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研究生: 黃宇新
Huang, Yu-Xin
論文名稱: 基於雲端運算之平行化基因演算法研究—以物料裁切為例
A Study on Parallel Genetic Algorithm by Cloud Computing for solving Cutting Stock Problem
指導教授: 徐立群
Shu, Lih-Chyun
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 管理學院 - 會計學系
Department of Accountancy
論文出版年: 2013
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 65
中文關鍵詞: 雲端運算平行化基因演算法MapReduce物料裁切問題
外文關鍵詞: Cloud Computing, Parallel Genetic Algorithm, MapReduce, Cutting Stock Problem
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  • 本研究主要探討以雲端運算為基礎之平行化基因演算法的運作,並以物料裁切為例,實作兩種平行化基因演算法—Divide and Conquer與Collaboration,藉此觀察基於雲端運算之平行化基因演算法的運算效率。本研究的兩種方法是傳統平行化基因演算法常用的策略,其運算模式為主從式架構,與雲端運算之架構相同上,但由於雲端運算為基礎的平行化基因演算法,受到MapReduce運算之特有模式的影響,電腦間必須透過分散式檔案系統進行溝通而非傳統的MPI(Message Passing Interface),故實作上必須進行調整。另外,由於本研究的兩種方法都是以小母體(population)來進行演化程序,為避免收斂過早的情形發生,將於實驗前進行參數測試,找出不同叢集下的參數設定,提升求解品質與運算效率。

    Genetic algorithm is one of evolution algorithms, and it is commonly used to create useful solutions to optimization and search problems using techniques inspired by evolution process, such as selection, crossover, mutation, and replacement. Because genetic algorithms have drawbacks, e.g., the answer’s quality is not assurance and runtime cannot assure constant, it does something like parallelization. In this research, we have proposed two parallel schemes for the genetic algorithm based on the map-reduce programming model for solving the Cutting Stock Problem. We implement the parallel genetic algorithms on cloud computing system Hadoop in which the application is divided into small chunks of work, each of which may be executed on any worker in the cluster. Upon the map-reduce model, we propose two parallel schemes for running genetic algorithm. One is to proceed the genetic algorithm on all workers individually, then combine their results. The other one is to proceed the genetic algorithm cooperatively, in which each worker helps running part of the evolution. According to our experiments, we conclude that our methods elevate runtime efficient and solution quality.

    目 錄 第一章 緒論 1 第一節 研究背景 1 第二節 研究動機與目的 1 第三節 研究方法 2 第四節 論文架構 3 第二章 文獻探討 4 第一節 雲端運算 4 第二節 基因演算法 10 第三節 雲端基因演算法架構 17 第四節 裁切與包裝問題分類法則 21 第五節 物料裁切問題分類法則 24 第六節 物料裁切問題模型 26 第三章 基於雲端運算之平行化基因演算法研究—以物料裁切為例 31 第一節 雲端運算之平行化基因演算法—Divide and Conquer 32 第二節 雲端運算平台之平行化基因演算法—Collaboration 42 第四章 實驗結果與分析 47 第五章 結論 60 參考文獻 61 附錄 實驗資料 65 表 目 錄 表 2 1 Hadoop與Google名稱差異 9 表 2 2 基因演算法的編碼方式 11 表 2 3 裁切與包裝問題—項目分類 22 表 2 4 裁切與包裝問題—物件分類 22 表 2 5 裁切與包裝分類—項目形狀 23 表 4 1 實驗環境 47 表 4 2 徐家賢的參數設定與實驗結果 47 表 4 3 母體大小=20,優於先前研究的參數設定之實驗結果 51 表 4 4 母體大小=30,優於先前研究的參數設定之實驗結果 52 表 4 5 母體大小=40,優於先前研究的參數設定之實驗結果 52 表 4 6 母體大小=50,優於先前研究的參數設定之實驗結果 53 表 4 7 參數測試-Collaboration之運算結果 56 表 4 8 兩種方法之所有運算結果 58 表 4 9 敘述性統計—運算結果 59 表 4 10 敘述性統計—執行時間 59 圖 目 錄 圖 2 1 GFS架構 6 圖 2 2 MapReduce運作流程 7 圖 2 3 Hadoop雲端運算平台之Logo 8 圖 2 4 HDFS運作架構 8 圖 2 5 MapReduce執行流程 9 圖 2 6 基因演算法運作流程 10 圖 2 7 輪盤式選擇法 13 圖 2 8 單點交配 14 圖 2 9 兩點交配 14 圖 2 10 多點交配 15 圖 2 11 均勻交配 15 圖 2 12 順序改變 16 圖 2 13 位元轉置 16 圖 2 14 主從式平行化基因演算法之架構 18 圖 2 15 基於Hadoop平台之平行化基因演算法架構一 19 圖 2 16 基於Hadoop平台之平行化基因演算法架構二 20 圖 2 17 基本題型分類 24 圖 2 18 中介題型分類 25 圖 2 19 精確題型分類 25 圖 2 20 PCS-1D-RCSP模型示意圖 30 圖 3 1 Divide and Conquer運算架構 32 圖 3 2 Divide and Conquer之MapReduce運算流程 33 圖 3 3 本研究之編碼方式 34 圖 3 4 本研究之隨機交換 35 圖 3 5 最先符合演算法 36 圖 3 6 餘料的判斷流程 36 圖 3 7 適應函數 37 圖 3 8 傳統交配方後的染色體結構 39 圖 3 9 非交配區段交換 39 圖 3 10 交配區段交換 39 圖 3 11 交換與位移方法 40 圖 3 12 取代策略-(μ+λ)方法 41 圖 3 13 Collaboration運作架構 43 圖 3 14 Collaboration之MapReduce運算流程 44 圖 4 1 母體大小=20之平均裁切成本 49 圖 4 2 母體大小=30之平均裁切成本 49 圖 4 3 母體大小=40之平均裁切成本 50 圖 4 4 母體大小=50之平均裁切成本 50 圖 4 5 假說一之執行時間 54 圖 4 6 假設一之運算結果 55 圖 4 7 假設二之運算結果 55 圖 4 8 假設二之執行時間 56 圖 4 9 實驗結果—運算結果 57 圖 4 10 實驗結果—執行時間 58

    中文
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    下載圖示 校內:2016-07-15公開
    校外:2016-07-15公開
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