ح2: أَمثلة أسراب الطيور( العناصر) particle swarm optimization PSO – تطبيقات الخوارزمية

ملاحظة : الموضوع عبارة عن حلقة من حلقات سلسلة َأمثلة اسراب الطيور -(العناصر) Particle swarm optimization PSO

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

ارجو ألا اكون قد اطلت عليكم كثيرا

سنتناول في هذه الحلقة عدد من تطبيقات خوارزمية “أَمثلة اسراب العناصر” Particle Swarm Optimization PSO ,

وذلك على خلاف التسلسل المتبع في العادة , حيث في معظم الأحيان يتم شرح وتعداد تطبيقات اي خوارزمية في نهاية شرح الخوارزمية , ولكن هنا رغبت ان اقوم بعكس ذلك “ذكر التطبيقات قبل شرح الخوارزمية ” وذلك بهدف تبيان أهمية الخوارزمية ,والطيف الواسع من التطبيقات المتنوعة الذي تشمله.

فيما يلي تعداد وشرح بسيط لعدد من التطبيقات التي تعتمد على خوارزمية PSO:

التطبيقات باختصار

  1. الهوائي “الانتين” Antennas
  2. مجال الطب الحيوي – المجال البيولوجي –  Biomedical
  3. شبكات الاتصالات Communication Networks
  4. التجميع والتصنيف Clustering and Classification
  5. الأمثلة التوافقية Combinatorial optimization
  6. التحكم Control
  7. التصميم Design
  8. شبكات التوزيع Distribution networks
  9. الالكترونيات والكهرومغناطيسية  Electronics and Electromagnetics
  10. المحركات Engines and Motors
  11. الألعاب والترفيه Entertainment
  12. الأخطاء Faults
  13. المجال المالي Financial
  14. المجال العائم , والعصبي – العائم Fuzzy and Neuro-fuzzy
  15. الرسوميات والاظهار Graphic and Visualization
  16. الصور والفيديو Image and Video
  17. التعدين Metallurgy
  18. النمذجة Modeling
  19. الشبكات العصبونية neural networks
  20. التنبوء والتوقع Prediction and forecasting
  21. نظم ومحطات الطاقة Power systems and plants
  22. الروبوتات Robotics
  23. الجدولة Scheduling
  24. المجالات الأمنية والعسكرية Security and Military
  25. شبكات الاستشعار Sensor Networks
  26. معالجة الاشارة Signal Processing

 

تفصيل مجالات التطبيقات السابقة التي تستخدم خوارزمية PSO:

الهوائي “الانتين” Antennas

هنالك عدد هائل من تطبيقات تصميم الهوائي antenna design التي تعتمد على خوارزمية PSO .

تتضمن هذه التطبيقات :

1.            التحكم الأمثل Optimal Control
2.            التصميم الأمثل للهوائي (من مختف النواحي ) Optimal Design
3.            التصميم الأمثل لصفائح الهوائيات Antenna arrays design
4.            تصميم الهوائيات بمختلف انواعها : تصميم الهوائيات المستوية , تصميم هوائيات التصحيح, تصميم الهوائيات الصغيرة جدا, تصميم الهوائيات ذات الحزم المتعددة , تصميم الهوائيات العاكسة , تصميم الصفائح المتكيفة للهوائيات

مجال الطب الحيوي – المجال البيولوجي –  Biomedical

تستخدم هذه الخوارزمية في تطبيقات تمتد على مجال واسع ضمن المجال الطبي والبيولوجي وفي مجال الصيدلة.

