›
›

Luận văn Bài toán tìm kiếm văn bản sử dụng giải thuật di truyền

pdf 156 trang hapham 2000
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Luận văn Bài toán tìm kiếm văn bản sử dụng giải thuật di truyền", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfluan_van_bai_toan_tim_kiem_van_ban_su_dung_giai_thuat_di_tru.pdf

Nội dung text: Luận văn Bài toán tìm kiếm văn bản sử dụng giải thuật di truyền

  1. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGUYỄN VĂN QUYẾT BÀI TOÁN TÌM KIẾM VĂN BẢN SỬ DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN CHUYÊN NGÀNH KHOA HỌC MÁY TÍNH Thái Nguyên - 2009 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  2. ®¹i häc Th¸i Nguyªn Khoa C«ng nghÖ th«ng tin NguyÔn v¨n quyÕt Bµi to¸n t×m kiÕm v¨n b¶n sö dông gi¶I thuËt di truyÒn Chuyªn nghµnh: Khoa häc m¸y tÝnh M· sè: 60.48.01 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Th¸i Nguyªn - 2009 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  3. Công trình được hoàn thành tại: Khoa CNTT - ĐH Thái Nguyên. Người hướng dẫn khoa học: TS Vũ Mạnh Xuân, Chủ nhiệm Khoa Toán - Trưởng phòng Công nghệ thông tin – Thư viện, Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên. Phản biện 1: Phản biện 2: Luận văn sẽ được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn họp tại: Vào hồi . giờ . ngày tháng 12 năm 2009 Có thể tìm hiểu luận văn tại Trung tâm Học liệu – ĐH Thái Nguyên và Thư viện Khoa CNTT – ĐH Thái Nguyên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  4. LỜI CẢM ƠN Trước hết em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến toàn thể các thầy cô giáo Viện Công nghệ Thông tin đã tận tình dạy dỗ chúng em trong suốt quá trình học tập tại khoa Công nghệ thông tin - Đại học Thái Nguyên. Đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Vũ Mạnh Xuân - Trưởng Khoa Toán, Trưởng Phòng Công nghệ Thông tin - Thư viện trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên đã quan tâm hướng dẫn và đưa ra những gợi ý, góp ý, chỉnh sửa vô cùng quý báu cho em trong quá trình làm luận văn tốt nghiệp. Cuối cùng xin chân thành cảm ơn những người bạn đã giúp đỡ, chia sẽ với em trong suốt quá trình làm luận văn. Thái Nguyên, Ngày 01 tháng 10 năm 2009 Học viên Nguyễn Văn Quyết Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  5. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi. Các số liệu, kết quả có trong luận văn là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Thái Nguyên, ngày 10 tháng11 năm 2009 Tác giả luận văn Nguyễn Văn Quyết Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  6. i MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục i Danh mục các thuật ngữ iv Danh mục các hình vẽ, bảng biểu v MỞ ĐẦU: 1 1. ĐẶT VẤN ĐỀ 1 2. MỤC ĐÍCH CỦA LUẬN VĂN 2 3. NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN 2 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2 NỘI DUNG CHƯƠNG 1. MỘT SỐ KỸ THUẬT TÌM KIẾM VĂN BẢN 3 1.1. Bài toán tìm kiếm văn bản 3 1.2. Các thuật toán 4 1.2.1. Thuật toán Brute Force 4 1.2.2. Thuật toán Knuth-Morris-Pratt 5 1.2.3. Thuật toán Deterministic Finite Automaton (máy automat hữu hạn) 7 1.2.4. Thuật toán Boyer-Moore 10 1.2.5. Thuật toán Karp-Rabin 15 1.2.6. Các thuật toán khác 17 CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU VỀ GIẢI THUẬT DI TRUYỀN 20 2.1. Tổng quan về giải thuật di truyền 20 2.1.1. Giới thiệu 20 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  7. ii 2.1.2. Sự khác biệt của giải thuật di truyền so với các giải thuật khác 21 2.1.3. Tính chất quan trọng của giải thuật di truyền 21 2.2. Giải thuật di truyền cổ điển 22 2.2.1. Giới thiệu 22 2.2.2. Các toán tử di truyền 24 2.2.2.1. Toán tử chọn lọc 24 2.2.2.2. Toán tử lai ghép 25 2.2.2.3. Toán tử đột biến 26 2.2.3. Các bước quan trọng trong việc áp dụng giải thuật di truyền cổ điển 26 2.2.4. Ví dụ 27 CHƯƠNG 3. SỬ DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN ĐỂ TÌM KIẾM VĂN BẢN 33 3.1. Yêu cầu đặt ra cho bài toán tìm kiếm văn bản 33 3.2. Xây dựng hàm tìm kiếm văn bản 34 3.3. Phát biểu bài toán tìm kiếm văn bản theo hướng tiếp cận di truyền 35 3.4. Tìm độ dài xâu con chung lớn nhất bằng quy hoạch động 38 3.5. Áp dụng giải thuật di truyền 39 3.5.1. Biểu diễn nhiễm sắc thể 39 3.5.2. Khởi tạo quần thể 40 3.5.3. Hàm mục tiêu 40 3.5.4. Các toán tử di truyền 41 3.5.5. Các tham số 42 3.5.6. Chi phí thời gian 42 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  8. iii CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM ỨNG DỤNG 44 4.1. Các kết quả thử nghiệm 44 4.1.1. Kết quả thử nghiệm tìm kiếm tuyến tính 44 4.1.1.1. Tìm kiếm tuyến tính bằng so khớp chuỗi 44 4.1.1.2. Tìm kiếm tuyến tính sử dụng hàm quy hoạch động 45 4.1.2. Kết quả thử nghiệm tìm kiếm bằng giải thuật di truyền 46 4.2. Phát triển phần mềm ứng dụng 50 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 PHỤ LỤC 54 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  9. iv CÁC THUẬT NGỮ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN Heredity, Genetic : Di truyền Genetic Algorithm (GA) : Thuật giải di truyền Individual : Cá thể Genome : Bộ gen Mode : Chế độ Multi Mode : Đa chế độ Mutation : Đột biến Renewable Resource : Tài nguyên tái sử dụng Nonrenewable Resource : Tài nguyên không tái sử dụng Offstring 1 : Cá thể con trai Offstring 2 : Cá thể con gái One point crossover : Lai ghép một điểm Parent 1 : Cá thể cha Parent 2 : Cá thể mẹ Popuplation : Quần thể Reproduction : Sinh sản Response surface : Bề mặt đáp ứng Two point crossover : Lai ghép hai điểm Uniform Crossover : Lai ghép đồng nhất combinatorial optimization : Tối ưu tổ hợp Crossover : Lai ghép Fitness : Độ thích nghi, hàm thích nghi Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  10. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGUYỄN VĂN QUYẾT BÀI TOÁN TÌM KIẾM VĂN BẢN SỬ DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60.48.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. VŨ MẠNH XUÂN Thái Nguyên - 2009 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  11. 1 MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Ngày nay máy tính đã được sử dụng trong mọi lĩnh vực của đời sống, vì vậy kho thông tin trong máy tính tăng trưởng không ngừng và thật khó khăn cho công tác tìm kiếm (nhất là tìm kiếm trên các file văn bản). Hãng Microsoft đã hỗ trợ tìm kiếm tự động bằng công cụ Search được tích hợp sẵn trong hệ điều hành Windows, trong đó cho ta hai cách thức tìm kiếm file là: tìm theo từ khoá tên file (All or part of the file name) – đưa ra các file có tên chứa khoá tìm kiếm; và tìm theo từ khoá nội dung trong file (A word or phrase in the file) – đưa ra các file văn bản có chứa một từ hoặc cụm từ giống với từ khoá. Mặc dù Search trong Windows hỗ trợ mạnh chức năng tìm kiếm theo tên file, nhưng tìm theo nội dung trong file vẫn còn có những hạn chế nhất định, chẳng hạn: Search chỉ đưa ra các file văn bản có chứa chính xác từ khoá tìm kiếm, như vậy sẽ rất khó khăn nếu người dùng không nhớ chính xác từ khoá có trong nội dung văn bản mà chỉ nhớ gần đúng với từ khoá, hơn nữa công cụ Search không chỉ ra được cụm từ khoá tìm được nằm ở đâu trong văn bản và tần suất xuất hiện của chúng, nên nếu cần người dùng lại một lần nữa phải đi dò tìm bằng các công cụ tìm kiếm khác. Vì lẽ đó bài toán tìm kiếm văn bản là bài toán rất thiết thực đang được nhiều người quan tâm, vấn đề cấp thiết đặt ra là giải quyết bài toán tìm kiếm văn bản sao cho hiệu quả, đáp ứng được nhu cầu của người sử dụng. Luận văn này định hướng nghiên cứu sử dụng giải thuật di truyền tìm trong file văn bản các đoạn văn bản giống hoặc gần giống với mẫu (từ khoá) cần tìm kiếm. Với mục tiêu đó, tôi lựa chọn đề tài nghiên cứu của luận văn là “Bài toán tìm kiếm văn bản sử dụng giải thuật di truyền”. Đây là hướng tiếp cận khá mới đối với bài toán này, hy vọng rằng kết quả đạt được sẽ có hiệu quả đáng kể so với các phương pháp tìm kiếm khác. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  12. 2 2. Mục đích của luận văn Mục đích của luận văn là: nghiên cứu các phương pháp tìm kiếm văn bản và tìm cách ứng dụng giải thuật di truyền để giải quyết bài toán này, trên cơ sở đó xây dựng phần mềm ứng dụng tìm kiếm văn bản một cách hiệu quả và thiết thực. 3. Nội dung của luận văn Đề tài tập trung vào bài toán tìm kiếm văn bản theo hướng tiếp cận sau: Tìm các vị trí trong văn bản có xuất hiện chuỗi văn bản giống hoặc gần giống với chuỗi văn bản mẫu (xuất hiện gần giống trong trường hợp văn bản tìm kiếm không chứa chuỗi văn bản mẫu). Trên cơ sở đó, nội dung của luận văn gồm bốn chương sau phần Mở đầu: - Chương 1: Nghiên cứu khái quát về các kỹ thuật tìm kiếm văn bản. - Chương 2: Tìm hiểu giải thuật di truyền, chú trọng đến các kỹ thuật có liên quan đến bài toán tìm kiếm. - Chương 3: Xây dựng và phát biểu bài toán, đề xuất phương pháp sử dụng giải thuật di truyền trong tìm kiếm văn bản. Chương 4: Kết quả thử nghiệm và phát triển phần mềm ứng dụng. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu tài liệu, đề xuất giải pháp và lập trình thử nghiệm. Luận văn đã bước đầu đề xuất phương pháp ứng dụng giải thuật di truyền vào giải quyết bài toán tìm kiếm văn bản, các chương trình thử nghiệm đã minh chứng hướng tiếp cận là đúng đắn và có hiệu quả. Đặc biệt chương trình đã chỉ ra được các vị trí xuất hiện đoạn văn bản giống văn bản mẫu hoặc gần giống với văn bản mẫu (trong trường hợp văn bản không chứa văn bản mẫu) cần tìm trong thời gian cho phép. Hiện nay chúng tôi đang trong quá trình phát triển phần mềm ứng dụng dựa vào các kết quả nghiên cứu này. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  13. 3 CHƢƠNG 1 MỘT SỐ KỸ THUẬT TÌM KIẾM VĂN BẢN Trong phần này chúng ta sẽ quan tâm đến bài toán tìm kiếm văn bản thông dụng và các thuật toán đã có để tìm kiếm tất cả các vị trí xuất hiện của mẫu trên một văn bản. Các thuật toán này được chạy trên chương trình thử nghiệm, cài đặt sẽ dùng một hàm ra : Output để thông báo các vị trí tìm thấy mẫu. 1.1. Bài toán tìm kiếm văn bản Dữ liệu trong máy tính được lưu trữ dưới rất nhiều dạng khác nhau, nhưng sử dụng chuỗi vẫn là một trong những cách rất phổ biến. Trên chuỗi các đơn vị dữ liệu không có ý nghĩa quan trọng bằng cách sắp xếp của chúng. Ta có thể thấy các dạng khác nhau của chuỗi như ở các file dữ liệu, trên biểu diễn của các gen, hay chính văn bản chúng ta đang đọc. Một phép toán cơ bản trên chuỗi là đối sánh mẫu (pattern matching), bài toán yêu cầu ta tìm ra một hoặc nhiều vị trí xuất hiện của mẫu trên một văn bản Trong đó mẫu và văn bản là các chuỗi có độ dài M và N (M ≤ N), tập các ký tự được dùng gọi là bảng chữ cái Σ, có số lượng là δ. Việc đối sánh mẫu diễn ra với nhiều lần thử trên các đoạn khác nhau của văn bản. Trong đó cửa sổ là một chuỗi M ký tự liên tiếp trên văn bản. Mỗi lần thử chương trình sẽ kiểm tra sự giống nhau giữa mẫu với cửa sổ hiện thời. Tùy theo kết quả kiểm tra cửa sổ sẽ được dịch đi sang phải trên văn bản cho lần thử tiếp theo. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  14. 4 1.2. Các thuật toán 1.21. Thuật toán Brute Force Thuật toán Brute Force thử kiểm tra tất cả các vị trí trên văn bản từ 1 cho đến n-m+1. Sau mỗi lần thử thuật toán Brute Force dịch mẫu sang phải một ký tự cho đến khi kiểm tra hết văn bản. Thuật toán Brute Force không cần công việc chuẩn bị cũng như các mảng phụ cho quá trình tìm kiếm. Độ phức tạp tính toán của thuật toán này là O(n*m). Thủ tục cài đặt: function IsMatch(const X: string; m: integer; const Y: string; p: integer): boolean; var i: integer; begin IsMatch := false; Dec(p); for i := 1 to m do if X[i] <> Y[p + i] then Exit; IsMatch := true; end; procedure BF(const X: string; m: integer; const Y: string; n: integer); var i: integer; begin for i := 1 to n - m + 1 do if IsMatch(X, m, Y, i) then Output(i); { Thông báo tìm thấy mẫu tại vị trí i của văn bản } end; Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  15. 