Một số thuật toán giải bài toán phân công nhiệm vụ trong hệ thống tính toán không đồng nhất

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan toàn bộ luận văn: "Một số thuật toán giải bài toán phân công nhiệm vụ trong hệ thống tính toán không đồng nhất" do chính bản thân tôi thực hiện dưới sự hướ

Trang 1

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG

NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG

MỘT SỐ THUẬT TOÁN GIẢI BÀI TOÁN PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ

Trang 2

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan toàn bộ luận văn: "Một số thuật toán giải bài toán phân công nhiệm vụ trong hệ thống tính toán không đồng nhất" do chính bản thân tôi

thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Đặng Quang Á.

Nếu sai tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định

Thái Nguyên, tháng 06 năm 2012

Người thực hiện

Nguyễn Thị Hồng Nhung

Trang 3

i

MỤC LỤC

TRANG PHỤ BÌA

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC i

DANH MỤC CÁC BẢNG iii

DANH MỤC CÁC HÌNH iv

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG TÍNH TOÁN KHÔNG ĐỒNG NHẤTMỘT SỐBÀI TOÁN PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ 3

1.1 GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG TÍNH TOÁN KHÔNG ĐỒNG NHẤT 3

1.1.1 Giới thiệu 3

1.1.2 Mô hình khái niệm HC 6

1.2 GIỚI THIỆU MỘT SỐ BÀI TOÁN PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ 9

1.2.1 Bài toán phân công nhiệm vụ trong hệ thông tính toán không đồng nhất……… 9

1.2.2 Bài toán lập lịch thực hành 13

1.2.3 Bài toán lập lịch gia công 14

1.3 KẾT LUẬN 15

CHƯƠNG II: MẠNG NƠ RON VÀ GIẢI THUẬT DI TRUYỀN GIẢI BÀI TOÁN KHÔNG ĐỒNG NHẤT 16

2.1 GIỚI THIỆU VỀ MẠNG NƠ -RON 16

2.1.1 Lịch sử phát triển 16

2.1.2 Mô hình mạng nơ-ron nhân tạo 17

2.2 PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA MẠNG NƠ -RON 21

2.2.1 Những bài toán thích hợp 21

2.2.2 Các lĩnh vực ứng dụng mạng nơ-ron 22

2.2.3 Ưu và nhược điểm của mạng nơ-ron 22

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Trang 4

ii

2.3 MẠNG HOPFIELD 23

2.3.1 Mạng Hopfield rời rạc 24

2.3.2 Mạng Hopfield liên tục: 25

2.3.3 Mạng Hopfield với bài toán tối ưu 27

2.4 GIỚI THIỆU GIẢI THUẬT DI TRUYỀN 30

2.4.2 Các bước quan trọng trong việc áp dụng thuật giải di truyền 31

2.4.3 Các phương thức biến hóa của giải thuật di truyền 32

2.4.4 Các giải thuật di truyền lai 36

2.5 GIẢI THUẬT DI TRUYỀN VỚI BÀI TOÁN TỐI ƯU 37

2.5.1 Ánh xạ hàm mục tiêu sang hàm phù hợp 37

2.5.2 Tỷ lệ hoá giá trị phù hợp 38

2.5.3 Mã hoá tham biến nhờ véctơ nhị phân 39

2.5.4 Bài toán tối ưu ràng buộc 39

2.6 KẾT LUẬN 40

CHƯƠNG III: MỘT SỐ THUẬT TOÁN GIẢI BÀI TOÁN PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ TRONG HỆ THỐNG TÍNH TOÁN KHÔNG ĐỒNG NHẤT 41

3.1 MỘT SỐ THUẬT TOÁN GIẢI QUYẾT BÀI TOÁN 41

3.1.1 Mạng Nơron Hopfield với bài toán TSAP 42

3.1.2 Thuật toán lai Mạng Noron Hopfield-Giải thuật di truyền 45

3.1.3 Thuật toán lai Mạng Noron Hopfield và mô phỏng luyện kim 47

3.2 THỬ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 49

3.2.1 Các trường hợp thử nghiệm và các thông số metaheuristic 49

3.2.2 GA cho các mục đích so sánh 51

3.2.3 Kết quả và phân tích 52

3.3 KẾT LUẬN 53

KẾT LUẬN 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

Trang 6

iv

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang 7

-1-

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, các máy tính có tốc độ xử lý rất cao, đôi khi thực hiện một số công việc thì chỉ dùng đến một phần nhỏ khả năng của tốc độ đó Điều này là bởi vì các công việc khác nhau cần đến các yêu cầu tính toán rất khác nhau vì vậy phải có các máy tính có khả năng khác nhau để đáp ứng yêu cầu Một máy tính có cấu trúc đơn lẻ, có thể không đáp ứng được tất cả các yêu cầu tính toán công việc mà có kết quả tốt như nhau Vì vậy, việc sử dụng một môi trường tính toán không đồng nhất là rất thích hợp

Trong hệ thống không đồng nhất, gồm có xử lý song song, phân phối, cụm, lưới và được ứng dụng trong các lĩnh vực như: công nghiệp, phòng thí nghiệm, các cơ quan, trường học, phân tích thiết kế hoặc môi trường thời gian thực Một vấn đề nghiên cứu quan trọng đối với hệ thống tính toán không đồng nhất là làm thế nào để xắp xếp có thứ tự các công việc cần thực hiện để tối ưu hiệu xuất trong quá trình thực hiện bài toán phân công nhiệm vụ

