الگوریتم غذایابی باکتری BFO)) Bacterial Foraging Optimization
منابع 1-Handbook of Swarm Intelligence 2-Biomimicry of bacterial foraging for distributed optimization and control KM Passino - Control Systems, IEEE, 2002 ieeexplore.ieee.org
فهرست مطالب مقدمه غذایابی باکتری در محیط طبیعی پیاده سازی رفتارباکتری در محیط مصنوعی الگوریتم غذایابی باکتری نتیجه گیری
مقدمه الگوریتم بهینه سازی جست و جوی باکتریها با الهام از رفتار جست و جوی باکتریهایE. Coli در معده انسان توسط Passino در سال 2002 ارائه شد. در این الگوریتم باکتریها به عنوان بردارهای D بعدی θ نماینده پاسخ‌های مساله و (θ) J تابع هزینه است.
باکتری درمحیط طبیعی باکتری ها گروهی از موجودات تک یاخته‌ای ذره بینی هستند که پوشش بیرونی نسبتاً ضخیمی آنها را احاطه کرده است. این موجودات ساختار ساده‌ای دارند و به گروه پروکاریوت‌ها تعلق دارند.
باکتری در محیط طبیعی باکتریها گروهی از موجودات ذره بینی هستند که پوشش بیرونی نسبتاً ضخیمی آنها را احاطه کرده است. این موجودات ساختار ساده‌ای دارند و به گروه پروکاریوت‌ها تعلق دارند. باکتریها متنوع‌ترین و مهم‌ترین میکروارگانیسم ها هستند. تعداد کمی از آنها در انسان و حیوانات و گیاهان بیماری زا است. بطور کلی بدون فعالیت آنها، حیات بر روی زمین مختل میگردد. مطالب
رفتار تغذیه ای باکتری ها شامل سه مرحله مهم است: 1-کموتاکسیس (چرخش و شنا ) 2-تکثیر 3- حذف و پراکندگی
ثانیا، میتواند بچرخد، و در طول زندگی بین این دو کموتاکسیس (چرخش و شنا ) مرحله کموتاکسیس ، حرکت یک باکتری E.coli به شکل شنا یا چرخش و از طریق تاژک ها است . درمحیط طبیعی، این باکتری میتواند به دو طریق متفاوت حرکت کند: اولا"، میتواند در طول بازه ای از زمان در یک جهت ثابت شناکند. ثانیا، میتواند بچرخد، و در طول زندگی بین این دو حرکت تغییر وضعیت میدهد.
تاژک: پس از مدتی باکتری مواد غذایی اطراف خود را جذب و مصرف می کند و جای فعلی آن دیگر جای مناسبی جهت ادامه زندگی نیست زیرا از لحاظ مواد غذایی فقیر شده است و باید به مکانی غنی تر از لحاظ مواد غذایی نقل مکان کند که این وظیفه عمدتاً بر عهده اندامکی به نام تاژک می باشد که با حرکت دورانی خود باکتری را به جلو می راند. البته جالب است بدانید که تاژک تنها ابزار حرکتی باکتری نیست بلکه باکتری از مکانیسم های متفاوتی جهت حرکت استفاده میکند
رفتار تغذیه ای باکتری ها شامل سه مرحله مهم است: 1-کموتاکسیس (چرخش و شنا ) 2-تکثیر 3- حذف وپراکندگی
تکثیر تولید مثل جنسی به روش دو نیم شدن یکی از خصوصیات بارز باکتری ها است. در این حالت باکتری ها در محیط مناسب ، مواد مورد نیاز را جذب و قسمتی از آن را به پروتوپلاسم تبدیل می‌کنند و در نتیجه بر حجم باکتری افزوده می‌شود. وقتی رشد باکتری به حد معینی رسید پروتوپلاسم آن بر اثر پیدایش دیواره‌ای عرضی در قسمت میانی به دو قسمت تقسیم می‌شود و یک باکتری به دو باکتری تبدیل میگردد. شرایط رشد و تکثیر رشد باکتری ها و سایر میکروارگانیسم ها به شرایط مناسب فیزیکی و شیمیایی و وجود مواد غذایی نیاز دارد. این شرایط بر حسب نوع ارگانیسم ها متفاوت‌اند. این نیازها عبارتند از رطوبت ، انرژی و منابع کربن و عناصر اساسی شمار می‌رود.
رفتار تغذیه ای باکتری ها شامل سه مرحله مهم است: 1-کموتاکسیس (چرخش و شنا ) 2-تکثیر 3- حذف وپراکندگی
حذف وپراکندگی حذف-پراکندگی زمانی اتفاق می -افتند که تغییرات کوچک یا غیرمنتظره ای (مانند تغییرات دما)در محیط رخ دهد. در مرحله تکثیر، باکتری ها بر اساس شایستگی مرتب می شوند و نصف باکتری ها که شایستگی پایین دارند از بین می-روند.