5 1.2.2. Thuật toán Knuth-Morris-Pratt Thuật toán Knuth-Morris-Pratt là thuật toán có độ phức tạp tuyến tính đầu tiên được phát hiện ra, nó dựa trên thuật toán brute force với ý tưởng lợi dụng lại những thông tin của lần thử trước cho lần sau. Trong thuật toán brute force vì chỉ dịch cửa sổ đi một ký tự nên có đến m-1 ký tự của cửa sổ mới là những ký tự của cửa sổ vừa xét. Trong đó có thể có rất nhiều ký tự đã được so sánh giống với mẫu và bây giờ lại nằm trên cửa sổ mới nhưng được dịch đi về vị trí so sánh với mẫu. Việc xử lý những ký tự này có thể được tính toán trước rồi lưu lại kết quả. Nhờ đó lần thử sau có thể dịch đi được nhiều hơn một ký tự, và giảm số ký tự phải so sánh lại. Xét lần thử tại vị trí j, khi đó cửa sổ đang xét bao gồm các ký tự y[j j+m-1] giả sử sự khác biệt đầu tiên xảy ra giữa hai ký tự x[i] và y[j+i-1]. Khi đó x[1 i]=y[j i+j-1]=u và a=x[i] y[i+j]=b. Với trường hợp này, dịch cửa sổ phải thỏa mãn v là phần đầu của xâu x khớp với phần đuôi của xâu u trên văn bản. Hơn nữa ký tự c ở ngay sau v trên mẫu phải khác với ký tự a. Trong những đoạn như v thoả mãn các tính chất trên ta chỉ quan tâm đến đoạn có độ dài lớn nhất. U u v b c a x Y x j i + j - 1 Dịch cửa sổ sao cho v phải khớp với u và c a Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  16. 6 Thuật toán Knuth-Morris-Pratt sử dụng mảng Next[i] để lưu trữ độ dài lớn nhất của xâu v trong trường hợp xâu u=x[1 i-1]. Mảng này có thể tính trước với chi phí về thời gian là O(m) (việc tính mảng Next thực chất là một bài toán qui hoạch động một chiều). Thuật toán Knuth-Morris-Pratt có chi phí về thời gian là O(m+n) với nhiều nhất là 2n-1 lần số lần so sánh ký tự trong quá trình tìm kiếm. Thủ tục cài đặt: procedure preKMP(const X: string; m: integer; var Next: array of integer); var i, j: integer; begin i := 1; j := 0; Next[1] := 0; while (i 0)and(X[i] 0)and(X[i] <> Y[j]) do i := Next^[i]; Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  17. 7 Inc(i); Inc(j); if i > m then begin Output(j - i + 1); i := Next^[i]; end; end; FreeMem(Next, (m + 1)*SizeOf(Integer)); End; 1.2.3. Thuật toán Deterministic Finite Automaton (máy automat hữu hạn) Trong thuật toán này, quá trình tìm kiếm được đưa về một quá trình biến đổi trạng thái automat. Hệ thống automat trong thuật toán DFA sẽ được xây dựng dựa trên xâu mẫu. Mỗi trạng thái (nút) của automat lúc sẽ đại diện cho số ký tự đang khớp của mẫu với văn bản. Các ký tự của văn bản sẽ làm thay đổi các trạng thái. Và khi đạt được trạng cuối cùng có nghĩa là đã tìm được một vị trí xuất hiện ở mẫu. Thuật toán này có phần giống thuật toán Knuth-Morris-Pratt trong việc nhảy về trạng thái trước khi gặp một ký tự không khớp, nhưng thuật toán DFA có sự đánh giá chính xác hơn vì việc xác định vị trí nhảy về dựa trên ký tự không khớp của văn bản (trong khi thuật toán KMP lùi về chỉ dựa trên vị trí không khớp). Với xâu mẫu là GCAGAGAG ta có hệ automat sau 0 2 1 3 4 5 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  18. 8 6 7 8 G G G G G C C C G C A G A G A G Với ví dụ ở hình trên ta có: * Nếu đang ở trạng thái 2 gặp ký tự A trên văn bản sẽ chuyển sang trạng thái 3 * Nếu đang ở trạng thái 6 gặp ký tự C trên văn bản sẽ chuyển sang trạng thái 2 * Trạng thái 8 là trạng thái cuối cùng, nếu đạt được trạng thái này có nghĩa là đã tìm thất một xuất hiện của mẫu trên văn bản Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  19. 9 * Trạng thái 0 là trạng thái mặc định (các liên kết không được biểu thị đều chỉ về trạng thái này), ví dụ ở nút 5 nếu gặp bất kỳ ký tự nào khác G thì đều chuyển về trạng thái 0 Việc xây dựng hệ automat khá đơn giản khi được cài đặt trên ma trận kề. Khi đó thuật toán có thời gian xử lý là O(n) và thời gian và bộ nhớ để tạo ra hệ automat là O(m*) (tùy cách cài đặt) Nhưng ta nhận thấy rằng trong DFA chỉ có nhiều nhất m cung thuận và m cung nghịch, vì vậy việc lưu trữ các cung không cần thiết phải lưu trên ma trận kề mà có thể dùng cấu trúc danh sách kề Forward Star để lưu trữ. Như vậy thời gian chuẩn bị và lượng bộ nhớ chỉ là O(m). Tuy nhiên thời gian tìm kiếm có thể tăng lên một chút so với cách lưu ma trận kề. Cài đặt dưới đây xin được dùng cách đơn giản (ma trận kề) Type TAut = array[0 maxM, 0 maxd] of integer; procedure preAUT(const X: string; m: integer; var G: TAut); var i, j, prefix, cur, c, newState: integer; begin FillChar(G, SizeOf(G), 0); cur := 0; for i := 1 to m do begin prefix := G[cur, Ord(X[i])]; {x[1 prefix]=x[i-prefix+1 i]} newState := i; G[cur, Ord(X[i])] := newState; for c := 0 to maxd do {copy prefix -> newState } G[newState, c] := G[prefix, c]; cur := newState; end; end; procedure AUT(const X: string; m: integer; const Y: string; n: integer); var Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  20. 10 G: ^TAut; state, i: integer; begin New(G); preAUT(X, m, G^); state := 0; for i := 1 to n do begin state := G^[state, Ord(Y[i])]; {chuyển trạng thái} if state = m then Output(i - m + 1); end; Dispose(G); end; 1.2.4. Thuật toán Boyer-Moore Thuật toán Boyer Moore là thuật toán có tìm kiếm chuỗi rất có hiệu quả trong thực tiễn, các dạng khác nhau của thuật toán này thường được cài đặt trong các chương trình soạn thảo văn bản. Khác với thuật toán Knuth-Morris-Pratt (KMP), thuật toán Boyer- Moore kiểm tra các ký tự của mẫu từ phải sang trái và khi phát hiện sự khác nhau đầu tiên thuật toán sẽ tiến hành dịch cửa sổ đi Trong thuật toán này có hai cách dịch của sổ: Cách thứ 1: gần giống như cách dịch trong thuật toán KMP, dịch sao cho những phần đã so sánh trong lần trước khớp với những phần giống nó trong lần sau. Trong lần thử tại vị trí j, khi so sánh đến ký tự i trên mẫu thì phát hiện ra sự khác nhau, lúc đó x[i+1 m]=y[i+j j+m-1]=u và -1]=b khi đó thuật toán sẽ dịch cửa sổ sao cho đoạn u=y[i+j j+m-1] giống với một đoạn mới trên mẫu (trong các phép dịch ta chọn phép dịch nhỏ nhất) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  21. 11 u b c a x y x u dịch u Dịch sao cho u xuất hiện lại và c ≠ a Nếu không có một đoạn nguyên vẹn của u xuất hiện lại trong x, ta sẽ chọn sao cho phần đôi dài nhất của u xuất hiện trở lại ở đầu mẫu. u b a y x dịch u u x Dịch để một phần đôi của u xuất hiện lại trên x Cách thứ 2: Coi ký tự đầu tiên không khớp trên văn bản là b=y[i+j-1] ta sẽ dịch sao cho có một ký tự giống b trên xâu mẫu khớp vào vị trí đó (nếu có nhiều vị trí xuất hiện b trên xâu mẫu ta chọn vị trí phải nhất). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  22. 12 u b a y x dịch u b x không chứa b Dịch để ký tự b ăn khớp với văn bản. Nếu không có ký tự b nào xuất hiện trên mẫu ta sẽ dịch cửa sổ sao cho ký tự trái nhất của cửa sổ vào vị trí ngay sau ký tự y[i+j-1]=b để đảm bảo sự ăn khớp u b a y x dịch u x không chứa b Dịch khi b không xuất hiện trong x Trong hai cách dịch thuật toán sẽ chọn cách dịch có lợi nhất. Trong cài đặt ta dùng mảng bmGs để lưu cách dịch 1, mảng bmBc để lưu phép dịch thứ 2(ký tự không khớp). Việc tính toán mảng bmBc thực sự Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  23. 13 không có gì nhiều để bàn. Nhưng việc tính trước mảng bmGs khá phức tạp, ta không tính trực tiếp mảng này mà tính gián tiếp thông qua mảng suff. Có suff[i]=max{k | x[i-k+1 i]=x[m-k+1 m]} Các mảng bmGs và bmBc có thể được tính toán trước trong thời gian tỉ lệ với O(m+). Thời gian tìm kiếm (độ phức tạp tính toán) của thuật toán Boyer-Moore là O(m*n). Tuy nhiên với những bản chữ cái lớn thuật toán thực hiện rất nhanh. Trong trường hợp tốt chi phí thuật toán có thể xuống đến O(n/m) là chi phí thấp nhất của các thuật toán tìm kiếm hiện đại có thể đạt được. Thủ tục cài đặt: procedure preBmBc(const X: string; m: integer; var bmBc: array of integer); var i: integer; begin for i := 0 to maxd - 1 do bmBc[i] := m; for i := 1 to m - 1 do bmBc[Ord(X[i])] := m - i; end; procedure suffixes(const X: string; m: integer; var suff: array of integer); var right, left, i: integer; begin suff[m] := m; left := m; for i := m - 1 downto 1 do if (i > left)and(suff[i + m - right] = 1)and(X[left] = X[left + m - right]) do Dec(left); Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  24. 14 suff[i] := right - left; {X[left right] = X[m+left- right m]} end; end; procedure preBmGs(const X: string; m: integer; var bmGs: array of integer); var i, j: integer; suff: ^TIntArr; begin GetMem(suff, (m + 1)*SizeOf(Integer)); suffixes(X, m, suff^); {Tính mảng suff} for i := 1 to m do bmGs[i] := m; j := 0; for i := m downto 0 do if (i = 0)or(suff^[i] = i) then while (j = 1)and(X[i] = Y[i + j - 1]) do Dec(i); if (i < 1) then begin Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  25. 15 Output(j); j := j + bmGs^[1]; end else {chọn cách dịch được lợi nhất } j := j + Max(bmGs^[i], bmBc^[Ord(Y[i + j - 1])] - m + i); end; FreeMem(bmBc, (m + 1)*SizeOf(Integer)); FreeMem(bmGs, (m + 1)*SizeOf(Integer)); end; Thuật toán Boyer-Moore có thể đạt tới chi phí O(n/m) là nhờ có cách dịch thứ 2 “ký tự không khớp”. Cách chuyển cửa sổ khi gặp “ký tự không khớp” cài đặt vừa đơn giản lại rất hiệu quả trong các bảng chữ cái lớn nên có nhiều thuật toán khác cũng đã lợi dụng các quét mẫu từ phải sang trái để sử dụng cách dịch này. Tuy nhiên chi phí thuật toán của Boyer-Moore là O(m*n) vì cách dịch thứ nhất của thuật toán này không phân tích triệt để các thông tin của những lần thử trước, những đoạn đã so sánh rồi vẫn có thể bị so sánh lại. Có một vài thuật toán đã cải tiến cách dịch này để đưa đến chi phí tính toán của thuật toán Boyer-Moore là tuyến tính. 1.2.5. Thuật toán Karp-Rabin Karp-Rabin bài toán tìm kiếm chuỗi không khác nhiều so với bài toán tìm kiếm chuẩn. Tại đây một hàm băm được dùng để tránh đi sự so sánh không cần thiết. Thay vì phải so sánh tất các vị trí của văn bản, ta chỉ cần so sánh những cửa sổ bao gồm những ký tự “có vẻ giống” mẫu. Trong thuật toán này hàm băm phải thỏa mãn một số tính chất như phải dễ dàng tính được trên chuỗi, và đặc biệt công việc tính lại phải đơn giản để ít ảnh hưởng đến thời gian thực hiện của thuật toán. Và hàm băm được chọn ở đây là: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  26. 16 hash(w[i i+m-1]) = h = (w[i]*dm-1 + w[i+1]*dm-2 + w[i+m- 1]*d0) mod q Việc tính lại hàm băm sau khi dịch cửa sổ đi một ký tự chỉ đơn gian như sau: h = ((h – w[i]*dm-1)*d + w[i+m] Trong bài toán này ta có thể chọn d = 2 để tiện cho việc tính toán a*2 tương đương a shl 1. Và không chỉ thế ta chọn q = MaxLongint khi đó phép mod q không cần thiết phải thực hiện vì sự tràn số trong tính toán chính là một phép mod có tốc độ rất nhanh. Việc chuẩn bị trong thuật toán Karp-Rabin có độ phức tạp O(m). Tuy vậy thời gian tìm kiếm lại tỉ lệ với O(m*n) vì có thể có nhiều trường hợp hàm băm của chúng ta bị lừa và không phát huy tác dụng. Nhưng đó chỉ là những trường hợp đặc biệt, thời gian tính toán của thuật toán KR trong thực tế thường tỉ lệ với O(n+m). Hơn nữa thuật toán KR có thể dễ dàng mở rộng cho các mẫu, văn bản dạng 2 chiều, do đó khiến cho nó trở nên hữu ích hơn so với các thuật toán còn lại trong việc xử lý ảnh. procedure KR(const X: string; m: integer; const Y: string; n: integer); var dM, hx, hy: longint; i, j: integer; begin {$Q-} { Disable arithmetic overflow checking } dM := 1; for i := 1 to m - 1 do dM := dM shl 1; hx := 0; hy := 0; for i := 1 to m do begin hx := (hx shl 1) + Ord(X[i]); hy := (hy shl 1) + Ord(Y[i]); end; Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  27. 17 j := 1; while j <= n - m do begin if hx = hy then if IsMatch(X, m, Y, j) then Output(j); {hàm IsMatch trong phần BruteForce} hy := ((hy - Ord(Y[j])*dM) shl 1) + Ord(Y[j + m]); {Rehash} Inc(j); end; if hx = hy then if IsMatch(X, m, Y, j) then Output(j); end; 1.2.6. Các thuật toán khác Một số thuật toán nêu trên chưa phải là tất cả các thuật toán tìm kiếm chuỗi hiện có. Nhưng chúng đã đại diện cho đa số các tư tưởng dùng để giải bài toán tìm kiếm chuỗi. Các thuật toán so sánh mẫu lần lượt từ trái sang phải thường là các dạng cải tiến (và cải lùi) của thuật toán Knuth-Morris-Pratt và thuật toán sử dụng Automat như: Forward Dawg Matching, Apostolico-Crochemore, Not So Naive, Các thuật toán so sánh mẫu từ phải sang trái đều là các dạng của thuật toán Boyer-Moore. Phải nói lại rằng thuật toán BM là thuật toán tìm kiếm rất hiệu quả trên thực tế nhưng độ phức tạp tính toán lý thuyết lại là O(m*n). Chính vì vậy những cải tiến của thuật toán này cho độ phức tạp tính toán lý thuyết tốt như: thuật toán Apostolico-Giancarlo đánh dấu lại những ký tự đã so sánh rồi để khỏi bị so sánh lặp lại, thuật toán Turbo-BM đánh giá chặt chẽ hơn các thông tin trước để có thể dịch được xa hơn và ít bị lặp, Còn có một số cải tiến khác của thuật toán BM không làm giảm độ phức tạp lý thuyết mà dựa trên kinh nghiệm để có tốc độ tìm kiếm nhanh hơn trong thực tế. Ngoài Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  28. 