bir sezgisel tarama da geliştirilmiştir. | tr_TR |
dc.contributor.department | Endüstri Mühendisliği | tr_TR |
dc.embargo.terms | Acik erisim | tr_TR |
dc.embargo.lift | 2020-09-17T12:26:36Z | |
dc.funding | Yok | tr_TR |