تتضمن التطبيقات :

1.            تحليل رعاش الإنسان من أجل تشخيص مرض الشلل الرعاشي – باركنسون Parkinson’s disease
2.            تصنيف السرطان cancer classification
3.            أمثلة الحركة الميكانيكية الحيوية للإنسان human movement biomechanics
4.            التنبوء بالبقاء على قيد الحياة والنجاة Survival prediction
5.            تجمع الجينات gene clustering
6.            تحديد عوامل النسخ ضمن الحمض النوويDNA  .  identification of transcription factor binding sites in DNA
7.            اختيار العلامات البيولوجية biomarker selection
8.            التنبوء ببنية البروتين protein structure prediction
9.            تصميم الأدوية Drug design
10.          التنبوء ببنية البروتين  protein structure prediction
11.          تحيليل البيانات المغناطيسة للدماغ analysis of brain magnetoencephalography data
12.          تحديد البنية الثانوية ل RNA
13.          التحليل الكهربائي  electroencephalogram analysis
14.          القياسات الحيوية – البيولوجية biometrics

شبكات الاتصالات Communication Networks

للخوارزمية تطبيقات كثيرة في مجال أَمثلة شبكات الاتصالات.

تتضمن التطبيقات :

  1. شبكات البلوتوث Bluetooth networks
  2. الضبط التلقائي لشبكات نظام الاتصالات المتنقلة العالمية auto-tuning for universal mobile telecommunication system networks
  3. التوضع الأمثل لمعدات شبكات الاتصالات المتنقلة optimal equipment placement in mobile communication
  4. التوجيه routing
  5. شبكات الرادار radar networks
  6. شبكات peer to peer
  7. التحكم بشبكات TCP
  8. شبكات الاتصال عن بعد
  9. الشبكات اللاسلكية wireless networks
  10. حجز عرض الحزمة- النطاق  bandwidth reservation

 التجميع والتصنيف Clustering and Classification

هنالك كم جيد من تطبيقات التجميع clustering  والتصنيف classification  , بالاضافة إلى التنقيب عن المعلومات data mining  التي تعتمد على خوارزمية PCA.

تتضمن التطبيقات:

1.            التجميع clustering
2.            التجميع ضمن قواعد المعطيات الضخمة
3.            التجميع الديناميكي dynamic clustering
4.            تقليص الأبعاد dimensionality reduction
5.            التصنيف المعتمد على البرمجة الجينية  genetic-programming-based classification
6.            التجميع العائم fuzzy clustering
7.            التصنيف الهرمي للبيانات البيولوجية  classification of hierarchical biological data
8.            تصنيف نوع الرقاقات الكهربائية electrical wafer sort classification
9.            تجميع المعلومات والوثائق document and information clustering
10.          التنقيب عن المعلومات data mining
11.          اختيار الملامح والميزات الاساسية feature selection

الأمثلة التوافقية  Combinatorial optimization

تتضمن التطبيقات التالية:

1.            التخطيط الطابقي floor planning
2.            مسألة البائع المتجول travelling-sales man problems
3.            مسألة السارق والحقيبة packing and knapsack
4.            مسائل الحصول على الطريق الأمثل path optimization
5.            knights cover problem
6.            مسألة توضع N ملكة n-queens problem
7.            مسائل التوضع الأمثل layout optimization
8.            مسألة توجيه العربة vehicle routing
9.            تخطيط المدن urban planning

التحكم Control

تمثل تطبيقات التحكم أحد القطاعات الأكثر استثمارا وتطبيقا لخوارزمية PSO.

تتضمن التطبيقات:

1.            توليد آليات التحكم الآلي
2.            تصميم وحدات التحكم  design of controllers
3.            التحكم ومراقبة تدفق حركة المرور traffic flow control
4.            التحكم التنبؤي  predictive control
5.            PI and PID controllers
6.            التحكم بالمحركات عبر الأمواج فوق صوتية  ultrasonic motor control
7.            التحكم بالانظمة ومحطات الطاقة power plants and systems control
8.            التحكم بنظم الفوضى control of chaotic systems
9.            التحكم بالاجرائيات process control
10.          التحكم بالاحتراق combustion control
11.          التحكم بالهبوط الآلي  automatic landing control

التصميم Design

تتضمن تطبيقات التصميم ما يلي :