18 ra, một số thuật toán kết hợp quá trình tìm kiếm của BM vào hệ thống Automat mong đạt kết quả tốt hơn. Các thuật toán so sánh mẫu theo thứ tự đặc biệt Thuật toán Galil-Seiferas và Crochemore-Perrin chúng chia mẫu thành hai đoạn, đầu tiên kiểm tra đoạn ở bên phải rồi mới kiểm tra đoạn bên trái với chiều từ trái sang phải. Thuật toán Colussi và Galil-Giancarlo lại chia mẫu thành hai tập và tiến hành tìm kiếm trên mỗi tập với một chiều khác nhau. Thuật toán Optimal Mismatch và Maximal Shift sắp xếp thứ tự mẫu dựa vào mật độ của ký tự và khoảng dịch được. Thuật toán Skip Search, KMP Skip Search và Alpha Skip Search dựa sự phân bố các ký tự để quyết đinh vị trí bắt đầu của mẫu trên văn bản. Các thuật toán so sánh mẫu theo thứ tự bất kỳ Đó là các thuật toán có thể tiến hành so sánh mẫu với cửa sổ theo một thứ tự ngẫu nhiên. Những thuật toán này đều có cài đặt rất đơn giản và thường sử dụng chiêu ký tự không khớp của thuật toán Boyer-Moore. Có lẽ loại thuật toán này dựa trên ý tưởng càng so sánh loạn càng khó kiếm test chết. Vì dựa hoàn toàn trên vị trí được lấy ngẫu nhiên nên kết quả chỉ là mong đợi ngẫu nhiên chứ không có một cơ sở toán học nào để lấy vị trí ngẫu nhiên sao cho khả năng xuất hiện mẫu cần tìm là lớn. Hướng nghiên cứu của luận văn là tiếp cận giải thuật di truyền để giải bài toán tìm kiếm văn bản được đề cập ở chương 3 cũng là phương pháp so sánh mẫu với cửa sổ theo một thứ tự ngẫu nhiên, nhưng vị trí ngẫu nhiên đó sẽ được hội tụ dần về vị trí xuất hiện của mẫu sau mỗi lần thực hiện, đó là Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  29. 19 nguyên lý của giải thuật di truyền và cũng là cơ sở toán học cho vấn đề nghiên cứu. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  30. 20 CHƢƠNG 2 GIỚI THIỆU VỀ GIẢI THUẬT DI TRUYỀN Phần này sẽ tìm hiểu cơ bản về giải thuật di truyền, trong đó chú trọng đến các kỹ thuật có liên quan đến bài toán tìm kiếm. 2.1. Tổng quan về giải thuật di truyền 2.1.1 Giới thiệu Thuật giải di truyền, cũng như các thuật toán tiến hoá nói chung, hình thành dựa trên quan niệm cho rằng, quá trình tiến hoá tự nhiên là hoàn hảo nhất, hợp lý nhất, và tự nó đã mang tính tối ưu. Quan niệm này có thể được xem như là một tiên đề đúng, không chứng minh được, nhưng phù hợp với thực tế khách quan. Quá trình tiến hoá thể hiện tính tối ưu ở chỗ, thế hệ sau bao giờ cũng tốt hơn, phát triển hơn, hoàn thiện hơn thế hệ trước. Tiến hoá tự nhiên được duy trì nhờ hai quá trình cơ bản: sinh sản và chọn lọc tự nhiên. Xuyên suốt quá trình tiến hoá tự nhiên, các thế hệ mới luôn được sinh ra để bổ xung thay thế thế hệ cũ. Cá thể nào phát triển hơn, thích ứng hơn với môi trường sẽ tồn tại, cá thể nào không thích ứng với môi trường sẽ bị đào thải. Sự thay đổi môi trường là động lực thúc đẩy quá trình tiến hoá. Ngược lại, tiến hoá cũng tác động trở lại góp phần làm thay đổi môi trường. Mục tiêu nghiên cứu của giải thuật di truyền (GA) là: - Trừu tượng hóa và diễn đạt chính xác về các quá trình thích nghi trong hệ thống tự nhiên. - Thiết kế những phần mềm về hệ thống nhân tạo nhằm duy trì các cơ chế quan trọng của hệ thống tự nhiên. Những mục tiêu này đã dẫn đến những khám phá quan trọng trong hệ thống khoa học tự nhiên lẫn nhân tạo. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  31. 21 GA ra đời và phát triển dựa trên quá trình tiến hóa trong tự nhiên và đã được ứng dụng thành công trong nhiều lĩnh vực nhất là tối ưu hóa và máy học. 2.1.2 Sự khác biệt của giải thuật di truyền so với các giải thuật khác GA khác với những sự tối ưu hóa thông thường và những giải thuật tìm kiếm khác bởi 4 điểm sau: GA làm việc với sự mã hóa một bộ các thông số, chứ không phải bản thân các thông số. GA tìm kiếm từ một số điểm quần thể, chứ không phải từ một điểm. GA sử dụng các thông tin về hàm mục tiêu chứ không phải đạo hàm (derivatives) hay những tri thức phụ khác. GA sử dụng các luật chuyển đổi theo xác suất, chứ không phải các luật chuyển đổi tiền định. GA đòi hỏi một tập hợp các thông số tự nhiên của bài toán tối ưu để mã hóa thành các chuỗi có chiều dài hữu hạn, dựa trên một số hữu hạn các ký tự. 2.1.3 Tính chất quan trong của giải thuật di truyền 1. GA lập luận có tính chất ngẫu nhiên để tìm giải pháp tối ưu cho những vấn đề phức tạp. Tuy nhiên đây là hình thức ngẫu nhiên có hướng dẫn bởi giá trị hàm thích nghi. Chính hàm thích nghi là vật chỉ đường cho GA tìm ra lời giải tối ưu trong muôn ngàn lời giải có thể. 2. Vấn đề thích hợp nhất cho GA là tìm điều kiện tối ưu. Tối ưu đây không nhất thiết phải là tuyệt đối, mà có thể chỉ là tương đối trong hoàn cảnh và thời gian cho phép. 3. Một trong những bước quan trọng và khó khăn nhất là tìm hàm số thích nghi. Hàm số thích nghi phải có liên hệ trực tiếp đến vấn đề cần giải. 4. GA và mạng nơron nhân tạo đều thuộc vào nhóm khoa học trí tuệ nhân tạo, tuy nhiên GA lập luận dựa theo sự tiến hóa và xét vấn đề ở tầm mức Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  32. 22 của gen và NST, khác với mạng nơron nhân tạo dựa trên kinh nghiệm và cách giải quyết vấn đề mà bộ óc con người thường dùng. 2.2. Giải thuật di truyền cổ điển 2.2.1 Giới thiệu Giải thuật di truyền cổ điển là các kỹ thuật tìm kiếm và tối ưu hóa các giải pháp cho vấn đề phỏng theo quá trình thích nghi tiến hóa của các quần thể sinh học dựa trên học thuyết Darwin. GA là một giải thuật, mục tiêu không nhằm đưa ra lời giải chính xác tối ưu mà là đưa ra lời giải tương đối tối ưu. * Cấu trúc của GA Trong GA các cá thể (hay còn gọi là các NST) được mã hóa bởi các chuỗi nhị phân, mỗi vị trí trên chuỗi nhị phân chỉ nhận một trong hai giá trị “0” hoặc “1”. Một NST trong GA có dạng như sau: 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 GA cổ điển được J. H Holland [9] giới thiệu để giải bài toán tối ưu: max {f (x) /x A}, Trong đó A là một miền trong không gian n-chiều, f (x) >0 với mọi x A. Cấu trúc của GA cổ điển như sau: Procedure GA { t=0; Khởi tạo P (t) ; Đánh giá P (t) ; While (not (điều kiện dừng) ) do { t=t+1; Chọn P (t) từ P (t-1) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  33. 23 Thay đổi P (t) Đánh giá P (t) ; } } Quá trình tiến hóa được diễn ra trong vòng lặp while, tại thế hệ thứ t, giải t t t thuật duy trì một tập lời giải P (t) ={x 1, , x n}. Mỗi lời giải x i được đánh giá “độ thích nghi”. Một tập lời giải mới được xây dựng bằng cách “chọn lọc” các cá thể có độ thích nghi cao hơn, ta được một tập lời giải trung gian. Tiếp theo, một số cá thể trong tập lời giải này được biến đổi bằng phương pháp “lai ghép và “đột biến” để tạo thành các lời giải mới cho thế hệ t+1. Sơ đồ sau minh họa hoạt động của giải thuật di truyền. Hình 2.1: Sơ đồ tổng quan của giải thuật di truyền Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  34. 24 2.2.2 Các toán tử di truyền Trong thuật giải di truyền, các cá thể mới liên tục được sinh ra trong quá trình tiến hoá nhờ sự lai ghép ở thế hệ cha-mẹ. Một cá thể mới có thể mang những tính trạng của cha-mẹ (di truyền), cũng có thể mang những tính trạng hoàn toàn mới (đột biến). Di truyền và đột biến là hai cơ chế có vai trò quan trọng như nhau trong tiến trình tiến hoá, dù rằng đột biến xảy ra với xác xuất nhỏ hơn rất nhiều so với hiện tượng di truyền. Các thuật toán tiến hoá, tuy có những điểm khác biệt, nhưng đều mô phỏng ba toán tử cơ bản: Chọn lọc, lai ghép, đột biến. 2.2.2.1 Toán tử chọn lọc Toán tử chọn lọc là một quá trình loại bỏ các NST kém thích nghi trong quần thể. Có các toán tử chọn lọc sau: * Toán tử chọn lọc tỷ lệ: Được sử dụng thường xuyên nhất trong GA. Xác suất lựa chọn của mỗi cá thể tỷ lệ thuận với giá trị độ thích hợp của nó, được tính theo công thức: Pi = f (vi) /F (i = 1 pop-size – kích cỡ của quần thể) gọi là xác suất chọn cho mỗi nhiễm sắc thể vi. Trong đó: f (vi) là hàm thích nghi của mỗi cá thể vi. F là tổng của các giá trị thích nghi của quần thể. Việc chọn lọc cá thể nào phụ thuộc vào vị trí xác suất qi của mỗi nhiễm i q p sắc thể vi được tính như sau: i  j 1 j . Tiến trình chọn lọc được thực hiện bằng cách quay bánh xe ru lét pop- size lần; mỗi lần chọn một nhiễm sắc thể từ quần thể hiện hành vào quần thể mới theo cách sau: - Phát sinh ngẫu nhiên một số r trong khoảng [0 1] - Nếu r < qi thì chọn nhiễm sắc thể đầu tiên (v1); ngược lại thì chọn nhiễm sắc thể thứ i, vi ( 2 i pop size) sao cho qi 1 r qi . Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  35. 25 Hiển nhiên, có thể sẽ có một só nhiễm sắc thể được chọn nhiều lần. Điều này phù hợp với lý thuyết sơ đồ (Nguyễn Đình Thúc, [3]): các nhiễm sắc thể tốt nhất có nhiều bản sao hơn, các nhiễm sắc thể trung bình không thay đổi, các nhiễm sắc thể kém nhất thì chết đi. * Toán tử chọn lọc cạnh tranh: Mỗi lần chọn lọc ta tiến hành chọn ngẫu nhiên t cá thể từ quần thể hiện tại. Bản sao của cá thể tốt nhất trong t cá thể kể trên được sao chép vào quần thể bố mẹ.Tiến hành N lần chọn như vậy ta thu được quần thể bố mẹ. Giá trị t được gọi là kích cỡ cạnh tranh. * Toán tử chọn lọc xếp hạng: Các cá thể của quần thể hiện tại được sắp xếp theo thứ tự giảm dần của giá trị độ thích nghi. Cá thể tốt nhất được xếp thứ nhất và cá thể tồi nhất xếp cuối cùng. 2.2.2.2 Toán tử lai ghép Toán tử lai ghép là quá trình tạo NST mới trên cơ sở các NST cha- mẹ bằng cách ghép một đoạn trên NST cha mẹ với nhau. Toán tử lai ghép được gán với một xác suất pc. Quá trình được mô tả như sau: - Chọn ngẫu nhiên một cặp NST (để làm cha mẹ) trong quần thể. Giả sử, NST cha mẹ có cùng độ dài m. - Tạo một số ngẫu nhiên trong khoảng từ 1 đến m-1 (gọi là điểm lai ghép). Điểm lai ghép chia NST cha mẹ thành hai chuỗi con có độ dài m1, m2. Ví dụ Cha: 101101100 Mẹ: 000011100 Thì việc trao đổi chéo các NST sau gen thứ 5 sẽ tạo ra hai con: Con 1: 101111100 Con 2: 000001100 Có một số dạng toán tử lai ghép như: * Lai ghép một điểm (One-point Crossover) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  36. 26 Lai ghép một điểm là loại lai ghép đơn giản nhất, được sử dụng cả trong GA mã hoá nhị phân lẫn GA mã hoá số thực. Với cặp cha mẹ X, Y là các vectơ m chiều như ký hiệu trên, toán tử lai ghép 1 điểm chọn ngẫu nhiên một vị trí k (1 k m) rồi sinh ra 2 cá thể con theo công thức X‟ = (x1, , xk, yk+1, , ym ) Y‟ = (y1, , yk, xk+1, , xm ) * Lai ghép đa điểm (Multi-point Crossover) Toán tử lai ghép đa điểm được mô tả như sau: Chọn ngẫu nhiên k điểm j1, , jk (1 <= j1 < j2 < < jk < m), lai ghép đa điểm tạo ra cặp con (X', Y') bằng cách đánh số các đoạn [jt, jt+1] từ 0 trở đi, sau đó x'i lấy bằng xi tại những đoạn có số hiệu chẵn và bằng yi tại những đoạn có số hiệu lẻ. y'i lấy bằng xi tại những đoạn có số hiệu lẻ và bằng yi tại những đoạn có số hiệu chẵn. * Lai ghép đều hay lai ghép mặt nạ (Uniform Crossover) Trong lai ghép đều, ta chọn ngẫu nhiên k vị trí 1 < i1 < i2 < < ik < m. Các cá thể con X', Y' được lập như sau: x i {i , ,i } y i {i , ,i } i 1 k i 1 k (2.1) x'i y'i yi i {i1 , ,ik } xi i {i1 , ,ik } 2.2.2.3 Toán tử đột biến Đột biến là hiện tượng NST con mang một số đặc tính không có trong mã di truyền của cha- mẹ. Toán tử đột biến được gán xác suất pm (nhỏ hơn nhiều so với xuất suất lai ghép pc). Điều này được suy diễn bởi trong tự nhiên, đột biến gen thường rất ít xảy ra. Phép đột biến được mô tả như sau: - Chọn ngẫu nhiên một NST trong quần thể. - Tạo một số ngẫu nhiên k trong khoảng từ 1 tới m, 1 ≤ k ≤ m. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  37. 27 - Thay đổi bít thứ k. Đưa nhiễm sắc thể này vào quần thể để tham gia quá trình tiến hóa ở thế hệ tiếp theo. Ví dụ v1: 101101010 v2: 101111010 NST V1 được chọn để đột biến tại vị trí gen thứ năm, gen này hiện tại là 0, sau khi đột biến sẽ trở thành 1. Khi đó NST v1 trở thành v2. 