Destructive Ability Analysis of Genetic Algorithm Operator When Solving Business Process Problem of Structural and Parametric Synthesis

Authors

  • D. A. Petrosov Financial University under the Government of the Russian Federation
  • N. Y. Surova Financial University under the Government of the Russian Federation

DOI:

https://doi.org/10.22213/2410-9304-2023-4-109-116

Keywords:

petri nets, COGAN, simulation modeling, structural-parametric synthesis, genetic algorithm, business process, modeling

Abstract

The work analyzes the destructive ability of operators of a classical genetic algorithm when solving the problem of controlling the trajectory of a population during the search for solutions. In accordance with the hypothesis put forward, when solving the problem of structural-parametric synthesis of large discrete systems with a given behavior, it is advisable to change the settings of the functioning of the genetic algorithm operators to ensure: better convergence of the genetic algorithm, avoid attenuation, signal the need to restart the solution synthesis procedure, and also facilitate the derivation of the population from local extrema. It is proposed to use an artificial neural network as a control element (control add-on), which should implement control of the process of synthesis of simulation models of business processes based on a given behavior (the ability of a simulation model to convert a given input vector into a reference output), which is especially important when working with large systems. In accordance with the same hypothesis, an increase in the destructive ability of the crossing over and mutation operators allows the population to be dispersed across the solution space, which is advisable when attenuation occurs and is in a local extremum, and a decrease in the destructive ability contributes to a more thorough search for solutions in a certain area of the solution space. The paper provides examples of the work of operators and the behavior of the population when synthesizing simulation models of business processes based on the theory of Petri nets. To model the operation of a genetic algorithm and an artificial neural network, it is proposed to use the theory of Petri nets, which simplifies the process of managing the synthesis procedure and allows the use of parallel programming tools with distributed GPGPU computing on CUDA technology. As part of this study, an analysis of the behavior of the population when changing the operating settings of operators was carried out, which confirmed the hypothesis put forward.

Author Biographies

D. A. Petrosov, Financial University under the Government of the Russian Federation

PhD in Engineering, Associate Professor

N. Y. Surova, Financial University under the Government of the Russian Federation

PhD in Economics, Associate Professor

References

Petrosov D.A., Lomazov V.A., Petrosova N.V. [Model of an Artificial Neural Network for Solving the Problem of Controlling a Genetic Algorithm Using the Mathematical Apparatus of the Theory of Petri Nets]. Applied Sciences. 2021, № 11, pp. 38-99.

Costa-Carrapiço I., Raslan R., González J.N. [A Systematic Review of Genetic Algorithm-Based Multi-Objective Optimisation for Building Retrofitting Strategies towards Energy Efficiency]. Energy Build. 2020, № 210, pp. 109-690.

Petrosov D.A., Lomazov V.A., Petrosova N.V. [Model of an Artificial Neural Network for Solving the Problem of Controlling a Genetic Algorithm Using the Mathematical Apparatus of the Theory of Petri Nets]. Applied Sciences. 2021, № 11, pp. 38-99.

Santiago A., Dorronsoro B., Fraire H.J., Ruiz P. [Micro-Genetic Algorithm Algorithm-Based Multi-Objective Optimisation for Building Retrofitting Strategies towards Energy Efficiency]. Energy Build. 2020, № 210, pp. 109-690.

Петросов Д. А. Имитационная модель управляемого генетического алгоритма на основе сетей Петри // Интеллектуальные системы в производстве. 2019. Т. 17. №1. С. 63-70.

Петросов Д. А., Зеленина А. Н. Модель искусственной нейронной сети для решения задачи управления генетическим алгоритмом с применением математического аппарата теории сетей Петри // Моделирование, оптимизация и информационные технологии. 2020. Т. 8, № 4 (31).

Петросов Д. А. Моделирование искусственных нейронных сетей с использованием математического аппарата теории сетей Петри // Перспективы науки. 2020. № 12 (135). С. 92-95.

Алгоритмы параметрического синтеза, применяемые при проектировании гибких производственных систем на основе компьютерного моделирования / А. И. Сергеев, С. Е. Крылова, С. Ю. Шамаев, Т. Р. Мамуков // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2021. Т. 23. № 2 (100). С. 106-114.

Макаров В. И. Оптимизация программной реализации генетического алгоритма с применением параллельных вычислений // Программная инженерия. 2023. Т. 14, № 8. С. 401-406.

Бова В. В., Лещанов Д. В. Модифицированный алгоритм поиска закономерностей в данных большой размерности на основе генетической оптимизации // Информатизация и связь. 2021. № 3. С. 67-72.

Сапрыкина А. О. Эволюционные операторы и принцип работы генетического алгоритма // Современные научные исследования и инновации. 2022. № 11 (139). С. 34-41.

Софронова Е. А. Вариационный генетический алгоритм и его применение к управлению транспортными потоками в городской среде // International Journal of Open Information Technologies. 2023. Т. 11, № 4. С. 3-13.

Шегай М. В., Попова Н. Н. Генетический алгоритм оптимизации путеводных деревьев // Вестник Московского университета. Серия 15: Вычислительная математика и кибернетика. 2023. № 1. С. 54-61.

Голышин А. Е. Настройка параметров нечеткого контроллера с помощью генетического алгоритма при управлении динамическим объектом// Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2018. Т. 2, № 4 (14). С. 21-23.

Чеканин В. А., Куликова М. Ю. Адаптивная настройка параметров генетического алгоритма // Вестник МГТУ "Станкин". 2017. № 3 (42). С. 85-89.

Сапрыкина А. О. Настройка параметров эволюционных операторов генетического алгоритма для повышения эффективности поиска решения задачи // Современные научные исследования и инновации. 2022. № 12 (141). С. 12-19.

Published

09.01.2024

How to Cite

Petrosov Д. А., & Surova Н. Ю. (2024). Destructive Ability Analysis of Genetic Algorithm Operator When Solving Business Process Problem of Structural and Parametric Synthesis. Intellekt. Sist. Proizv., 21(4), 109–116. https://doi.org/10.22213/2410-9304-2023-4-109-116

Issue

Section

Articles