1.            التصميم المفاهيمي conceptual design
2.            worst case electronic design
3.            تصميم الفلاتر filter design
4.            تصميم الهوائي antenna design
5.            تصميم مكبرات الصوت ذات النطاق العريض   CMOS wideband amplifier design
6.            تصميم المحركات  motor design
7.            تصميم الدارات المنطقية  logic circuits design
8.            تصميم نظم الطاقة power systems
9.            تصميم خطوط النقل transmission lines
10.          التصميم الميكانيكي mechanical design
11.          …

الشبكات المتوزعة Distribution networks

يعتبر كل من التصميم و إعادة بناء هيكلة الشبكات الالكترونية , بالاضافة إلى مسائل توزيع الحمل load dispatching من أهم المسائل التي تمت معالجتها بكثرة عن طريق خوارزمية PSO.

تتضمن التطبيقات :

1.            التخطيط لشبكات البث transmission network planning
2.            توسيع واعادة تعريف الشبكات  network reconfiguration and expansion
3.            الشبكات الميكروية micro-grids
4.            تنظيم الجهد voltage regulation
5.            ادارة الازدحام congestion management
6.            …

الالكترونيات والكهرومغناطيسية  Electronics and Electromagnetic

تتضمن التطبيقات:

1.            خلايا الوقود fuel cells
2.            متحكمات درجة الحرارة FPGA-based temperature control
3.            متحكمات نظم نقل التيار المتقطع  AC transmission system control
4.            مرشحات الميكرويف microwave filters
5.            تصميم وأمثلة RF IC  RF IC design & optimization
6.            أمثلة وتحسين اشباه الموصلات semiconductor optimization
7.            تصميم مكبرات الصوت amplifier design
8.            voltage flicker measurement
9.          تركيب الدارات circuit synthesis
10.          تصميم الدارات الالكترونية digital circuit design
11.          …

المحركات Engines and Motors

 هنالك عدد كبير من التطبيقات التي تتعامل مع تصميم وتحسين وأمثلة المحركات الالكترونية.

وتتضمن التطبيقات :

1.            تصنيف معطيات المحرك engine data classification
2.            التحكم بعزم دوران القاطرة
3.            التحكم بمحركات السيارات الكهربائية والهجينة motor control in electric and hybrid vehicles
4.            التحكم بسرعة المحركات
5.            التحكم المباشر بعزم دروان المحركات direct motor torque control
6.            تقدير الخطأ
7.            أمثلة الاحتراق الداخلي للمحركات optimization of internal combustion engines
8.            تحسين وأمثلة نظم الدفع الالكتروني النووي  optimization of nuclear electric propulsion systems
9.            …

الألعاب والترفيه Entertainment

إن لكل من الألعاب  وتوليد الموسيقى كان لها ايضا نصيب من التطبيقات التي تسخدم PSO.

في مجال الألعاب , يوجد التطبيقات التالية:

1.            مسألة السجين iterated prisoner dilemma
2.            تعلم العزف المنفرد   Pong
3.            …

أما في مجال الموسيقى :

فقد استخدمت خوازمية PSO في مجال ارتجال الموسيقى التفاعلية interactive music improvisation

 الأخطاء Faults

هنالك عدد من التطبيقات في مجال تشخيص واكتشاف الأخطاء ومحاولة معالجتها , استخدمت بدورها خوارزمية PSO وتتضمن ما يلي :

1.            تشخيص اخطاء مولدات التوربينات البخارية fault diagnosis of steam-turbine generators
2.            الدارات التي تسترد حالتها الأصلية بعد فشل أحد مكوناتها circuits that automatically recover from component failure
3.            التصنيف التلقائي للخطأ في رقائق أشباه الموصلات automatic defect classification in semiconductor wafers
4.            انظمة الطاقة المتسامحة بالنسبة للاخطاء fault-tolerant power systems
5.            استعادة الحساسات المفقودة  missing sensors restoration
6.            تشخيص الاخطاء في الدارات الرقمية fault diagnosis in digital circuits
7.            توليد نماذج اختبار الدارات test pattern generation for circuits
8.            اكتشاف اخطاء البرمجيات software fault detection
9.            تشخيص اخطاء محولات الطاقة power transformers fault diagnosis
10.          امثلة نظم الاصلاح optimization of repairable systems
11.          تشخيص اعطال المحركات diagnosis of faults in motors