2.2.3 Các bƣớc quan trọng trong việc áp dụng giải thuật di truyền cổ điển Để giải quyết vấn đề bài toán bằng giải thuật di truyền, chúng ta cần thực hiện 7 bước quan trọng sau: Bƣớc 1: Chọn mô hình cho giải pháp của vấn đề, chọn một số đặc trưng cho toàn bộ các giải pháp (quần thể) có thể có cho vấn đề. Bƣớc 2: Chỉ định cho mỗi giải pháp (cá thể) một ký hiệu. Ký hiệu có thể là một dãy các số 0, 1 thuộc hệ nhị phân, hay dãy các số thập phân, dãy các chữ hay hỗn hợp của số và chữ. Ký hiệu đơn giản nhất và thường dùng nhất là số nhị phân. Bƣớc 3: Tìm hàm số thích nghi cho vấn đề và tính hệ số thích nghi cho từng giải pháp (lời giải). Bƣớc 4: Dựa trên hệ số thích nghi của các giải pháp để thực hiện sự tạo sinh (reproduction) và biến hóa các giải pháp. Các phương thức biến hóa bao gồm: lai ghép (crossover), đột biến (mutation). Bƣớc 5: Tính các hệ số thích nghi cho các giải pháp mới và loại bỏ những giải pháp kém nhất để chỉ còn giữ lại một số nhất định của giải pháp. Bƣớc 6: Nếu chưa tìm được giải pháp tối ưu hay tương đối khá nhất hay chưa hết kỳ hạn ấn định, trở lại bước 4 để tìm giải pháp mới. Bƣớc 7: Tìm được giải pháp tối ưu hoặc nếu thời gian cho phép đã chấm dứt thì kết thúc giải thuật và báo cáo kết quả tìm được. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  38. 28 2.2.4 Ví dụ Xét bài toán tối ưu không ràng buộc sau: Bài toán: Cho hàm f (x1, x2) = 21.5 + x1sin(4 x1) + x2sin(4 x2) với -3.0 ≤ x1 ≤ 12.1 và 4.1 ≤ x2 ≤ 5.8. Ta cần cực đại hóa hàm f (x1, x2) Hình 2.2: Đồ thị của hàm f Ứng dụng giải thuật di truyền Ta sẽ lần lượt trình bày về năm thành phần chính của giải thuật di truyền để giải bài toán này. +Biểu diễn NST Ta sử dụng một véc tơ nhị phân làm NST để biểu diễn các giá trị thực của biến x1, x2. Chiều dài của vectơ này phụ thuộc vào độ chính xác cần có, trong ví dụ này độ chính xác cần 4 số lẻ. - Miền của x1 có chiều dài 15.1; điều kiện chính xác đòi hỏi đoạn [-3.0, 12.1] cần được chia thành các khoảng có kích thước bằng nhau, ít nhất là 15.1 x 10000 = 151000 khoảng bằng nhau. Mỗi đoạn ta có thể nhận một lời giải thì số lời giải có thể là 150000. Khi đó để mô tả một lời giải ta cần có một vectơ có 18 bit làm phần đầu tiên của NST. V = (b17 b16 b0) vì Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  39. 29 217 ≤ 151000 ≤ 218 - Miền của biến x2 có chiều dài 1.7; điều kiện chính xác đòi hỏi đoạn [4.1, 5.8] cần được chia thành các khoảng có kích thước bằng nhau, ít nhất 1.7 x 10000 = 17000 khoảng bằng nhau. Điều này có nghĩa là cần 15 bit làm phần đầu tiên của NST. V = (b32 b31 b18) 214 ≤ 151000 ≤ 215 Chiều dài toàn bộ NST lúc này là m= 18+13 =33 bit. 18 bít đầu tiên mã hóa x1 và 15 bít còn lại mã hóa x2. Để chuyển một giá trị từ vectơ nhị phân sang giá trị x1, x2 ta cần thực hiện 2 bước sau: - Đổi 18 bit đầu tiên (b17 b16 b0) từ cơ số 2 sang cơ số 10 17 i (b17 b16 b0)2 = bi 2 x1 ' i 0 10 - Tìm giá trị x1 tương ứng 15.1 x 3.0 x '. , với -3. 0 là cận dưới và 15.1 là độ dài của miền giá 1 218 1 trị. - Đổi 15 bit kế tiếp (b32 b31 b18) từ cơ số 2 sang cơ số 10 32 i (b32 b31 b18)2 = bi 2 x2 ' i 18 10 - Tìm giá trị x1 tương ứng 1.7 x 4.1 x '. , với -3. 0 là cận dưới và 15.1 là độ dài của miền giá 2 215 1 trị. Ví dụ NST (010001001011010000111110010100010) tương ứng với (x1, x2) = (1.052426, 5.755330) vì: x1‟ = (010001001011010000) 2 = 7035210 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  40. 30 và x1 = -3. 0 + 70352*15.1/2262143 = 1.052426. x2‟ = (111110010100010) 2 = 3190610 và x1 = 4.1 + 31906*1.7/32767 = 5.755330. + Khởi tạo quần thể ban đầu Tiến trình khởi tạo quần thể rất đơn giản: ta tạo một quần thể các NST, trong đó mỗi NST là một vectơ nhị phân 33 bít. Tất cả 33 bít của mỗi NST đều được khởi tạo ngẫu nhiên. + Hàm lƣợng giá Hàm lượng giá eval của các vectơ nhị phân v chính là hàm f: eval (v) = f(x) Trong đó, NST v biểu diễn giá trị thực x như đã nói ở trên, hàm lượng giá đóng vai trò môi trường, đánh giá từng lời giải theo độ thích nghi của chúng. Ví dụ. Với 3 NST v1 = (100110100000001111111010011011111) v2 = (111000100100110111001010100011010) v3 = (000010000011001000001010111011101) Tương ứng với các giá trị của từng NST là: NST thứ nhất: (x1, x2) = (6.084492, 5.652242); NST thứ hai: (x1, x2) = (10.348434, 4.380264); NST thứ ba: (x1, x2) = (-2.516603, 4.390381); và có độ thích nghi lần lượt là: eval (v1) = f (6.084492, 5.652242) = 26.019600 eval (v2) = f (10.348434, 4.380264) = 7.580015 eval (v3) = f (-2.516603, 4.390381) = 19.626329 Rõ ràng, NST v1 là tốt nhất trong 3 NST này, vì hàm lượng đánh giá nó trả về giá trị cao nhất. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  41. 31 + Các toán tử di truyền Trong giai đoạn tiến hóa quần thể, ta có thể dùng 3 toán tử di truyền cổ điển: chọn lọc, lai ghép, đột biến - Toán tử chọn lọc: Giải mà tập NST vi và tính các giá trị xi tương ứng với i= 1, 2 popsize) Tính giá trị hàm thích nghi của mỗi cá thể vi, tổng độ thích nghi. Tính xác suất chọn lọc cho mỗi NST vi theo công thức: pi = eval (vi) /F với (i= 1, 2 popsize). Thực hiện chọn ngẫu nhiên popsize lần bằng phương pháp bánh xe sổ xố dựa trên xác suất của mỗi NST. - Toán tử đột biến: Làm thay đổi gen trên NST với xác suất bằng tốc độ đột biến. Giả sử gen thứ 6 trong NST v3 được chọn để đột biến. Và đột biến chính là thay đổi giá trị gen này từ 0 thành 1 và ngược lại, thì sau đột biến NST v3‟ = (000011000011001000001010111011101). NST này biểu diễn giá trị: - Toán tử lai ghép: Ta sẽ minh họa toán tử lai ghép một điểm trên hai NST v2 và v3. Giả sử điểm lai ghép được chọn (ngẫu nhiên) tại vị trí thứ 15: v2 = (111000100100110111001010100011010) v3 = (000010000011001000001010111011101) Hai con của kết quả lai là: v2‟ = (111000100100110000001010111011101) v3‟ = (000010000011001111001010100011010) Ở đây, ta thấy rằng con thứ hai thích nghi hơn cả cha lẫn mẹ của nó. - Các tham số: Đối với bài toán này, ta sử dụng các tham số sau: kích thước quần thể popsize=5 xác suất lai ghép pc=0.25 (nghĩa là cá thể v trong quần thể có 25% cơ hội được chọn để thực hiện lai ghép), xác suất đột biến pm = 0.01 (nghĩa là 1% số bít bị đột biến). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  42. 32 - Các kết quả thử nghiệm: Bảng 1.2 sau đây trình bày kết quả hàm mục tiêu f sau 1000 thế hệ ta thu được quần thể sau : NST tốt nhất sau 1000 thế hệ là giá trị xmax = 31.933120. Cá Giá trị fi(x1, x2) NST eval (xi) thể x1 x2 v1 111011110110011011100101010111011 11.120940 5.092514 30.298543 v2 111001100110000100010101010111000 10.588756 4.667358 26.869724 v3 111011110111011011100101010111011 11.124647 5.092514 30.316575 v4 111001100010000110000101010111001 10.574125 4.242410 31.933120 v5 111011110111011011100101010111011 11.124627 5.092514 30.316575 Max 31.933120 Bảng 2.2: Kết quả của 1000 thế hệ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  43. 33 CHƢƠNG 3 SỬ DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN ĐỂ TÌM KIẾM VĂN BẢN Trong phần này sẽ trình bày các nội dung nghiên cứu chính của luận văn, từ yêu cầu đặt ra cho bài toán tìm kiếm văn bản ta đi xây dựng hàm mục tiêu tìm kiếm. Trên cơ sở đó phát biểu bài toán dưới dạng tối ưu hàm một biến và dùng phương pháp giải thuật di truyền để giải quyết bài toán. 3.1. Yêu cầu đặt ra cho bài toán tìm kiếm văn bản Trong chương 1, chúng ta đã quan tâm đến các thuật toán tìm tất cả các vị trí xuất hiện của mẫu trên một văn bản, các thuật toán này đều dựa theo phương pháp tìm kiếm tuyến tính (tìm tuần tự từ đầu đến cuối văn bản). Theo tư tưởng đó sẽ tìm được chính xác tất cả các vị trí xuất hiện của mẫu trong văn bản. Trong thực tế đôi khi ta không cần quan tâm đến mẫu tìm kiếm có chính xác hay không mà ta chỉ quan tâm đến nội dung liên quan đến mẫu (hoặc có chứa một phần trong mẫu). Google – công ty phần mềm nổi tiếng dựa trên ý tưởng đó đã phát triển ứng dụng tìm kiếm trên Web rất hiệu quả. Vậy vấn đề đặt ra là tìm trong văn bản S vị trí xuất hiện đoạn văn bản gần giống với văn bản mẫu Sm nhất. Yêu cầu tìm kiếm ở đây không đòi hỏi vị trí xuất hiện chính xác của xâu mẫu mà là tìm vị trí xuất hiện gần đúng của xâu mẫu, tìm kiếm có thể đạt kết quả tốt nhất khi vị trí xuất hiện đó chính là mẫu cần tìm. Với mục tiêu này, các thuật toán giới thiệu ở trên đều có thể giải quyết được bằng cách: tại một vị trí i trong văn bản, thay vì việc đi so sánh đoạn văn bản M ký tự (từ vị trí i đến vị trí i+M) đang xét với mẫu thì ta đi tìm số ký tự trùng khớp (cả về giá trị và vị trí) lớn nhất giữa hai văn bản này. Hiển nhiên trong trường hợp xuất hiện mẫu thì số ký tự trung khớp lớn nhất sẽ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  44. 34 bằng M. Trên cơ sở đó ta hoàn toàn có thể đưa ra các vị trí gần đúng với mẫu nhất trong trường hợp không có đoạn văn bản mẫu trong văn bản tìm kiếm. Tìm kiếm với yêu cầu như trên có thể đáp ứng được các nhu cầu của người sử dụng để tìm kiếm văn bản. Với các thuật toán tìm kiếm tuyến tính ta chỉ cần cải tiến một chút là cũng có thể tìm được đúng với yêu cầu đặt ra. Tuy nhiên với những văn bản có số ký tự rất lớn thì tìm kiếm tuyến tính như đã nói ở trên lại không hiệu quả về mặt thời gian (với độ phức tạp là O(MN)). Đã có một số giải pháp để giải quyết vấn đề này là các thuật toán so sánh mẫu theo thứ tự bất kỳ trong chương 1. Theo đó, người ta tiến hành so sánh mẫu với cửa sổ theo một thứ thự ngẫu nhiên, nhưng sẽ khó có thể biết trước được khả năng đưa ra lời giải vì ở đây chỉ là việc so sánh với các vị trí ngẫu nhiên mà không có cơ sở toán học rõ ràng để hướng đến một vị trí xuất hiện mẫu trong văn bản. Cũng trên cơ sở so sánh ngẫu nhiên ta đi nghiên cứu một hướng tiếp cận giải quyết bài toán theo hướng khác với các thuật toán trên, đó là hướng tiếp cận Giải thuật di truyền để giải quyết các yêu cầu đặt ra với bài toán tìm kiếm văn bản. 3.2. Xây dựng hàm tìm kiếm Để xác định tiêu chí tính toán cho bài toán tìm kiếm văn bản bằng giải thuật di truyền ta sẽ xây dựng hàm tìm kiếm như sau: Hàm tìm kiếm có tiêu chí đánh giá bằng tổng của hai đại lượng: 1) độ dài của xâu con chung dài nhất giữa đoạn văn bản đó và mẫu (đều có độ dài M ký tự), 2) độ dài trùng khớp về giá trị và vị trí của đoạn văn bản đó với mẫu. Xâu con chung dài nhất ở đây là dãy ký tự dài nhất theo thứ tự giống nhau giữa hai xâu (không nhất thiết phải liền nhau), trường hợp tốt nhất xảy ra là xâu con chung dài nhất có độ dài M (dài bằng văn bản mẫu) - tức là hai xâu so sánh là giống nhau – đó chính là vị trí xuất hiện của cả mẫu. Để tìm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  45. 35 xâu con chung dài nhất thuật toán hiệu quả là dùng quy hoạch động có độ phức tạp O(M2) (mục 3.4). Trong thực tế khi tìm kiếm số M thường không lớn nên hoàn toàn chấp nhận được. Hàm tìm kiếm được xây dựng là: F(x) = a*G(x) + b*H(x) (3.1.1) Trong đó: x là vị trí trong văn bản (x [1 N]). G(x) là tần suất xuất hiện Sm trong đoạn S[x x+M] của S (kể từ vị trí x cho đến vị trí x+M trong văn bản S). G(x) được tính bằng hàm Quy hoạch động tìm độ dài xâu con chung lớn nhất. H(x) là độ đo thứ tự, phản ánh thứ tự xuất hiện các ký tự trong S[x x+m] trùng với Sm. Ta có thể viết là G(Sx, Sm) thay cho G(x). H(x) được tính bằng cách so khớp lần lượt từng ký tự, giá trị trả về chính là số ký tự trùng khớp (cả về giá trị và vị trí) của hai văn bản Sm và S[x x+M]. Ta có thể viết là H(Sx, Sm) thay cho H(x). a và b là các tham số đóng vai trò trọng số của G(x) và H(x), để thuận cho việc đánh giá hàm F ta có thể quy định ràng buộc cho a và b là: a = 1 – b. Như vậy dể thấy G(x) và H(x) có giá trị trong khoảng [0 M], và do đó hàm F cũng có miền giá trị trong khoảng [0, M] , tức là Fmax(x)=M. Tuỳ thuộc vào mục tiêu của bài toán và căn cứ vào giá trị của hàm tìm kiếm F, ta có thể giải quyết được mọi yêu cầu đặt ra cho bài toán tìm văn bản. 3.3. Phát biểu bài toán tìm kiếm văn bản theo hƣớng tiếp cận di truyền Dựa vào hàm tìm kiếm (3.1.1) ta phát biểu bài toán tìm kiếm văn bản dưới dạng bài toán tối ưu hàm một biến như sau: Xét bài toán: “Cho trước một văn bản S có độ dài N và một văn bản mẫu Sm có độ dài M (M ≤ N). Tìm các giá trị của x [1 N] sao cho F(x) = a*G(x) + b*H(x) k”. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  46. 