کاربرد های جستجوی هارمونی

مرور جامعی بر کاربردهای جستجوی هارمونی

در حقیقت هر یک از حوزه های کاربردی و علوم مختلف مدرن در دنیای واقعی به یک مسئله بهینه سازی خواهند رسید. از زمانی که الگوریتم جستجوی هارمونی توسط Geem ارائه شد و در حل مسائل بهینه سازی شبکه های توزیع آب کاربرد موفقی داشت، کاربردهای HS در خیلی از حوزه ها از قبیل صنایع، سیستم های قدرت، حل مسائل بهینه سازی پایه، علوم پزشکی، سیستم های کنترل، طراحی ساختمان ها و تکنولوژی اطلاعات (IT) گسترش یافت. که در ادامه به برخی از آن ها اشاره شده است.

بهینه سازی مسائل پایه

بهینه سازی مسائل پایه برای روش های HS هایبرید با دیگر روش های بهینه سازی، یکی از حوزه های کاربردی اصلی به شمار می رود. با تغییرات اعمال شده مختلفی در HS، بهبود و تأثیر این روش در حل مسائل پایه مختلف به اثبات رسیده است. ترکیب این الگوریتم با اپراتورهای معنایی ژنتیکی در  یک الگوریتم جستجوی هارمونی انتخاب هندسی (GSHS) را ارائه می دهد که این الگوریتم با HS معمولی سه فرق اساسی دارد : (1) فرآیند انتخاب از حافظه با یک فرآیند متفاوتی انجام می شود، (2) این الگوریتم یک عملگر جفت-گیری ویژه ای را برای ترکیب اطلاعات دو بردار هارمونی ایجاد می کند. و (3) این الگوریتم از یک عملگر جهش برای تنظیم بهتر عملگر PAR در HS استفاده می کند. 5 نوع دیگر از الگوریتم جسجوی هارمونی با استفاده از 20 مسئله پایه با هم مقایسه شده اند و طبق آمار نشان داده شده که الگوریتم GSHS از دیگر الگوریتم ها تقریبا در تمامی حالت ها عملکرد بهتری داشته است.

صنایع

صنایع یکی از حوزه های کاربردی اساسی و مهم است که در آن مملو از مسائل عملیاتی مختلف از جمله مسائل بهینه سازی چند منظوره، مسائل بهینه سازی محدودیت دار، مسائل غیر خطی و دینامیکی است. الگوریتم ارائه شده HS توسط Saka در بخش طراحی بهینه  ساختاری  فولاد کاربرد موفقیت آمیزی داشت. اینگونه مسائل به برش های عمودی و افقی فولاد اشاره دارد به طوری که وزن قالب های فولاد را مینیمایز کند. محدودیت های عملکردی بر طبق BS5950 (استاندارد انگلیس برای طراحی، تولید، و ساخت فولاد) در این مسئله تحمیل شده است. اخیرا در همین حوزه، الگوریتم جستجوی هارمونی توسعه داده شده (EHS) ارائه شد تا HS را قادر سازد با سرعت بالاتری از بهینه های محلی بگریزد. الگوریتم پیشنهاد شده EHS قادر است که مسائل مینیمم سازی وزن قالب فولاد را به خوبی حل کند. در  نیز از الگوریتم HS برای انتخاب پارامترهای بهینه در تنظیم جرم فنر استفاده شده است.

سیستم های قدرت

در حوزه بهینه سازی مسائل قدرت کارهای زیادی از قبیل مینیمایز کردن هزینه سوخت انجام شده است. الگوریتم HS مختلفی برای پخش بار اقتصادی در سیستم های قدرت واقعی پیشنهاد شده است. مسئله پخش بار اقتصادی، می تواند به صورت مینیمایز کردن تابع هزینه در تبدیل شود. در الگوریتم جستجوی هارمونی را با برنامه ریزی غیر خطی متوالی و الگوریتم ژنتیک برای حل مسئله پخش توان بهینه (OPF) در سیستم های قدرت، ترکیب می کند تابع هدف ارائه شده در این مقاله هزینه نهایی سوخت ژنراتور را بهینه می کند. در  یک الگوریتم HS پیشنهادی را ارائه می دهد تا در مسئله پخش بار دینامیکی کاربرد اشته باشد.

سیگنال و پردازش تصویر

لی و دوان با اضافه کردن یک ضریب گوسی در فرآیند تنظیم پهنای باند bw، یک الگوریتم HS تغییر یافته جدیدی ارائه دادند که با استفاده از این الگوریتم در مسائل پردازش تصویر، پروسه یادگیری انتخاب وزن-ها را در ترکیب ویژگی های تصاویر برای وضوح هر چه بهتر تصویر فراطیفی بهبود می دهد. در همین راستا، Fourie و همکاران  با استفاده از الگوریتم بهبود داده HS شده مذکور، یک فیلتر هارمونی را برای یک سیستم ردیاب تصویر رباست (مقاوم) ارائه دادند.

کاربردهای دیگر

علاوه بر برنامه های کاربردی فوق، الگوریم جستجوی هارمونی در خیلی از زمینه های دیگر از جمله سیستم حمل و نقل، ساخت و تولید، رباتیک، کنترل و علوم پزشکی کاربرد دارد. بسیاری از نرم افزارهای مدلسازی ترافیک با استفاده از الگوریتم های بهینه سازی مختلف،  قادر به شناسایی زمانبندی بهینه و نزدیک به بهینه سیگنال های ترافیکی هستند. برای مثال، Ceylan  با استفاده از الگوریتم HS و ترکیب آن با الگوریتم تپه نوردی، عملکرد موفقیت آمیزی را در حل اینگونه مسائل داشته است. این الگوریتم همچنین در شناسایی مدل ریاضی سلول های خورشیدی عملکرد موفقیت آمیزی دشته است. همچنین Miguelرا برای تشخیص آسیب از ارتعاشات محیط به کار برد.