باکتری در محیط مصنوعی
بررسی رفتارباکتری ها درمحیط مصنوعی 1-باکتری ها به صورت کاملا تصادفی در محیطی که مواد غذایی وجود دارد توزیع می شوند. 2-باکتری ها به سمت مناطقی با ارزش غذایی بالا حرکت می-کنند. آنهایی که درنواحی سمی هستند از بین می روند، آن -هایی که در نواحی با ارزش غذایی کم قرار گرفته اند پراکنده می -شوند و باکتریهای موجود در نواحی مناسب، تکثیر می شوند. 3-باکتریهای موجود درنواحی مناسب برای جذب کردن سایرباکتریها از خود مواد شیمیایی ترشح می کنند. این عمل سبب می گردد که باکتری ها در ناحیه ای با بیشترین مواد غذایی قرارگیرند
Bacterial Foraging Optimization الگوریتم غذایابی باکتری Bacterial Foraging Optimization (BFO)
مراحل پیاده سازی الگوریتم (BFO) 1-کموتاکسیس (Chemotaxis) : یا رفتار حرکتی باکتریها که از آن به عنوان دوره حیات باکتری ها یاد می شود. این رفتار شامل Ns تکرار (طول دوره حیات) بوده و در آن باکتریها گام‌هایی برای جست و جوی مواد مغزی برمی‌دارند. Ns=تعداد مراحل کموتاکسیس گام حرکت یک بردار رندم D بعدی در بازه [0،1] برای تعیین جهت است. موقعیت باکتری i در مرحله( j+1) از کموتاکسیس و kامین مرحله تولید مثل و lامین مرحله حذف و پراکندگی است.
ادامه باکتریها در شرایط خاصی ماده‌ای جاذب از خود ترشح می کنند که موجب جذب باکتریهای دیگر به سمت یک ناحیه خاص میگردد. بر اساس این ارتباط در رابطه به روزرسانی تابع هزینه هر باکتری پس از حرکت آن طبق رابطه زیر باید مقدار Jcc(θ, pi(j,k,l)) نیز به آن افزوده می‌شود که نماینده‌ای از میزان نیروهای جاذب و دافع بین باکتریها در جمعیت است. (θ یک بردار در فضای (D J(i,j,k,l) = J(i,j,k,l) + Jcc(θ,pi(j,k,l)) ضریب جاذبه ضریب جاذبه ضریب دافعه ضریب دافعه
ادامه 2-تولید مثل Reproduction)) پس از آنکه دوره حیات باکتریها برای حرکت به پایان رسید میزان سلامت باکتریها که متناسب با میزان مواد مغذی جمع‌آوری شده در طول دوره حیات است بر اساس رابطه زیر برای همه باکتریها محاسبه میگردد. سپس تعدادی از باکتریها با بیشترین مجموع تابع هزینه می‌میرند (حذف می شوند) و به همان تعداد از بهترین باکتریها تکثیر می شوند. (به دو باکتری تبدیل می شوند.)
ادامه 3-حذف وپراکندگی ((Elimination and Dispersal حذف و پراکندگی : در ازدحام واقعی باکتری ها اثر تغییرات محیطی مثل افزایش دما ممکن است خیلی از باکتریها از بین بروند یا به نواحی دیگری بروند. با الهام از این رفتار بعد از تعداد تکرار خاصی از مرحله تولید مثل هریک از باکتریها به احتمال Ped حذف شده و به مکان دیگری پرتاب می گردند (تبدیل به یک باکتری دیگر می شود.).
پارامترهای اولیه تعداد مراحل کموتاکسیس تعداد مراحل حذف وپراکندگی تعداد مراحل تولید مثل احتمال حذف
فلوچارت این الگوریتم را در شکل می بینید :
نتیجه گیری 1- قابل تنظیم بودن گام حرکت این الگوریتم که با استفاده ازC(i) انجام می شود باعث می شود الگوریتم در فضاهای با ابعاد بالا کارایی بهتری داشته باشد. 2-جستجوی پرتومحلی انجام میدهد، تعداد زیادی جستجو به صورت موازی و مستقل از یکدیگر انجام می شوند و تبادل اطلاعات مستقیم بین باکتریها وجود ندارد. 3-در مرحله تکثیر، نصف باکتریها حذف می -شوند ولی نصف دیگر نیز به یک اندازه در تولید جوابهای بعدی نقش دارند. به همین دلیل، نصف باکتریها در تولید راه حل های بعدی تاثیر می گذارند و بر همین اساس جوابهای دقیق تری حاصل میگردد.