المجال المالي Financial

هنالك عدد من التطبيقات المالية والاقتصادية التي تستخدم خوارزمية PSO وتتضمن ما يلي :

1.            نظم التحذيرات المبكرة للمخاطر المالية financial risk early warning
2.            نظم صنع قرار الاستثمار investment decision-making
3.            تسعير وتثمين الخيارات option pricing
4.            …

المجال العائم , والعصبي – العائم Fuzzy and Neuro-fuzzy

هنالك عدد من المسائل في المجال النظم الضبابية fuzzy systems  والنظم العصبية – الضبابية neuro-fuzzy systems والتحكم بها , قد استفادت من خوارزمية PSO في عدة مجالات تتضمن :

1.            تصميم الشبكات العصبية – الضبابية design of neuro-fuzzy networks
2.            استخراج القواعد الضبابية  fuzzy rule extraction
3.            نظم التحكم الضبابي  fuzzy control
4.            امثلة توابع العلاقات membership functions optimization
5.            النمذجة الضبابية fuzzy modeling
6.            التصنيف الضبابي fuzzy classification
7.            تصميم النظم الهرمية الضبابية design of hierarchical fuzzy systems
8.            ادارة قوائم الانتظار – الارتال – الضبابية fuzzy queue management
9.            …

الرسوميات والاظهار Graphic and Visualization

تتضمن التطبيقات :

1.            التمثيل البياني للشبكات  graphic presentation of networks
2.            تقليص الابعاد dimensionality reduction
3.            اكتشاف التصادم والتضارب في نماذج الرسومات البيانية collision detection in graphic models
4.            تركيب الانسجة texture synthesis
5.            التمثيل البياني التفاعلي لاسراب العناصر interactive particle swarms
6.            الرسومات البيانية ثلاثية الابعاد 3D graphics
7.            …

الصور والفيديو Image and Video

تتضمن تطبيقات الصور التي استخدمت خوازمية PSO ما يلي :

1.            التعرف على القزحية iris recognition
2.            تصنيف الفواكه بحسب جودتها لدرجات مختلفة fruit quality grading
3.            تحديد الوجه والتعرف عليه face detection and recognition
4.            تقسيم وتجزئة الصورة  image segmentation
5.        تحديد اماكن العلاج في صور الاشعة السينية لتقويم الاسنان locating treatment planning landmarks in orthodontic x-ray images
6.            تصنيف الصور image classification
7.            دمج الصور image fusion
8.        كشف الاخطاء defect detection
9.            استعادة الصور image retrieval
10.          اكتشاف الانسان ضمن صور الاشعة تحت الحمراء الملتقطة  human detection in infrared imagery
12.          تصنيف البكسلات pixel classification
13.          اكتشاف وتحديد الاغراض detection of objects
14.          كشف وتتبع المشاة  pedestrian detection and tracking
15.          تركيب النسيج texture synthesis
16.          مطابقة المشاهد scene matching
17.          تحسين التباين contrast enhancement
18.          التعرف على الحروف character recognition
19.          مطابقة الاشكال shape matching
20.          التخلص من الضوضاء في الصور image noise cancellation

أما تطبيقات الفيديو فتتضمن :

1.            امثلة ملفات الفيديو من نمط MPEG MPEG optimization
2.            تقدير الحركة motion estimation
3.            تتبع الاغراض object tracking
4.            تتبع وضعية الجسم body posture tracking\
5.            كشف حوادث المرور

التعدين Metallurgy

تتضمن التطبيقات ما يلي :

  1. تعظيم الاستفادة من عملية صناعة الصلب optimization of steel-making process
  2. النمذجة في عملية التلبيد modelling in sintering process

النمذجة Modeling

تتضمن التطبيقات :