36 Trong đó k là giá trị ngưỡng cho trước (0 k FMax(x)), k đóng vai trò tham số xác định độ chính xác của hàm mục tiêu. Bài toán đặt ra là tìm các giá trị x sao cho F(x) đạt giá lớn hơn hoặc bằng ngưỡng k. Nếu tìm được các giá trị xmax để F(xmax) = M thì xmax chính là vị trí xuất hiện chuỗi Sm cần tìm trong văn bản S. Trường hợp bài toán chỉ cho kết quả tương đối tốt thì x là các vị trí mà trong đoạn [x, x+M] có xuất hiện một phần trong xâu mẫu (gần giống với sâu mẫu). Trong trường hợp này ta có giữ lại kết quả hay không phụ thuộc vào ngưỡng k. Để đạt được mục tiêu tìm kiếm ta đưa ra một ngưỡng tìm kiếm k và xem xét bài toán tìm đoạn văn bản trong S gần đúng với mẫu Sm, hoặc có độ dài đoạn trùng khớp lớn hơn một ngưỡng k cho trước. Thực chất trong trường hợp tìm giá trị Max thì chỉ cần hàm G(x) hoặc H(x) là đã đủ để đánh giá hàm F(x) nhận cực đại. Nhưng khi đi tìm giá trị hàm F đạt một ngưỡng k cho trước, nếu đoạn mẫu văn bản là ngắn thì việc dùng hàm H(x) lại ít có ý nghĩa, trường hợp đoạn mẫu văn bản dài thì H(x) lại đóng vai trò quan trọng vì lẽ nếu chỉ căn cứ vào G(x) để đánh giá thì giả sử trong S có đoạn văn bản M ký tự mà một nửa số ký tự đầu tiên xuất hiện trong một nửa sau của chuỗi S thì sự giống nhau là không đáng kể so với tại vị trí mà hai nửa đầu của đoạn văn bản trong S và đoạn văn bản mẫu trùng khớp với nhau. Ví dụ: Cho xâu mẫu Sm =‟enables you to quickly search files for text‟ (44 ký tự) Giả sử tại vị trí x trong văn bản S có đoạn văn bản 44 ký tự tính từ vị trí x là Sx = „search anything from a single file to an ent‟ (vị trí x là ký tự s đầu tiên trong chuỗi). Khi đó giá trị hàm quy hoạch động G(Sx, Sm) = 20 lớn hơn nhiều so với sự xuất hiện trùng khớp mà ta có thể quan sát thấy (chỉ có từ search là xuất hiện tốt nhất so với mục tiêu tìm kiếm). Khi đó hàm H(Sx, Sm) sẽ khống chế vị trí trùng khớp giữa hai chuỗi, sự kết hợp của H(x) và G(x) khi Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  47. 37 đó hàm F(x) sẽ cho ta kết quả sát với mục tiêu tìm kiếm. Tuỳ thuộc vào độ mẫu tìm kiếm mà ta có thể điều chỉnh tham số a và b sao cho kết quả tìm kiếm là tốt nhất. Ta nên để hệ số a lớn hơn b, tức là ưu tiên dùng hàm quy hoạch động để đánh giá giá trị hàm F. Lý do vì trong trường hợp mẫu Sm không lớn thì hiển nhiên theo định nghĩa hàm quy hoạch động thì G(x) đã xác định luôn cả khả năng trùng khớp của 2 đoạn văn bản, độ lớn trùng khớp này tỷ lệ thuận với hàm quy hoạch động (độ dài xâu con chung càng lớn thí xác suất các ký tự trùng khớp càng nhiều). Trường hợp tìm Max thì nên để a = 1 và b = 0 vì như đã nói ở trên, lúc này hàm G(x) có giá trị bằng M thì đương nhiên các ký tự sẽ trùng khớp cả về giá trị và vị trí, ta sẽ không phải mất thời gian để tính toán hàm H(x). Bài toán tìm kiếm văn bản phát biểu ở trên rất phù hợp với phương pháp giải quyết bằng giải thuật di truyền vì đây là bài toán tối ưu hàm một biến và hàm mục tiêu là hàm F. Ta sẽ sử dụng ưu thế của giải thuật di truyền để giải bài toán này, chi tiết trong phần 3.5. Phương pháp tiếp cận di truyền có thể không tìm được hết tất cả các vị trí xuất hiện mẫu trong văn bản, nhưng nó sẽ rất hữu hiệu trong việc giải quyết bài toán tìm kiếm với yêu cầu đặt ra là có xuất hiện (chính xác) hay không hoặc tìm xuất hiện gần đúng nhất. Đặc biệt khi ta phải tìm trong toàn ổ đĩa máy tính các file văn bản có chứa một nội dung nào đó, thì mục tiêu trở thành tìm thấy file có chứa nội dung gần giống với văn bản đó. Khi đó ta chỉ cần sự xuất hiện gần đúng nhất của nội dung tìm kiếm trong file và đưa ra vị trí xuất hiện đó (chứ không nhất thiết phải đưa ra tất cả các vị trí xuất hiện trong file). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  48. 38 3.4. Tìm độ dài xâu con chung lớn nhất bằng quy hoạch động - Định nghĩa xâu con: Xâu s1 được gọi là con của xâu s2 nếu mọi s1[i] thuộc s1 đều xuất hiện trong s2 theo thứ tự. - Bài toán tìm độ dài xâu con chung lớn nhất: Cho 2 xâu X,Y. Hãy tìm xâu con của X và của Y có độ dài lớn nhất. * Công thức QHĐ: Gọi L(i,j) là độ dài xâu con chung dài nhất của xâu X(i) gồm i kí tự phần đầu của X (X(i) = X[1 i]) và xâu Y(j) gồm j kí tự phần đầu của Y (Y(j) =Y[1 j]). Ta có công thức quy hoạch động như sau: L(0,j)=L(i,0)=0. L(i,j) = L(i - 1,j - 1)+1 nếu X[i] = Y[j]. L(i,j) = max(L(i - 1,j), L(i,j - 1)) nếu X[i] ≠ Y[j]. * Cài đặt: Bảng phương án là một mảng 2 chiều L[0 m, 0 n] để lưu các giá trị của hàm QHĐ L(i,j). Đoạn chương trình cài đặt công thức QHĐ trên như sau: for i:=0 to m do L[i,0]:=0; for j:=0 to n do L[0,j]:=0; for i:=1 to m do for j:=1 to n do if X[i]=Y[j] then L[i,j]:=L[i - 1,j - 1]+1 else L[i,j]:=max(L[i - 1,j],L[i,j - 1]]); Như vậy chi phí không gian của bài toán là O(n2), chi phí thời gian là O(n2). Có một phương pháp cài đặt tốt hơn, chỉ với chi phí không gian O(n) dựa trên nhận xét sau: để tính ô L[i,j] của bảng phương án, ta chỉ cần 3 ô L[i - 1,j-1],L[i-1,j] và L[i,j-1]. Tức là để tính dòng L[i] thì chỉ cần dòng L[i -1]. Do đó ta chỉ cần 2 mảng 1 chiều để lưu dòng vừa tính (P) và dòng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  49. 39 đang tính (L) mà thôi. Cách cài đặt mới như sau: for j:=0 to n do P[j]:=0; for i:=1 to m do begin L[0] := 0; for j:=1 to n do if X[i]=Y[j] then L[j]:=P[j - 1]+1 else L[i,j]:=max(P[j], L[j -1]); P := L; end; Kết quả trả về độ dài xâu con chung dài nhất là P[n]. Cần lưu ý rằng với bài toán tìm kiếm văn bản là ta đi tìm xâu con chung dài nhất của hai chuỗi văn bản có cùng độ dài M (cùng độ dài với chuỗi văn bản mẫu). Khi đó nếu xâu con dài nhất có độ dài bằng M có nghĩa là hai xâu giống nhau. Độ dài của xâu con chung càng tịnh tiến đến M có nghĩa là hai xâu so sánh càng giống nhau. Trên cơ sở đó ta có thể đưa ra một vị trí xuất hiện đoạn văn bản gần giống với văn bản mẫu theo yêu cầu đặt ra cho bài toán tìm kiếm văn bản ở trên. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  50. 40 3.5. Áp dụng giải thuật di truyền Với bài toán tìm kiếm văn bản được phát biểu trong mục 3.3 là: Tìm x [1, n] | F(x) = a*G(x) + b*H(x) k; Có nghĩa là tìm x trong khoảng [1, n] để hàm F(x) đạt giá trị vượt ngưỡng k cho trước, x là các giá trị nguyên tương ứng với các vị trí trong văn bản tìm kiếm có độ dài n ký tự. Hai tham số a và b là các tham số xác định độ ưu tiên đánh giá theo G(x) và H(x), giả sử ta để a + b = 1. Hàm F có thể đạt giá trị vượt ngưỡng k tại nhiều vị trí, giá trị lớn nhất của hàm F là M. Để thuận lợi cho việc đánh giá ta định lại giá trị F := F/M. Khi đó hàm F sẽ đạt giá trị lớn nhất = 1 và F có miền giá trị [0, 1]. Dùng giải thuật di truyền giải bài toán trên ta có hàm F là hàm mục tiêu (hàm lượng giá), x chính là các nhiễm sắc thể; các thành phần chính của giải thuật như sau: 3.5.1. Biểu diễn nhiễm sắc thể Ta sử dụng một vectơ nhị phân v làm nhiễm sắc thể để biểu diễn các giá trị nguyên của biến x. Chiều dài của vectơ chính là số bít trong dãy bít nhị phân biểu diễn được số nguyên lớn nhất trong miền giá trị của x, tức là chiều dài vectơ nhị phân l = log2n. Như vậy vectơ nhị phân có chiều dài l sẽ biểu diễn được số nguyên bằng là 2l . Ví dụ văn bản có chiều dài tối đa (số ký tự) là n = 4000 thì cần có 12 bit cho véc tơ nhị phân (nhiễm sắc thể): 2048 = 211 < 4000 212 = 4096 Ánh xạ biến chuỗi nhị phân (b12b11 b0) thành số nguyên x trong khoảng [1 4000] được thực hiện như sau: 11 i (b12 b11 b0)2 = bi 2 x i 0 10 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  51. 41 Ví dụ, nhiễm sắc thể v1 = (110001100010) biểu diễn số 3170 và cũng là vị trí ký tự thứ x = 3170 trong văn bản. Nhiễm sắc thể v2 = (000000001100) biểu diễn tại x = 12. 3.5.2. Khởi tạo quần thể Khởi tạo quần thể đơn giản như sau: Ta tạo một quần thể các nhiễm sắc thể, trong đó mỗi nhiễm sắc thể là một vectơ nhị phân 12 bit, tất cả 12 bit của mỗi nhiễm sắc thể đều được khởi tạo ngẫu nhiên. 3.5.3. Hàm mục tiêu Hàm mục tiêu eval của các vectơ nhị phân v chính là hàm F: eval(v) = F(x) trong đó, nhiễm sắc thể v biểu diễn giá trị nguyên x như đã nói ở trên, hàm mục tiêu đóng vai trò môi trường, đánh giá từng lời giải theo độ thích nghi của chúng. F(x) được đánh giá qua hai hàm G(x) và H(x) đã trình bày trong mục 3.2 và 3.3. Ví dụ, 5 nhiễm sắc thể: v1 = „110100101011‟ v2 = „011110010011‟ v3 = „011000000011‟ v4 = „111100101111‟ v5 = „000000111111‟ tương ứng với các giá trị x1 = 3371, x2 = 1939, x3 = 1539, x4 = 3887, x5 = 3371. Và có độ thích nghi tương ứng: eval(v1) = F(x1) = 0.1364 eval(v2) = F(x2) = 0.0909 eval(v3) = F(x3) = 0.4091 eval(v4) = F(x4) = 0.1364 eval(v5) = F(x5) = 0.0909 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  52. 42 Dễ thấy, nhiễm sắc thể v3 là tốt nhất trong 5 nhiễm sắc thể này, vì hàm mục tiêu của nó trả về giá trị cao nhất. 3.5.4. Các toán tử di truyền Trong nghiên cứu này ta sử dụng 3 phép toán di truyền cơ bản là chọn lọc, đột biến và lai; cụ thể: * Toán tử chọn lọc: Sử dụng toán tử chọn lọc tỷ lệ, ta thực hiện tiến trình chọn lọc bằng cách quay bánh xe ru lét pop-size lần; mỗi lần chọn một nhiễm sắc thể từ quần thể hiện hành vào quần thể mới như đã trình bày ở mục 2.2.2.1. * Toán tử lai ghép: Sử dụng toán tử lai ghép một điểm (One-point Crossover), Với cặp cha mẹ X, Y là các vectơ m chiều như ký hiệu trên, toán tử lai ghép 1 điểm chọn ngẫu nhiên một vị trí k (1 k m) rồi sinh ra 2 cá thể con theo công thức X‟ = (x1, , xk, yk+1, , ym ) Y‟ = (y1, , yk, xk+1, , xm ) Nếu cá thể con X‟ thích nghi tốt hơn cá thể cha mẹ X thì ta thay thế cá thể mẹ X bởi cá thể con X‟, tương tự Y‟ cũng được thay thế Y nếu Y‟ thích nghi tốt hơn. * Toán tử đột biến: Sử dụng toán tử đột biến như sau : - Chọn ngẫu nhiên một NST trong quần thể. - Tạo một số ngẫu nhiên k trong khoảng từ 1 tới m, 1 ≤ k ≤ m. - Thay đổi bít thứ k. Nếu nhiễm sắc thể này không xấu hơn nhiễm sắc thể ban đầu thì đưa nhiễm sắc thể này vào quần thể để tham gia quá trình tiến hóa ở thế hệ tiếp theo. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  53. 43 3.5.5. Các tham số Đối với bài toán này, ta sử dụng các tham số sau đây: kích thước quần thề pop-size = 20, xác suất lai tạo pc = 0.25, xác suất đột biến pm = 0.01 (nhỏ hơn nhiều so với xác suất lai). Xác suất lai pc = 0.25 nghĩa là cá thể v trong quần thể có 25% cơ hội được chọn để thực hiện phép lai; còn xác suất đột biến pm = 0.01 lại là 1% 1 bít bất kỳ của 1 cá thể bất kỳ trong quần thể bị đột biến. 3.5.6. Chi phí thời gian Thời gian tính toán (độ phức tạp) của thuật giải di truyền tìm kiếm văn bản trình bày ở trên là O(i*Size*Sobit*M2). Trong đó i là số thế hệ tiến hoá, độ lớn của i tuỳ thuộc vào từng bài toán cụ thể, thường là i có thể lớn đến hàng nghìn; Size là kích thước quần thể - số cá thể trong quần thể (thông thường chỉ đến vài chục cá thể); M là chiều dài văn bản mẫu, M2 là thời gian thực hiện hàm quy hoạch động; Sobit là chiều dài nhiễm sắc thể (số bit của véc tơ lời giải) được tính bằng log2N (N là độ dài văn bản), con số này cũng chỉ lên đến vài chục bit. Sobit và Size thường rất nhỏ (coi như hằng số), do đó độ phức tạp của thuật giải chỉ là O(i*M2) cho một lần tìm kiếm, chỉ tương đương hoặc nhỏ hơn độ phức tạp O(N*M) của các thuật toán tìm kiếm tuyến tính trên các văn bản dài - số N là rất lớn. Trong nghiên cứu này ta dùng giải thuật di truyền để giải bài toán tìm kiếm văn bản sẽ đáp ứng được tốt yêu cầu về thời gian. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  54. 44 CHƢƠNG 4 KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM VÀ PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM ỨNG DỤNG 4.1. Các kết quả thử nghiệm Các kết quả thử nghiệm thu được từ lập trình cài đặt trên pascal với file văn bản để tìm kiếm „Readme.txt’ có chiểu dài hơn 4000 ký tự (khoảng 212), văn bản mẫu là “text search”. Kết quả thu được đối với từng nội dung nghiên cứu như sau: 4.1.1. Kết quả thử nghiệm tìm kiếm tuyến tính Dưới đây là kết quả thử nghiệm phương pháp tìm kiếm tuyến tính: phương pháp so khớp chuỗi (theo thuật toán Brute Force) và phương pháp dùng hàm quy hoạch động (thử nghiệm trên hàm ta nghiên cứu sử dụng cho giải thuật di truyền). Cài đặt thử nghiệm cho hai phương pháp tìm kiếm tuyến tính này là tìm kiếm chính xác (ngưỡng = 1), kết quả: 4.1.1.1. Tìm kiếm tuyến tính bằng so khớp chuỗi ░│║KET QUA TKTT SO KHOP: ░│║ ▒ ░│║FILE TIM KIEM: c:\tp7\bin\caidat\readme.txt ░│║CHUOI VAN BAN TIM KIEM: ░│║$text search$ ▒ ░│║SO KY TU CUA FILE TIM KIEM: 4259 ░│║CAC VI TRI XUAT HIEN: 6 76 1117 1537 2734 3062 ░│║SO LAN XUAT HIEN: 6 ▒ ░│║THOI GIAN THUC HIEN (%second): 187 ░│║ Bảng 4.1: Kết quả thử nghiệm tìm kiếm tuyến tính bằng so khớp chuỗi. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  55. 45 Kết quả trên đã được kiểm nghiệm lại trong file văn bản tìm kiếm, 6 vị trí xuất hiện trong bảng 4.1 chính là tất cả các vị trí xuất hiện của mẫu „text search‟ trong file „Readme.txt‟. 