شبیه سازی شکار در الگوریتم گرگ خاکستری GWO در متلب

در این پست سورس کد شبیه سازی شکار در الگوریتم گرگ خاکستری GWO در متلب قرار داده شده است. بسیاری از کدهایی که در سایت‌های مختلف قرار دارد بر اساس توابع تست الگوریتم گرگ خاکستری را توضیح و تشریح می‌دهند. برای اینکه مسئله الگوریتم گرگ خاکستری واضح و بصورت گرافیکی در طول اجرای الگوریتم حمله گرگ‌ها بدرستی نشان داده شود از یک طعمه فرضی استفاده کردیم و در هر تکرار گرگ‌ها به طعمه نزدیک و نزدیکتر می‌شوند. در واقع این سورس کد حمله واقعی گرگ‌ها به طعمه در الگوریتم را نشان می‌دهد. در ضمن مقاله‌ای کامل با عنوان الگوریتم گرگ خاکستری در همین سایت آماده کرده‌ایم که می‌توانید مطالعه کنید.

الگوریتم گرگ خاکستری چیست؟

الگوریتم گرگ خاکستری GWO یک الگوریتم متاهیورستیک یا فرا ابتکاری است است و برای مسائل بهینه سازی از آن استفاده می‌شود. که از ساختار سلسله مراتبی hieratical و رفتار اجتماعی گرگ‌های خاکستری در هنگام شکار کردن و حمله به طعمه الهام گرفته است. این الگوریتم مبتنی بر جمعیت Population-Based بوده، روال ساده‌ای دارد. در هر گله از گرگ‌ها برای شکار کردن ۴ درجه وجود دارد که مانند شکل زیر به صورت یک ساختار هرمی مدل می‌شود.

• گرگ‌های رهبر گروه alpha نامیده می‌شوند که می‌توانند مذکر یا مونث باشند. این گرگ‌ها بر گله تسلط دارند
• گرگ‌های beta: کمک به گرگ‌های alpha در فرایند تصمیم گیری بوده و همچنین مستعد انتخاب شدن به جای آن‌ها هستند.
• گرگ‌های delta: پایین‌تر از گرگ‌های beta و شامل گرگ‌های پیر، شکارچی‌ها و گرگ‌های مراقبت کننده از نوزادان
• گرگ‌های omega: پایین‌ترین مرتبه در هرم سلسله مراتب که کمترین حق را نسبت به بقیه اعضای گروه دارند. بعد از همه غذا می‌خورند و در فرایند تصمیم گیری مشارکتی ندارند.

روش شکار در گرگ های خاکستری :

شامل ۳ مرحله اصلی است:

1. مشاهده شکار، ردیابی و تعقیب آن (tracking and approaching)
2. نزدیک شدن، احاطه کردن (حلقه زدن) به دور شکار و گمراه کردن آن تا زمانی که از حرکت باز بماند (Pursing and encircling)
3. حمله به شکار (attacking)

در این سورس کد ساختار سلسله مراتبی و رفتار اجتماعی گرگ‌ها در حین فرآیند شکار به صورت ریاضی مدل شده و برای طراحی الگوریتمی برای بهینه سازی مورد استفاده قرار گرفته است.

بهینه سازی با استفاده از گرگ‌های alpha, beta و delta انجام می‌شود. یک گرگ به عنوان alpha هدایت کننده اصلی الگوریتم فرض می‌شود و یک گرگ beta و delta نیز مشارکت دارند و بقیه گرگ‌ها به عنوان دنبال کننده آن‌ها محسوب می‌شوند. گرگ‌های خاکستری توانایی تخمین موقعیت شکار را دارند. برای مدل سازی این فرایند مراحل زیر را ببینید:

در جستجوی اولیه هیچ ایده‌ای در مورد موقعیت شکار نداریم. فرض می‌شود گرگ‌های alpha, beta, delta دانش اول بهتری در خصوص موقعیت شکار (نقه بهینه جواب) دارند.

وقتی شکار توسط گرگ‌ها احاطه شده و از حرکت بایستد حمله به رهبری گرگ alpha شروع می‌شود. مدل کدن این فرایند با استفاده از کاهش بردار a انجام می‌شود. از آنجا که A برداری تصادفی در بازه [-۲a,2a] است، با کاهش a، بردار ضرایب A هم کاهش می‌یابد. اگر |A|<1 باشد، گرگ alpha به شکار ( و بقیه گرگ‌ها) نزدیک می‌شود و اگر |A|>1 گرگ از شکار ( و بقیه گرگ‌ها) دور خواهد شد. الگوریتم گرگ خاکستری الزام دارد که تمام گرگ‌ها موقعت خود را برحسب موقعیت گرگ‌های alpha, beta, delta آپدیت کنند.

مرحله جستجو در شکار در الگوریتم گرگ خاکستری

مرحله جستجو پروسه ای دقیقا عکس فرایند حمله دارد: در هنگام جستجو گرگ‌ها از یکدیگر دور می‌شوند تا شکار را ردیابی کنند (|A|>1) در حالی که پس از ردیابی شکار، گرگ‌ها در فاز حمله به یکدیگر نزدیک می‌شوند (|A|<1). به این پروسه واگرایی در جستجو – همگرایی در حمله می‌گویند.

Exploration: |A|>1

Exploitation: |A|<1

نقش بردار C: بردار C به عنوان موانع موجود در طبیعت که نزدیک شدن گرگ‌ها به شکار را کند می‌کنند در نظر گرفته می‌شود. بردار C به شکار وزن داده و ان را برای گرگ‌ها غیر قابل دستیابی‌تر می‌کند. این بردار برخلاف a به صورت خطی از ۲ تا صفر کاهش نمی‌یابد.

ترتیب الگوریتم در شکار در الگوریتم گرگ خاکستری

• برازندگی کلیه جواب‌ها محاسبه شده و سه جواب برتر به عنوان alpha, beta, deltaتا پایان الگوریتم انتخاب می‌شوند.
• در هر تکرار سه جواب برتر (گرگ های alpha, beta, delta) قابلیت تخمین موقعیت شکار را داشته و این کار را در هر iteration با استفاده از رابطه زیر انجام می‌دهند:

• در هر تکرار بعد از تعیین موقعیت گرگ‌های alpha, beta, delta، آپدیت موقعیت بقیه جواب‌ها با تبعیت از آن‌ها انجام می‌شود.
• در هر تکرار بردار a (و به تبع آن A) و C آپدیت می‌شوند.
• در پایان تکرارها موقعیت گرگ alpha به عنوان نقطه بهینه معرفی می‌شود.

درباره شکار در الگوریتم گرگ خاکستری

سورس کد شبیه سازی شکار در الگوریتم گرگ خاکستری GWO در متلب عنوان اثری است که در این پست به آن پرداخته شده است. اثر در نرم افزار متلب نوشته شده و بصورت کامل توسط گروه پشتیبانی پی استور تست و اجرا شده است و دارای نشان تضمین کیفیت پی استور می‌باشد. برای دانلود اثر مذکور آن را خریداری کنید.