Bài toán phân công nhiệm vụ trong hệ thống tính toán không đồng nhất

là một bài toán khá phức tạp, do trong quá trình phân công nhiệm vụ cần phải linh hoạt sử lý các tình huống khác nhau, trong từng hoàn cảnh khác nhau Tuy nhiên các tính toán trong mạng nơron Hopfield lại cho phép giải quyết tốt các bài toán có nhiều tính phức tạp Vì vậy, ứng dụng mạng nơron Hopfield, giải thuật di truyền trong bài toán phân công nhiệm vụ trong hệ thống tính toán không đồng nhất sẽ hứa hẹn là một giải pháp khả thi

Nhận thức được vấn đề đó và có sự gợi ý, định hướng của PGS TS

Đặng Quang Á em đã mạnh dạn nghiên cứu đề tài " Một số thuật toán giải

bài toán phân công nhiệm vụ trong hệ thống tính toán không đồng nhất"

Nội dung cơ bản của luận văn gồm có ba chương:

Trang 8

-2-

Chương I: Giới thiệu sơ lược về hệ thống tính toán không đồng nhất,

mô hình khái niệm hệ thống không đồng nhất, bài toán phân công nhiệm vụ Chương II: Giới thiệu sơ lược về mạng nơ ron, mạng nơ ron Hopfield,

giải thuật di truyền, giải thuật di truyền với bài toán tối ưu

Chương III: Giới thiệu một số thuật toán giải bài toán phân công nhiệm

vụ trong hệ thống tính toán không đồng nhất Trong chương này tập trung giới thiệu phương pháp tiếp cận lai meta-heuristic cho bài toán phân công nhiệm vụ trong hệ thống tính toán không đồng nhất Phương pháp tiếp cận bao gồm mạng Noron- Hopfield (HNN) để quản lý các ràng buộc của vấn

đề, và sử dụng hai thuật toán tìm kiếm toàn cục khác để nâng cao chất lượng của giải pháp được tìm thấy, đó là: Thuật toán lai ghép mạng Nơron Hopfield

- giải thuật di truyền và thuật toán lại mạng Nơron Hopfield- mô phỏng luyện kim

Qua luận văn này em xin chân thành cảm ơn: PGS TS Đặng Quang Á - Viện Công nghệ thông tin đã tận tình giúp đỡ, động viên, định hướng, hướng dẫn em nghiên cứu và hoàn thành luận văn Em xin cảm ơn các thầy cô giáo trong viện Công nghệ thông tin, các thầy cô giáo Trường Đại học Công nghệ thông tin và truyền thông ĐH Thái nguyên, đã giảng dạy và giúp đỡ em trong hai năm học vừa qua, cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của các bạn đồng nghiệp

Xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, tháng 06 năm 2012

Người viết luận văn

Nguyễn Thị Hồng Nhung

Trang 9

-3-

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC

VỀ HỆ THỐNG TÍNH TOÁN KHÔNG ĐỒNG NHẤT MỘT SỐ BÀI TOÁN PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ

1.1 GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG TÍNH TOÁN KHÔNG ĐỒNG NHẤT

Hệ thống tính toán không đồng nhất hiệu suất cao (sau đây gọi là HC), trong môi trường này bao gồm các máy với khả năng tính toán khác nhau kết nối với nhau bằng các liên kết tốc độ cao Môi trường này rất thích hợp để đáp ứng các nhu cầu tính toán của các nhóm bài toán lớn, áp dụng đa dạng cho các ứng dụng Một yếu tố quan trọng trong việc đạt được hiệu suất tốt nhất có thể có từ môi trường HC là khả năng phân công có hiệu quả các ứng dụng máy móc và lịch trình thực hiện của họ

Hệ thống tính toán không đồng nhất (HC), bao gồm một bộ các loại máy khác nhau được kết nối với nhau bằng các liên kết tốc độ cao Một hệ thống cung cấp một loạt các khả năng, cấu trúc, phối hợp để thực hiện nhiệm

vụ với yêu cầu thực hiện khác nhau bằng cách khai thác tính không đồng

Trang 10

-4-

nhất của hệ thống Một hệ thống HC có thể bao gồm một tập hợp các máy tính hiệu suất cao Một nhóm bao gồm các loại máy khác nhau cũng tạo thành một hệ thống HC Ngoài ra, một nhóm có thể được xử lý như một máy tính đơn trong một bộ HC Một hệ thống HC cũng có thể là một phần của một mạng lưới lớn hơn

Một ứng dụng giả định bao gồm một hoặc nhiều nhiệm vụ độc lập (tức

là không giao tiếp) Nó cũng được giả định rằng một số nhiệm vụ có thể được tiếp tục phân tách thành hai hoặc nhiều công việc phụ giao tiếp với nhau Các công việc phụ có dữ liệu phụ thuộc trong số đó, nhưng có thể được giao cho các máy khác nhau thực hiện

Hình 1.1: Mô hình trên trạm làm việc cơ bản

Xét hình 1.1: Trong đó cho thấy một ví dụ giả thuyết của một chương trình ứng dụng với các thành phần khác nhau là tốt nhất phù hợp để thực hiện một kiến trúc máy tính khác nhau Các ứng dụng trong ví dụ bao gồm một nhiệm vụ được phân tách thành bốn công việc phụ liên tiếp Ứng dụng này thực hiện cho 100 đơn vị thời gian trên một máy trạm cơ bản, nơi

mà mỗi công việc phụ là phù hợp nhất với kiến trúc máy tính và có số lượng thời gian chỉ ra bên dưới trong hình [5]

Trang 11

data error !!! can't not

read

Trang 12

read

Trang 13

read

Trang 14

read

Trang 15

read

Trang 17

read

Trang 18

read

Trang 19

read

Trang 20

read

Trang 21

read

Trang 22

read

Trang 23

read

Trang 24

read

Trang 26

read

Trang 27

read

Định dạng
Số trang	27
Dung lượng	613,4 KB