4.1.1.2. Tìm kiếm tuyến tính sử hàm dụng quy hoạch động │║KET QUA TKTT SD QUY HOACH DONG: │║ ▒ │║FILE TIM KIEM: c:\tp7\bin\caidat\readme.txt │║CHUOI VAN BAN TIM KIEM: │║$text search$ ▒ │║SO KY TU CUA FILE TIM KIEM: 4259 │║CAC VI TRI XUAT HIEN: 6 76 1117 1537 2734 3062 │║SO LAN XUAT HIEN: 6 ▒ │║THOI GIAN THUC HIEN (%second): 208 │║ Bảng 4.2: Kết quả thử nghiệm tìm kiếm tuyến tính bằng hàm quy hoạch động. So sánh kết quả trong bảng 4.1 và 4.1 ta thấy phương pháp dùng hàm quy hoạch động tìm độ dài xâu con chung dài nhất mà ta xây dựng để tiếp cận giải thuật di truyền hoàn toàn có thể thay thế được các tính toán trong thuật toán tìm kiếm tuyến tính. Thử nghiệm cho kết quả tìm kiếm tuyến tính dùng hàm quy hoạch động hoàn toàn chính xác và đảm bảo về mặt thời gian so với các thuật toán tìm kiếm tuyến tính khác. Với thử nghiệm này đã chứng minh rằng ta có thể sử dụng hàm quy hoạch động vào để tính toán trong tìm kiếm văn bản, và vấn đề nghiên cứu mà ta quan tâm đến là sử dụng hiệu quả nó trong phương pháp giải thuật di truyền. Chúng ta xem xét kết quả thực nghiệm của việc ứng dụng hàm quy hoạch động vào giải bài toán tìm kiếm văn bản bằng giải thuật di truyền trong phần 4.1.2 để thấy được kết quả của nghiên cứu và sự thành công của đề tài. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  56. 46 4.1.2. Kết quả thử nghiệm tìm kiếm bằng giải thuật di truyền Dưới đây là các kết quả thực nghiệm sau khi chạy chương trình cài đặt bằng giải thuật di truyền với bài toán tìm kiếm trên. Mỗi lần lặp ta cho tiến hoá 100 thế hệ. Các tham số: Kích thước quần thể Pop-size = 20; Xác suất lai tạo Pc = 0.25; xác suất đột biến Pm = 0.01. * Kết quả quần thể khởi tạo và quần thể cuối cùng (thế hệ thứ 100) của 20 lần lặp: Cá thể tốt nhất Lần Thứ tự cá Vị trí Thời gian Nhận xét Thế hệ Giá trị hàm Test thể trong trong văn thực hiện kết quả mục tiêu Quần thể bản - - Khởi tạo 16 0.409 2731 Đạt cực 1 33 - - Cuối cùng 1 1 2734 đại - - Khởi tạo 9 0.273 2230 2 38 Tốt - - Cuối cùng 1 0.682 707 - - Khởi tạo 6 1 76 Đạt cực 3 39 - - Cuối cùng 1 1 76 đại - - Khởi tạo 9 0.409 1320 Không 4 33 - - Cuối cùng 1 0.409 1320 đổi - - Khởi tạo 10 0.273 2202 Bình 5 38 - - Cuối cùng 1 0.381 784 thường - - Khởi tạo 15 0.409 1539 Đạt cực 6 39 - - Cuối cùng 1 1 1537 đại - - Khởi tạo 6 0.273 1653 Bình 7 33 - - Cuối cùng 1 0.364 359 thường - - Khởi tạo 6 0.409 3064 Đạt cực 8 34 - - Cuối cùng 1 1 76 đại - - Khởi tạo 7 0.318 80 Đạt cực 9 38 - - Cuối cùng 1 1 6 đại - - Khởi tạo 3 0.318 834 Tương 10 33 - - Cuối cùng 2 0.500 1096 đối - - Khởi tạo 16 0.409 1535 Tương 11 33 - - Cuối cùng 2 0.500 259 đối - - Khởi tạo 8 0.138 666 Đạt cực 12 39 - - Cuối cùng 1 1 6 đại - - Khởi tạo 8 0.364 953 13 38 Tốt - - Cuối cùng 1 0.636 905 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  57. 47 - - Khởi tạo 7 0.227 1881 Tương 14 32 - - Cuối cùng 1 0.500 838 đối - - Khởi tạo 8 0.455 1114 Đạt cực 15 43 - - Cuối cùng 2 1 1117 đại - - Khởi tạo 1 0.364 770 Tương 16 38 - - Cuối cùng 1 0.455 1505 đối - - Khởi tạo 7 0.318 1329 Bình 17 33 - - Cuối cùng 1 0.363 905 thường - - Khởi tạo 1 0.455 3063 Đạt cực 18 39 - - Cuối cùng 1 1 3062 đại - - Khởi tạo 14 0.273 288 Đạt cực 19 38 - - Cuối cùng 1 1 6 đại - - Khởi tạo 5 0.227 218 Bình 20 32 - - Cuối cùng 2 0.364 2681 thường Bảng 4.3: Tóm tắt kết quả sau 20 lần lặp. Nhận xét: Trong kết quả thực nghiệm của tìm kiếm chính xác theo phương pháp tuyến tính dùng hàm quy hoạch động tìm được 6 vị trí là 6, 76, 1117, 1537, 2734 và 3062 với tổng thời gian thực hiện là 208 (% giây). Với giải thuật di truyền thì sau 20 lần lặp cũng cho ta kết quả là tất cả các vị trí xuất hiện mẫu trong văn bản với thời gian của mỗi lần thực hiện là rất nhỏ (khoảng 30 - 40 % giây). Quan sát bảng trên ta thấy có 9 lần đạt cực đại với sự xuất hiện cả 6 vị trí (tìm được tối đa các vị trí xuất hiện mẫu), trong đó vị trí thứ 6 xuất hiện 3 lần, vị trí thứ 76 xuất hiện 2 lần, bốn vị trí khác mỗi vị trí xuất hiện một lần. Như vậy ta hoàn toàn có thể dùng thuật giải di truyền để tìm kiếm chính xác tất cả các vị trí của mẫu trong văn bản. Trong trường hợp không có đoạn văn bản nào trùng với mẫu thì thuật toán sẽ phát huy được hiệu quả là đưa ra các vị trí tốt nhất (các đoạn văn bản gần giống với văn bản mẫu) trong thời gian cho phép. Ta quan sát các kết quả đạt được khi ta giảm dần ngưỡng tìm kiếm từ 1 0.9 0.8 qua 3 lần thử nghiệm: * Kết quả của 10 lần xuất hiện vượt ngưỡng (với ngưỡng = 1): Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  58. 48 Lần lặp Lần vượt Số thế hệ Giá trị Vị trí xuất hiện Thời gian thực thứ ngưỡng thứ vượt ngưỡng hàm F trong văn bản hiện (% giây) 3 1 98 1 1117 97 4 2 92 1 76 27 5 3 89 1 76 38 6 4 1 1 1537 22 7 5 71 1 76 22 8 6 100 1 3026 28 10 7 93 1 76 77 14 8 88 1 1117 22 15 9 80 1 1117 71 18 10 85 1 1117 44 Bảng 4.4: Kết quả của 10 lần xuất hiện vượt giá trị ngưỡng = 1. Khi lấy ngưỡng cực đại thì kết quả cho ra các vị trí chính xác xuất hiện mẫu. Chương trình mất 18 lần lặp để đưa ra 10 lần vượt ngưỡng. * Kết quả của 10 lần xuất hiện vượt ngưỡng (với ngưỡng = 0.9): Vị trí xuất Lần Lần vượt Số thế hệ Giá trị Thời gian thực hiện trong văn lặp thứ ngưỡng thứ vượt ngưỡng hàm F hiện (% giây) bản 0.909 5, 7 1 1 85 116 1 6 0.909 1536 2 2 54 99 1 1537 0.909 3061, 77 4 3 13 93 1 76 5 4 100 1 6, 76, 1117 82 0.909 75, 77 6 5 30 98 1 76, 1117 0.909 1116,1118 7 6 65 72 1 1117 0.909 77 8 7 99 77 1 76 10 8 87 1 6 77 0.909 75 11 9 93 88 1 76 12 10 91 1 6 99 Bảng 4.5: Kết quả của 10 lần xuất hiện vượt giá trị ngưỡng = 0.9. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  59. 49 Với ngưỡng = 0.9 thì số lần lặp là 12 đã giảm đáng kể so với ngưỡng = 1 (số lần chạy là 18). Các vị trí đưa ra tại giá trị hàm F là 0.909 và 1. Với giá trị 0.909 thì vị trí đưa ra chỉ lệch 1 ký tự so với vị chí xuất hiện và mục tiêu đưa ra vị trí gần đúng mẫu đã có hiệu quả. * Kết quả của 10 lần xuất hiện vượt ngưỡng (với ngưỡng = 0.8): Lần lặp Lần vượt Số thế hệ Giá trị Vị trí xuất hiện Thời gian thực thứ ngưỡng thứ vượt ngưỡng hàm F trong văn bản hiện (% giây) 0.181 8 1 1 100 0.909 7, 5 132 1 6 0.909 2733, 2735 2 2 88 83 1 2734 0.909 3061, 3063 3 3 95 71 1 3062 0.181 8 4 4 89 0.909 7 77 1 6 0.181 8, 78 5 5 78 0.909 77, 75 88 1 76 0.181 1539 6 6 100 83 1 1537 7 7 4 0.909 1118 85 0.909 2735 8 7 95 88 1 2734 0.181 1539 9 8 100 77 1 1537 0.909 1536 10 9 81 87 1 1537 Bảng 4.6: Kết quả của 10 lần xuất hiện vượt giá trị ngưỡng = 0.8. Dễ thấy khi ngưỡng giảm thì sự xuất hiện gần đúng sẽ tăng lên, với ngưỡng = 0.8 ta chỉ mất 10 lần lặp cho ra 10 lần xuất hiện vượt ngưỡng (lần lặp nào cũng tìm được vị trí gần giống với mẫu) và tìm được tất cả các vị trí gần với mẫu trong 10 lần lặp. Với khả năng phát hiện tất cả các vị trí gần Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  60. 50 đúng với mẫu một cách dễ dàng trong thời gian ngắn, nghiên cứu đã thành công với mục tiêu đặt ra ban đầu, và có thể phát triển ứng dụng tìm kiếm đạt hiệu quả cao. 4.2. Phát triển phần mềm ứng dụng Phần mềm ứng dụng được xây dựng trên môi trường Windows và đang trong giai đoạn phát triển. Phần mềm phát triển thành công có thể sử dụng tốt với khả năng: Cho phép tìm kiếm tất cả các file văn bản trong máy tính có chứa một từ, một cụm từ hay một đoạn văn bản; hoặc chứa nội dung gần giống với nội dung văn bản cần tìm. Các kiểu file văn bản có thể tìm kiếm là các tệp tin định dạng .txt, .doc, .xls, .ppt và một số tệp tin văn bản khác trên môi trường Windows. Ngoài ra chương trình còn có các tham số lựa chọn khác thuận tiện theo mục đích người sử dụng, chẳng hạn như: tham số kích thước quần thể, số thế hệ tiến hoá, lựa chọn độ chính xác (ngưỡng) với từ khoá tìm kiếm, số vị trí xuất hiện sẽ đáp ứng được phần lớn nhu cầu sử dụng một cách thiết thực và hiệu quả. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  61. 51 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ * Đánh giá kết quả nghiên cứu: Tóm lại, luận văn đã giải quyết được những vấn đề sau đây: - Luận văn đã bước đầu đề xuất phương pháp ứng dụng giải thuật di truyền vào giải quyết bài toán tìm kiếm văn bản. - Tìm hiểu và cài đặt được các thuật toán tìm kiếm văn bản theo cách tuyến tính, qua đó làm cơ sở để so sánh với các kết quả nghiên cứu của đề tài. - Xây dựng được các hàm tính toán cho bài toán và phát biểu bài toán tìm kiếm văn bản để có thể áp dụng giải thuật di truyền. - Các chương trình và kết quả thử nghiệm đã minh chứng hướng tiếp cận giải thuật di truyền giải quyết bài toán tìm kiếm văn bản là đúng đắn và có hiệu quả. Đặc biệt chương trình cài đặt đã chỉ ra được các vị trí xuất hiện đoạn văn bản giống văn bản mẫu hoặc gần giống với văn bản mẫu (trong trường hợp văn bản không chứa văn bản mẫu) trong thời gian cho phép. * Kiến nghị hƣớng phát triển - Hiện nay chúng tôi đang trong quá trình phát triển phần mềm ứng dụng dựa vào các kết quả nghiên cứu này. Do thời gian hạn chế và công việc bận rộn nên phần mềm chưa phát triển được đáng kể. Chúng tôi sẽ phát triển hoàn thiện trong thời gian sớm nhất để có thể đưa vào ứng dụng thử nghiệm. - Sau khi phát triển thành công phần mềm ứng dụng, hướng nghiên cứu tiếp theo của chúng tôi là tìm hiểu ứng dụng giải thuật di truyền cho nhiều dạng bài toán tìm kiếm, chẳng hạn bài toán tìm kiếm trên các file dữ liệu có cấu trúc đặc biệt. Đề tài không thể tránh khỏi những khiếm khuyết, rất mong được sự tham gia góp ý của quý thầy cô và các bạn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  62. 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO Để hoàn thành được đề tài này tôi đã tham khảo các tài liệu sau: [1] Hoàng Kiếm, Lê Hoàng Thái, Giải thuật di truyền, cách giải tự nhiên các bài toán trên máy tính, NXB GD, 2000. [2] Nguyễn Hoàng Phương, Nadipuram R.Prasad, Lê Linh Phong, Nhập môn trí tuệ tính toán, NXB KH&KT, 2002. [3] Nguyễn Đình Thúc, Lập trình tiến hoá, NXB GD, 2001. [4] Đỗ Xuân Lôi, Cấu trúc dữ liệu và giải thuật, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 1998. [5] Goldberg, D.E. , Genetic algorithms in search, optimization and machine learning, Addison-Wesley, Reading, MA. 1989. [6] Michalewicz, Z., Genetic Algorithms + Data Structures = Evolution Program. Springer Verlag, 1992. [7] Unlrich Bodenhofer, Genetic Algorithms : Theory and Applications, Lecture Notes, 2003/2004. [8] Zbigniew Michalewichz and Marc Choenauer, Evolutionary Algorithms for Constrained Parameter Optimization Problems, Evolutionary Computation Vol 4, No 1, 1996. [9] (15) Holland, J.H. 1992. Adaptation In Natural And Artificial Systems. First Massachusetts Institute of Technology Press. [10] (30) Shaffer, 1999 [11] (14) Goldberg, D. E. 1989. Genetic Algorithms in Search, Optimization and Machine Learning. Addison-Wesley Press. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  63. 53 [12] (35) Zbigniew Michalewicz. 1999. Genetic Algorithms + Data Structures = Evolution Program. Springer-Verlag Berlin Press. [13] Davis, L. 1991. Handbook of Genetic Algorithms, Van Nostrand Reinhold Press. [14] Syswerda G., 1989. Uniform crossover in genetic algorithms. Proceedings of the international conference, 2-9, Philips Laboratories Editor. [15] Scott Robert Ladd. 1996. Genetic Algorithms in C++. M & T Book Press. [16] Matthew Wall. 1996. GAlib: A C++ Library of Genetic Algorithm Com ponents. MIT Press. [17] Matthew Wall. Ph. D. Dissertation, Ann Arbor Massachusetts Institute of Technology Press. [18] Davis, L. 1991. Handbook of Genetic Algorithms. Van Nostrand Reinhold Press. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  64. 54 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Kết quả quần thể khởi tạo và quần thể cuối cùng Xem kết quả chi tiết của 5 test (1, 5, 10, 15, 20) trong bảng 4.3. Test 1: KHỞI TẠO Cá thể Vị trí Hàm mục tiêu KẾT THÚC 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 3170 0.1364 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 2 915 0.1818 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 3 2524 0.1364 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 4 1242 0.2727 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 5 3647 0.0909 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 6 376 0.1818 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 7 2573 0.2273 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 8 12 0.2273 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 9 2162 0.1364 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 10 2619 0.1364 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 11 467 0.1364 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 12 2185 0.0909 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 13 2050 0.1364 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 14 208 0.2273 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 15 3621 0.0000 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 16 2731 0.4091 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 17 3797 0.1818 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 18 701 0.1818 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 19 3978 0.0909 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 20 4029 0.1364 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 - KHỞI TẠO: Gia tri tot nhat = 0.409 ca the thu 16 tai vi tri 2731 trong van ban - KẾT THÚC: Gia tri tot nhat = 1.000 ca the thu 1 tai vi tri 2734 trong van ban - Thời gian thực hiện (%second): 33 Test 5: KHỞI TẠO Cá thể Vị trí Hàm mục tiêu KẾT THÚC 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 2966 0.0455 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 2 3262 0.0000 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 3 141 0.1818 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 4 1666 0.1818 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 5 4091 0.1818 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 6 2165 0.1364 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 7 2920 0.1364 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  65. 55 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 8 1752 0.0909 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 9 768 0.2273 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 10 2202 0.2727 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 11 2298 0.2273 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 12 2713 0.1364 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 13 3723 0.1364 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 14 2415 0.1818 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 15 1389 0.0000 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 16 3703 0.2273 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 17 1002 0.0000 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 18 1001 0.0000 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 19 912 0.2727 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 20 150 0.1818 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 - KHỞI TẠO: Gia tri tot nhat = 0.273 ca the thu 10 tai vi tri 2202 trong van ban - KẾT THÚC: Gia tri tot nhat = 0.318 ca the thu 1 tai vi tri 784 trong van ban - Thời gian thực hiện (%second): 38 Test 10: KHỞI TẠO Cá thể Vị trí Hàm mục tiêu KẾT THÚC 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 3236 0.0455 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 2 2680 0.2273 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 3 834 0.3182 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 4 2170 0.1818 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 5 3568 0.0000 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 6 3992 0.1364 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 7 3154 0.0000 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 8 2532 0.1818 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 9 1864 0.2273 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 10 199 0.1818 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 11 1923 0.1818 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 12 550 0.2727 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 13 319 0.0455 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 14 3232 0.0455 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 15 1621 0.1364 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 16 1619 0.1364 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 17 1121 0.3182 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 18 3055 0.1818 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 19 2899 0.0455 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 20 2637 0.1364 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 - KHỞI TẠO: Gia tri tot nhat = 0.318 ca the thu 3 tai vi tri 834 trong van ban - KẾT THÚC: Gia tri tot nhat = 0.500 ca the thu 2 tai vi tri 1096 trong van ban - Thời gian thực hiện (%second): 33 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  66. 56 Test 15: KHỞI TẠO Cá thể Vị trí Hàm mục tiêu KẾT THÚC 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 953 0.3636 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 2 1262 0.2727 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 3 775 0.1364 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 4 2827 0.2273 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 5 3350 0.0000 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 6 1707 0.1818 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 7 639 0.1818 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 8 1114 0.4545 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 9 1659 0.2727 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 10 2299 0.1818 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 11 3171 0.0909 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 12 2277 0.1818 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 13 3457 0.1818 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 14 541 0.1818 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 15 352 0.0909 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 16 3056 0.2273 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 17 1301 0.2727 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 18 3177 0.0455 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 19 2544 0.1364 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 20 36 0.2727 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 - KHỞI TẠO: Gia tri tot nhat = 0.455 ca the thu 8 tai vi tri 1114 trong van ban - KẾT THÚC: Gia tri tot nhat = 1.000 ca the thu 2 tai vi tri 1117 trong van ban - Thời gian thực hiện (%second): 43 Test 20: KHỞI TẠO Cá thể Vị trí Hàm mục tiêu KẾT THÚC 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 3567 0.0000 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 2 2044 0.1364 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 3 2014 0.0455 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 4 1868 0.1818 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 5 218 0.2273 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 6 2359 0.2273 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 7 3468 0.0000 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 8 696 0.1818 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 9 2619 0.1364 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 10 2411 0.1818 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 11 2586 0.1818 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 12 3377 0.1364 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 13 372 0.2273 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 14 1564 0.1364 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 15 1182 0.1364 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 16 651 0.1818 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  67. 57 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 17 1248 0.2273 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 18 2459 0.1364 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 19 1860 0.1818 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 20 270 0.0909 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 - KHỞI TẠO: Gia tri tot nhat = 0.227 ca the thu 5 tai vi tri 218 trong van ban - KẾT THÚC: Gia tri tot nhat = 0.364 ca the thu 2 tai vi tri 2681 trong van ban - Thời gian thực hiện (%second): 32 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  68. 58 Phụ lục 2: Kết quả chi tiết xuất hiện vượt ngưỡng (với ngưỡng = 0.8) Xem kết quả chi tiết của 5 lần xuất hiện vượt ngưỡng (với ngưỡng = 0.8) trong bảng 4.6. TheHe Max CaThe ViTri(trong van ban) KT 0.636 18 10 1 0.818 1 8 2 0.818 9 8 3 0.818 3 8 4 0.818 6 8 5 0.818 1 8 6 0.909 12 7 7 0.909 4 7 8 0.909 1 7 9 0.909 1 7 10 0.909 1 7 11 0.909 2 7 12 0.909 1 7 13 0.909 1 7 14 0.909 1 7 15 0.909 2 7 16 0.909 1 7 17 0.909 1 7 18 0.909 1 7 19 1.000 13 6 20 1.000 13 6 21 1.000 17 6 22 1.000 7 6 23 0.909 1 7 24 0.909 1 7 25 1.000 2 6 26 1.000 5 6 27 0.909 1 5 28 0.909 1 5 29 0.909 1 7 30 0.909 1 7 31 0.909 1 7 32 0.909 1 7 33 0.909 1 7 34 0.909 1 7 35 0.909 2 5 36 0.909 1 7 37 0.909 1 5 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  69. 59 38 0.909 1 7 39 0.909 1 7 40 0.909 1 7 41 1.000 16 6 42 1.000 10 6 43 1.000 16 6 44 1.000 3 6 45 1.000 4 6 46 1.000 1 6 47 1.000 14 6 48 1.000 6 6 49 1.000 7 6 50 1.000 1 6 51 1.000 6 6 52 1.000 2 6 53 1.000 2 6 54 1.000 1 6 55 1.000 1 6 56 1.000 3 6 57 1.000 1 6 58 1.000 1 6 59 1.000 1 6 60 1.000 1 6 61 1.000 1 6 62 1.000 3 6 63 1.000 4 6 64 1.000 1 6 65 1.000 1 6 66 1.000 1 6 67 1.000 1 6 68 1.000 1 6 69 1.000 1 6 70 1.000 1 6 71 1.000 3 6 72 1.000 1 6 73 1.000 2 6 74 1.000 5 6 75 1.000 1 6 76 1.000 2 6 77 1.000 1 6 78 1.000 2 6 79 1.000 2 6 80 1.000 3 6 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  70. 60 81 1.000 2 6 82 1.000 1 6 83 1.000 1 6 84 1.000 1 6 85 1.000 1 6 86 1.000 1 6 87 1.000 1 6 88 1.000 1 6 89 1.000 1 6 90 1.000 2 6 91 1.000 1 6 92 1.000 1 6 93 1.000 2 6 94 1.000 1 6 95 1.000 2 6 96 1.000 2 6 97 1.000 1 6 98 1.000 1 6 99 1.000 1 6 100 1.000 1 6 Lan lap thu: 1 Dat vuot nguong 100 the he Lan dat vuot nguong thu 1 Thoi gian thuc hien (%second): 132 TheHe Max CaThe ViTri(trong van ban) KT 0.727 20 2731 13 0.909 7 2735 14 0.909 3 2735 15 0.909 5 2733 16 0.909 1 2735 17 0.909 17 2733 18 0.909 1 2735 19 0.909 7 2733 20 1.000 3 2734 21 1.000 14 2734 22 1.000 1 2734 23 1.000 5 2734 24 1.000 2 2734 25 1.000 1 2734 26 1.000 4 2734 27 1.000 3 2734 28 1.000 1 2734 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  71. 61 29 1.000 1 2734 30 1.000 1 2734 31 1.000 3 2734 32 1.000 1 2734 33 1.000 1 2734 34 1.000 2 2734 35 1.000 1 2734 36 1.000 1 2734 37 1.000 1 2734 38 1.000 1 2734 39 1.000 1 2734 40 1.000 1 2734 41 1.000 1 2734 42 1.000 1 2734 43 1.000 1 2734 44 1.000 1 2734 45 1.000 1 2734 46 1.000 1 2734 47 1.000 1 2734 48 1.000 3 2734 49 1.000 1 2734 50 1.000 1 2734 51 1.000 1 2734 52 1.000 1 2734 53 1.000 1 2734 54 1.000 2 2734 55 1.000 1 2734 56 1.000 1 2734 57 1.000 1 2734 58 1.000 1 2734 59 1.000 1 2734 60 1.000 4 2734 61 1.000 3 2734 62 1.000 2 2734 63 1.000 1 2734 64 1.000 1 2734 65 1.000 1 2734 66 1.000 1 2734 67 1.000 2 2734 68 1.000 1 2734 69 1.000 2 2734 70 1.000 1 2734 71 1.000 4 2734 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  72. 62 72 1.000 2 2734 73 1.000 2 2734 74 1.000 1 2734 75 1.000 1 2734 76 1.000 2 2734 77 1.000 1 2734 78 1.000 1 2734 79 1.000 2 2734 80 1.000 1 2734 81 1.000 2 2734 82 1.000 1 2734 83 1.000 1 2734 84 1.000 2 2734 85 1.000 1 2734 86 1.000 1 2734 87 1.000 1 2734 88 1.000 1 2734 89 1.000 1 2734 90 1.000 1 2734 91 1.000 1 2734 92 1.000 1 2734 93 1.000 1 2734 94 1.000 1 2734 95 1.000 7 2734 96 1.000 1 2734 97 1.000 2 2734 98 1.000 1 2734 99 1.000 1 2734 100 1.000 1 2734 Lan lap thu: 2 Dat vuot nguong 88 the he Lan dat vuot nguong thu 2 Thoi gian thuc hien (%second): 83 TheHe Max CaThe ViTri(trong van ban) KT 0.455 19 1657 6 0.909 12 3061 7 0.909 3 3061 8 0.909 1 3061 9 0.909 1 3061 10 0.909 1 3061 11 0.909 1 3061 12 0.909 2 3061 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  73. 63 13 0.909 1 3061 14 0.909 1 3061 15 0.909 2 3061 16 0.909 1 3061 17 0.909 1 3061 18 0.909 1 3061 19 0.909 1 3061 20 0.909 1 3061 21 0.909 1 3061 22 0.909 1 3061 23 0.909 1 3061 24 0.909 1 3061 25 0.909 1 3061 26 0.909 1 3061 27 0.909 1 3061 28 0.909 2 3061 29 0.909 1 3061 30 0.909 1 3063 31 0.909 1 3061 32 0.909 1 3061 33 0.909 1 3061 34 0.909 1 3061 35 0.909 1 3063 36 0.909 1 3061 37 0.909 1 3061 38 0.909 1 3061 39 0.909 1 3061 40 0.909 2 3061 41 0.909 1 3061 42 0.909 2 3061 43 0.909 1 3061 44 0.909 1 3061 45 0.909 1 3063 46 0.909 1 3063 47 0.909 1 3061 48 0.909 1 3061 49 0.909 1 3061 50 0.909 1 3061 51 0.909 1 3061 52 0.909 1 3061 53 0.909 1 3061 54 0.909 1 3061 55 0.909 1 3061 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  74. 64 56 0.909 1 3061 57 0.909 1 3061 58 0.909 2 3063 59 0.909 1 3061 60 0.909 1 3061 61 0.909 1 3061 62 0.909 1 3063 63 0.909 1 3061 64 0.909 1 3061 65 0.909 1 3061 66 0.909 1 3061 67 0.909 1 3061 68 0.909 1 3063 69 1.000 5 3062 70 1.000 6 3062 71 1.000 8 3062 72 1.000 10 3062 73 1.000 13 3062 74 0.909 1 3061 75 0.909 1 3061 76 0.909 1 3061 77 1.000 2 3062 78 1.000 10 3062 79 0.909 1 3063 80 0.909 1 3061 81 0.909 1 3061 82 0.909 1 3061 83 0.909 2 3061 84 0.909 1 3061 85 0.909 1 3061 86 0.909 1 3061 87 0.909 3 3061 88 0.909 2 3061 89 0.909 3 3061 90 0.909 1 3061 91 0.909 1 3061 92 0.909 2 3061 93 0.909 1 3061 94 0.909 1 3061 95 0.909 1 3061 96 0.909 1 3061 97 0.909 1 3061 98 0.909 1 3061 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  75. 65 99 0.909 1 3061 100 0.909 1 3061 Lan lap thu: 3 Dat vuot nguong 95 the he Lan dat vuot nguong thu 3 Thoi gian thuc hien (%second): 71 TheHe Max CaThe ViTri(trong van ban) KT 0.455 8 289 12 0.818 19 8 13 0.818 10 8 14 0.818 9 8 15 0.818 1 8 16 0.909 18 7 17 0.909 1 7 18 0.909 5 7 19 0.909 4 7 20 0.909 1 7 21 0.909 13 7 22 0.909 2 7 23 1.000 2 6 24 1.000 12 6 25 1.000 2 6 26 1.000 1 6 27 1.000 4 6 28 1.000 1 6 29 1.000 2 6 30 1.000 11 6 31 1.000 1 6 32 1.000 3 6 33 1.000 1 6 34 1.000 1 6 35 1.000 2 6 36 1.000 1 6 37 1.000 1 6 38 1.000 3 6 39 1.000 1 6 40 1.000 1 6 41 1.000 1 6 42 1.000 1 6 43 1.000 1 6 44 1.000 1 6 45 1.000 1 6 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  76. 66 46 1.000 1 6 47 1.000 1 6 48 1.000 1 6 49 1.000 1 6 50 1.000 1 6 51 1.000 1 6 52 1.000 1 6 53 1.000 1 6 54 1.000 1 6 55 1.000 1 6 56 1.000 1 6 57 1.000 1 6 58 1.000 1 6 59 1.000 1 6 60 1.000 3 6 61 1.000 1 6 62 1.000 1 6 63 1.000 1 6 64 1.000 1 6 65 1.000 1 6 66 1.000 1 6 67 1.000 1 6 68 1.000 2 6 69 1.000 2 6 70 1.000 1 6 71 1.000 1 6 72 1.000 1 6 73 1.000 1 6 74 1.000 2 6 75 1.000 1 6 76 1.000 1 6 77 1.000 1 6 78 1.000 1 6 79 1.000 2 6 80 1.000 1 6 81 1.000 1 6 82 1.000 1 6 83 1.000 2 6 84 1.000 1 6 85 1.000 2 6 86 1.000 1 6 87 1.000 1 6 88 1.000 4 6 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  77. 67 89 1.000 4 6 90 1.000 1 6 91 1.000 3 6 92 1.000 4 6 93 1.000 1 6 94 1.000 1 6 95 1.000 2 6 96 1.000 1 6 97 1.000 3 6 98 1.000 1 6 99 1.000 1 6 100 1.000 2 6 Lan lap thu: 4 Dat vuot nguong 89 the he Lan dat vuot nguong thu 4 Thoi gian thuc hien (%second): 77 TheHe Max CaThe ViTri(trong van ban) KT 0.455 17 286 23 0.818 13 8 24 0.818 4 8 25 0.818 3 8 26 0.818 1 8 27 0.818 2 8 28 0.818 1 8 29 0.818 1 8 30 0.818 1 8 31 0.818 1 8 32 0.818 1 8 33 0.818 1 8 34 0.818 1 8 35 0.818 2 8 36 0.818 1 8 37 0.818 3 8 38 0.909 13 75 39 0.818 2 8 40 0.818 1 8 41 0.818 1 8 42 0.818 1 8 43 0.818 1 8 44 0.818 1 8 45 0.818 4 8 46 0.818 1 8 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  78. 68 47 0.818 3 8 48 0.818 2 8 49 0.818 1 8 50 0.818 2 8 51 0.818 1 8 52 0.818 1 8 53 0.818 1 8 54 0.818 1 8 55 0.818 1 8 56 0.818 1 8 57 0.818 1 8 58 0.818 1 8 59 0.818 1 8 60 1.000 20 76 61 1.000 5 76 62 1.000 4 76 63 1.000 13 76 64 1.000 1 76 65 1.000 12 76 66 1.000 3 76 67 1.000 10 76 68 1.000 5 76 69 1.000 2 76 70 1.000 10 76 71 1.000 5 76 72 0.909 9 77 73 0.909 17 77 74 0.818 1 8 75 0.818 1 8 76 0.818 2 78 77 0.818 2 78 78 0.818 1 8 79 0.818 2 8 80 0.818 1 8 81 0.818 1 8 82 0.818 1 8 83 1.000 11 76 84 1.000 3 76 85 1.000 2 76 86 1.000 5 76 87 1.000 12 76 88 1.000 1 76 89 1.000 2 76 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  79. 69 90 1.000 4 76 91 1.000 2 76 92 1.000 10 76 93 0.818 1 8 94 0.818 1 8 95 0.818 2 8 96 0.818 2 8 97 0.818 2 8 98 0.818 1 8 99 0.818 1 8 100 0.818 1 8 Lan lap thu: 5 Dat vuot nguong 78 the he Lan dat vuot nguong thu 5 Thoi gian thuc hien (%second): 88 === Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  80. Kết quả tìm kiếm tuần tự trên file văn bản Readme.txt có chiểu dài hơn 4000 ký tự (khoảng 212), văn bản mẫu là “text search”: ░│║KET QUA: ▒ ░│║ ▒ ░│║FILE TIM KIEM: c:\tp7\bin\caidat\readme.txt ▒ ░│║CHUOI VAN BAN TIM KIEM: ▒ ░│║$text search$ ▒ ░│║SO KY TU CUA FILE TIM KIEM: 4259 ▒ ░│║CAC VI TRI XUAT HIEN: ▒ ░│║6 76 1117 1537 2734 3062 ▒ ░│║SO LAN XUAT HIEN: 6 ▒ ░│║THOI GIAN THUC HIEN (%second): 187 ▒ ░│║ Dưới đây là các kết quả thực nghiệm sau các lần chạy chương trình cài đặt bằng giải thuật di truyền với bài toán tìm kiếm trên. Mỗi lần chạy ta cho tiến hoá 100 thế hệ. Các tham số: - Kích thước quần thể Pop-size = 20; - Xác suất lai tạo Pc=0.25; - Xác suất đột biến Pm=0.01. Kết quả của 20 lần chạy với quần thể khởi tạo và quần thể cuối cùng (thế hệ thứ 100) như sau: BẢNG SỐ LIỆU MỘT SỐ LẦN CHẠY THỬ Test 1: KHỞI TẠO Cá thể Vị trí Hàm mục tiêu KẾT THÚC 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 3170 0.1364 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 2 915 0.1818 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 3 2524 0.1364 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 4 1242 0.2727 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 5 3647 0.0909 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 6 376 0.1818 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 7 2573 0.2273 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 8 12 0.2273 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 9 2162 0.1364 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 10 2619 0.1364 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 11 467 0.1364 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 12 2185 0.0909 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 13 2050 0.1364 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 14 208 0.2273 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 15 3621 0.0000 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  81. 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 16 2731 0.4091 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 17 3797 0.1818 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 18 701 0.1818 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 19 3978 0.0909 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 20 4029 0.1364 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 - KHỞI TẠO: Gia tri tot nhat = 0.409 ca the thu 16 tai vi tri 2731 trong van ban - KẾT THÚC: Gia tri tot nhat = 1.000 ca the thu 1 tai vi tri 2734 trong van ban - Thời gian thực hiện (%second): 33 Test 2: KHỞI TẠO Cá thể Vị trí Hàm mục tiêu KẾT THÚC 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 2457 0.1818 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 2 1564 0.1364 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 3 669 0.1364 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 4 3700 0.0909 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 5 3217 0.0000 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 6 3330 0.0909 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 7 881 0.1818 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 8 2254 0.1818 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 9 2230 0.2727 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 10 3651 0.1818 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 11 3545 0.0000 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 12 2856 0.2273 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 13 3788 0.2273 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 14 2979 0.0000 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 15 1822 0.1364 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 16 963 0.2273 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 17 1212 0.2727 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 18 4047 0.1364 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 19 2359 0.2273 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 20 2046 0.1364 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  82. - KHỞI TẠO: Gia tri tot nhat = 0.273 ca the thu 9 tai vi tri 2230 trong van ban - KẾT THÚC: Gia tri tot nhat = 0.682 ca the thu 1 tai vi tri 707 trong van ban - Thời gian thực hiện (%second): 38 Test 3: KHỞI TẠO Cá thể Vị trí Hàm mục tiêu KẾT THÚC 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 3380 0.0455 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 2 1523 0.1364 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 3 1321 0.2273 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 4 3178 0.0455 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 5 3301 0.0909 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 6 76 1.0000 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 7 46 0.1364 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 8 2530 0.1818 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 9 4047 0.1364 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 10 337 0.1818 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 11 2290 0.1364 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 12 3503 0.0000 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 13 378 0.2727 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 14 1631 0.1364 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 15 2771 0.2273 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 16 359 0.3636 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 17 2134 0.1364 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 18 669 0.1364 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 19 3024 0.0000 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 20 856 0.2273 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 - KHỞI TẠO: Gia tri tot nhat = 1.000 ca the thu 6 tai vi tri 76 trong van ban - KẾT THÚC: Gia tri tot nhat = 1.000 ca the thu 1 tai vi tri 76 trong van ban - Thời gian thực hiện (%second): 39 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
  83. Test 4: KHỞI TẠO Cá thể Vị trí Hàm mục tiêu KẾT THÚC 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 2587 0.1818 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 2 2697 0.2273 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 3 3037 0.0000 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 4 1257 0.1364 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 5 1391 0.0000 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 6 412 0.0909 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 7 1205 0.2273 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 8 3938 0.1364 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 9 1320 0.4091 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 10 550 0.2727 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 11 2486 0.0909 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 12 645 0.0909 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 13 3860 0.1364 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 14 2290 0.1364 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 15 408 0.1818 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 16 1293 0.0909 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 17 3959 0.2273 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 18 2526 0.2273 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 19 65 0.1818 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 20 1251 0.1364 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 - KHỞI TẠO: Gia tri tot nhat = 0.409 ca the thu 9 tai vi tri 1320 trong van ban - KẾT THÚC: Gia tri tot nhat = 0.409 ca the thu 1 tai vi tri 1320 trong van ban - Thời gian thực hiện (%second): 33 Test 5: KHỞI TẠO Cá thể Vị trí Hàm mục tiêu KẾT THÚC 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 2966 0.0455 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 2 3262 0.0000 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 3 141 0.1818 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 4 1666 0.1818 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 5 4091 0.1818 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 6 2165 0.1364 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 7 2920 0.1364 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 8 1752 0.0909 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 9 768 0.2273 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 10 2202 0.2727 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 11 2298 0.2273 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 12 2713 0.1364 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên