Binary manipulators have recently received much attention due to hyper-redundancy, light weight, good controllability and high reliability. The precise positioning of the manipulator end-effecter requires the use of many modules, which results in a high-dimensional workspace. When the workspace dimension is large, existing inverse kinematics methods such as the Ebert-Uphoff algorithm may require impractically large memory size in determining the binary positions of all actuators. To overcome this limitation, we propose a new inverse kinematics algorithm: the inverse kinematics problem is formulated as an optimization problem using real-valued design variables, The key procedure in this approach is to transform the integer-variable optimization problem to a real-variable optimization problem and to push the real-valued design variables as closely as possible to the permissible binary values. Since the actual optimization is performed in real-valued design variables, the design sensitivity becomes readily available, and the optimization method becomes extremely efficient. Because the proposed formulation is quite general, other design considerations such as operation power minimization can be easily considered.
This paper analyzes properties of the recently developed nonlinear optimization method, Dynamic Encoding Algorithm for Searches (DEAS) [1]. DEAS locates local minima with binary strings (or binary matrices for multi-dimensional problems) by iterating the two operators; bisectional search (BSS) and unidirectional search (UDS). BSS increases binary strings by one digit (i.e., zero or one), while UDS performs increment or decrement to binary strings with no change of string length. Owing to these search routines, DEAS retains the optimization capability that combines the special features of several conventional optimization methods. In this paper, a special feature of BSS and UDS in DEAS is analyzed. In addition, a effective global search strategy is established by using information of DEAS. Effectiveness of the proposed global search strategy is validated through the well-known benchmark functions.
International Journal of Computer Science & Network Security
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제21권11호
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pp.312-320
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2021
Increase in computational cost and exhaustive search can lead to more complexity and computational energy. Thus, there is need for effective and efficient scheme to reduce the complexity to achieve optimal energy utilization. This will improve the energy efficiency and enhance the proficiency in terms of the resources needed to achieve convergence. This paper primarily focuses on the development of hybrid swarm intelligence scheme for reducing the computational complexity in binary optimization. In order to reduce the complexity, both artificial bee colony (ABC) and particle swarm optimization (PSO) have been employed to effectively minimize the exhaustive search and increase convergence. First, a new approach using ABC and PSO has been proposed and developed to solve the binary optimization problem. Second, the scout for good quality food sources is accomplished through the deployment of PSO in order to optimally search and explore the best source. Extensive experimental simulations conducted have demonstrate that the proposed scheme outperforms the ABC approaches for reducing complexity and energy consumption in terms of convergence, search and error minimization performance measures.
본 논문에서는 유전알고리즘의 유전자형-표현형 기법을 적용한 수정된 이진 입자군집최적화의 두 번째 버전을 소개한다. 입자군집최적화는 해를 탐색해 나가는 과정에서 주변의 우수한 해의 위치와 자신의 위치차이 정보를 이용한다. 이러한 위치 차이를 구하는데 있어서 첫 번째 버전의 수정된 이진 입자군집최적화는 표현형을 사용한 반면에 제안하는 버전은 유전자형을 사용한다. 이진 정보만을 제공하는 표현형에 비해 연속 공간 전체를 탐색공간으로 제공하는 유전자형 정보를 사용하여 해 공간을 보다 넓은 공간으로 표시할 수 있다. 벤치마크 함수인 10개의 De Jong 함수에 실험한 결과, 두 번째 버전은 탐색 공간이 넓고 지역 최적해가 많은 함수에서 첫 번째 버전에 보다 우수한 결과를 얻었다.
This paper proposes a novel binary ant colony optimization (NBACO) method. The proposed NBACO is based on the concept and principles of ant colony optimization (ACO), and developed to solve the binary and combinatorial optimization problems. The concept of conventional ACO is similar to Heuristic Dynamic Programming. Thereby ACO has the merit that it can consider all possible solution sets, but also has the demerit that it may need a big memory space and a long execution time to solve a large problem. To reduce this demerit, the NBACO adopts the state probability matrix and the pheromone intensity matrix. And the NBACO presents new updating rule for local and global search. The proposed NBACO is applied to test power systems of up to 100-unit along with 24-hour load demands.
This paper presents a new approach for thermal unit commitment (UC) using a differential evolution (DE) algorithm. DE is an effective, robust, and simple global optimization algorithm which only has a few control parameters and has been successfully applied to a wide range of optimization problems. However, the standard DE cannot be applied to binary optimization problems such as UC problems since it is restricted to continuous-valued spaces. This paper proposes binary differential evolution (BDE), which enables the DE to operate in binary spaces and applies the proposed BDE to UC problems. Furthermore, this paper includes heuristic-based constraint treatment techniques to deal with the minimum up/down time and spinning reserve constraints in UC problems. Since excessive spinning reserves can incur high operation costs, the unit de-commitment strategy is also introduced to improve the solution quality. To demonstrate the performance of the proposed BDE, it is applied to largescale power systems of up to 100-units with a 24-hour demand horizon.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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제6권4호
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pp.488-494
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2008
This paper proposes an effective approach based on binary coding Particle Swarm Optimization (PSO) to identify the switching operation plan for feeder reconfiguration. The proposed method considers the advantages and disadvantages of existing particle swarm optimization method and redefined the operators of PSO algorithm to fit the application field of distribution systems. Shift operator is proposed to construct the binary coding particle swarm optimization for feeder reconfiguration. A typical distribution system of Taiwan Power Company is used in this paper to demonstrate the effectiveness of the proposed method. The test results show that the proposed method can apply to feeder reconfiguration problems more effectively and stably than existing method.
Traditional genetic algorithms(GA) have mostly used binary code for representing design variable. The binary code GA has many difficulties to solve optimization problems with continuous design variables because of its targe computer core memory size, inefficiency of its computing time, and its bad performance on local search. In this paper, a real code GA is proposed for dealing with the above problems. So, new crossover and mutation processes of read code GA are developed to use continuous design variables directly. The results of real code GA are compared with those of binary code GA for several single and multiple objective optimization problems. As results of comparisons, it is found that the performance of the real code GA is better than that of the binary code GA, and concluded that the rent code GA developed here can be used for the general optimization problem.
Akhlaghi, Majid;Emami, Farzin;Sadeghi, Mokhtar Sha;Yazdanypoor, Mohammad
Journal of the Optical Society of Korea
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제18권1호
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pp.82-88
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2014
A binary-coupled dipole approximation (BCDA) is described for designing metal nanoparticles with nonperiodic structures in one, two, and three dimensions. This method can be used to simulate the variation of near- and far-field properties through the interactions of metal nanoparticles. An advantage of this method is in its combination with the binary particle swarm optimization (BPSO) algorithm to find the best array of nanoparticles from all possible arrays. The BPSO algorithm has been used to design an array of plasmonic nanospheres to achieve maximum absorption, scattering, and extinction coefficient spectra. In BPSO, a swarm consists of a matrix with binary entries controlling the presence ('1') or the absence ('0') of nanospheres in the array. This approach is useful in optical applications such as solar cells, biosensors, and plasmonic nanoantennae, and optical cloaking.
In this paper, reliability-based design optimization (RBDO) of structures is addressed. For this purpose, the global search and optimization capabilities of genetic algorithm (GA) are combined with the efficiency and reasonable accuracy of an advanced moment-based finite element reliability method. For performing RBDO, three variants of GA including a real-coded, a binary-coded and an improved binary-coded GA are developed. In these methods, GA performs (finite element) reliability analyses to evaluate reliability constraints. For truss structures which include finite element modeling, reliability constraints are evaluated using finite element reliability analysis. Response sensitivity required for finite element reliability analysis is obtained by direct differentiation method (DDM) rather than finite difference method (FDM). The proposed methods are examined within four standard test examples and real-world design problems. The results illustrate the superiority and efficiency of the improved binary-coded GA. Results also illustrate that DDM significantly reduces the computational cost and improves the efficiency of the optimization procedure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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