  1. عكس النماذج الصوتية تحت الماء inversion of underwater acoustic models
  2. نمذجة موسيقا MIDI modeling MIDI music
  3. نماذج ارضاء العملاء customer satisfaction models
  4. نماذج الاحتكاك friction models
  5. ultra-wideband channel modeling
  6. chaotic time series modeling
  7. التعرف على نماذج ARMAX identifying ARMAX models
  8. تحديد النماذج اللاخطية nonlinear model identification
  9. التعرف على النظم اللاخطية nonlinear system identification
  10. اختيار النموذج model selection
  11. انظمة ومحطات الطاقة power plants and systems

 الشبكات العصبونية neural networks

تستخدم الشبكات العصبونية بالتشارك مع خوارزمية PSO في عديد من التطبيقات وتتضمن مايلي :

  1. عكس الشبكات العصبونية inversion of neural networks
  2. التحكم بالشبكات العصبونية فيما يخص الاجرائايت اللاخطية neural network control for nonlinear processes
  3.  شبكات الغاز العصبونية  neural gas networks
  4. تدريب الشبكات العصبونية ذات التغذية المتقدمة feedforward neural network training
  5. تصميم الشبكات العصبونية الدورية design of recurrent neural networks
  6. الشبكات العصبونية الخلوية cellular neural networks
  7. الشبكات العصبونية الموجية wavelet neural networks
  8. متحكمات الخلايا العصبية neuron controllers

التنبوء والتوقع Prediction and forecasting

تتضمن التطبيقات مايلي:

  1. التنبوء بجودة المياه وتصنيفها water quality prediction and classification
  2. النماذج البيئية  ecological models
  3. تنبوءات الارصاد الجوية meteorological predictions
  4. التنبوء بالحمل الكهربائي electric load forecasting
  5. التنبوء بالسلاسل الزمنية time series prediction
  6. التنبوء وتوقع هجرات الفيلة predictions of elephant migrations
  7. التنبوء بمدى خشونة السطح المطحون في نهاية الطحن   prediction of surface roughness in end milling
  8. توقعات تدفق المياه الجارية stream-flow forecast
  9. التنبوء بتدفق حركة السير في الأماكن المدنية urban traffic flow forecasting

نظم ومحطات الطاقة Power systems and plants

هنالك عدد من التطبيقات التي تتعامل مع توليد الطاقة ونظم الطاقة التي تستخدم وتستفيد من خوارزمية PSO وتتضمن التطبيقات مايلي :

  1. حماية محولات الطاقة power transformer protection
  2. التنبوء بالحمل  load forecasting
  3. أمثلة وتحسين اداء نظم الطاقة power system performance optimization
  4. التحكم بالجهد الثانوي secondary voltage control
  5. التحكم بالطاقة وامثلتها  power control and optimization
  6. التحكم بالنظم الكهروضوئية   control of photovoltaic systems
  7. التحكم الواسع النطاق بمحطات الطاقة   large-scale power plant control
  8. تحليل جودة اشارات الطاقة analysis of power quality signals
  9. توليد المخططات واعادة الهيكلة generation planning and restructuring
  10. نظم توليد الطاقة الهجينة hybrid power generation systems
  11. الاستراتيجيات المثلى لتوليد الكهرباء  optimal strategies for electricity production
  12. تقليص خسارة الطاقة power loss minimization

الروبوتات Robotics

تتضمن التطبيقات مايلي :

  1. التحكم والتخطيط للحركة motion planning and control
  2. تشغيل الروبوتات robot running
  3. تعليم الروبوت بدون مشرف unsupervised robotic learning
  4. تخطيط المسار path planning
  5. تجنب العقبات , obstacle avoidance
  6. اسراب الروبوتات swarm robotics
  7. التحكم بملاحة المركبات الغير مأهولة unmanned vehicle navigation
  8. لعب كرة القدم soccer playing
  9. روبوتات النقل  transport robots
  10. معرفة مكان مصدر الرائحة odor source localization
  11. التحكم الصوتي للروبوتات voice control of robots

الجدولة Scheduling

تتضمن التطبيقات مايلي :

  1. جدولة التشغيل الامثل لمحطات الطاقة optimal operational planning of energy plants
  2. جدولة توليد الطاقة power generation scheduling
  3. جدولة المهام في نظم الكمبيوتر الموزعة tasks scheduling in distributed computer system
  1. جدولة المشاريع project scheduling
  2. جدولة القطارات train scheduling
  3. جدولة الجداول الزمنية timetable scheduling
  4. جدولة الانتاج production scheduling
  5. جدولة التصنيع manufacturing scheduling

المجالات الأمنية والعسكرية Security and Military

تتضمن التطبيقات مايلي :

  1. أمن الشبكات network security
  2. كشف التسلل intrusion detection
  3. الترميز وتفكيك الشفرات cryptography and cryptanalysis
  4. تحديد الحدود الأمنة في نظم الطاقة security border identification in power systems
  5. تحديد اهداف الاسلحة weapon-target assignment
  6. أمثلة وتحسين فعالية الصواريخ missile effectiveness optimization

شبكات الاستشعار Sensor Networks

تتضمن التطبيقات مايلي :

  1. تصميم شبكات الاستشعار اللاسلكية wireless sensor network design
  2. تحديد الموقع المستهدف في شبكات الاستشعار اللاسلكية  estimation of target position in wireless sensor networks
  3. تشكيل الكتل في شبكات الاستشعار اللاسلكية cluster formation in wireless sensor networks
  4. الارسال متعدد التوجيه في شبكات الاستشعار اللاسلكية  multicast routing in wireless sensor networks
  5. تحديد مصدر الرائحة odor source localization
  6. امثلة شبكات استشعار الفيديو اللاسلكية wireless video sensor networks optimization
  7. شبكات الاستشعار المتحركة المعتمدة على نظم الاسراب  swarm based mobile sensor networks
  8. جدولة الحساسات لتتبع الاهداف sensor scheduling for target tracking
  9. التوضع الانسب للحساسات المتوزعة والتخطيط الطبولوجي   distributed sensor placement and topology planning

معالجة الاشارة Signal Processing

تتضمن التطبيقات مايلي :

  1. التعرف على نماذج الاشارة المسطحة
  2. تصميم الفلاتر من نوع IIR design of IIR filters
  3. أمثلة فلاتر العناصر particle filter optimization
  4. المرشحات المتكيفة اللاخطية nonlinear adaptive filters
  1. صفائف كوستاك Costas arrays
  2. الامواج الصغرية wavelets
  3. الكشف والتحديد الاعمى blind detection
  4.  الفصل الأعمى للمصادر blind source separation
  5. ضبط وتوليف المرشحات التماثلية analogue filter tuning
  6. تحديد مواقع المصادر الصوتية localization of acoustic sources
  7. تحديد المصادر المتوزعة للرائحة distributed odor source localization
  8. ترميز الكلام speech coding

وبذلك نكون قد ذكرنا عدد لا بأس به من التطبيقات التي تستخدم خوارزمية PSO , لندرك بذلك اهمية هذه الخوارزمية المذهلة في معظم التطبيقات المتقدمة والذكية.

المرجع التالي يحوي بدوره إلى عدد كبير من المراجع يخص كل تطبيق من التطبيقات المذكورة سابقاً.

An Analysis of Publications on Particle Swarm Optimisation Applications

أمل ان تكونوا قد استفدتم.

سنتناول في الحلقة القادمة شرح للخوارزمية.

وإلى ان القاكم في الحلقة القادمة استودعكم الله والسلام عليكم ورحمة اله وبركاته

Advertisements

, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

  1. أضف تعليق

اترك رد

Please log in using one of these methods to post your comment:

WordPress.com Logo

أنت تعلق بإستخدام حساب WordPress.com. تسجيل خروج   / تغيير )

صورة تويتر

أنت تعلق بإستخدام حساب Twitter. تسجيل خروج   / تغيير )

Facebook photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Facebook. تسجيل خروج   / تغيير )

Google+ photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Google+. تسجيل خروج   / تغيير )

Connecting to %s

%d مدونون معجبون بهذه: