Algorithmes Evolutionnaires: Prise en compte des contraintes et Application Réelle - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2001

Evolutionary Algorithms: Handling Constraints and Application

Algorithmes Evolutionnaires: Prise en compte des contraintes et Application Réelle

Résumé

The present work is a theoretical and experimental study in the evolutionary computation domain. The first part is an introduction to the artificial evolution with a synthesis of the principal approaches. The second part is theoretical study devoted to handling constraints in evolutionary computation. It presents an extensive review of previous constraint handling methods in the literature and their limitations. Two solutions are then proposed. The first aims to improve genetic operator exploration capacity for constrained optimization problems. It propose the logarithmic mutation operator conceived to explore both locally and globally the search space. The second solution introduce the original Adaptive Segregational Constraint Handling Evolutionary Algorithm, which the main idea is to maintain population diversity. In order to achieve this goal, three main ingredients are used: An original adaptive penalty method that uses global information of the population to adjust the penalty coefficients; a constraint-driven recombination, where in some cases feasible individuals can only mate with infeasible individuals; a segregational selection that distinguishes between feasible and infeasible individuals to enhance the chances of survival of the feasible ones. Moreover, a niching method with an adaptive radius is added to ASCHEA in order to handle multimodal functions. Finally, to complete the ASCHEA system, a new equality constraint handling strategy is introduced, that reduce progressively the feasible domain of the explored solution in order to get is as close as possible to the reel domain (with null measure) at the end of the evolution. The third part is a case study tackling a real-word problem. The goal is to design the 2-dimensional profile of an optical lens (phase plate) in order to control focal-plane irradiance of some laser beam. The aim is to design the phase plate such that a small circular target on the focal plane is uniformally illuminated without energy loss.
Cette thèse est une étude théorique et expérimentale dans le domaine du calcul évolutionnaire. La première partie propose une introduction au domaine de l'évolution artificielle avec une synthèse des principales approches. La deuxième partie est une étude théorique consacrée à la prise en compte des contraintes dans l'optimisation évolutionnaire. Son premier chapitre est une présentation détaillée des méthodes dans la littérature accompagnée d'une discussion de leurs avantages et leurs limites. Pour remédier à certaines limites, deux solutions sont proposées. La première vise l'amélioration de la capacité d'exploration des opérateurs de reproduction en présence des contraintes. Elle propose l'opérateur de mutation logarithmique conçu pour explorer à la fois localement et globalement l'espace de recherche. La deuxième est une proposition d'un nouvel algorithme pour la prise en compte des contraintes (ASCHEA), basé sur trois ingrédients: une pénalité adaptative ajustée automatiquement selon l'état courant de la population; un opérateur génétique fondé sur le concept de séduction où, dans certains cas, les individus faisables ne peuvent se reproduire qu'avec les infaisables dans le but d'explorer la frontière de la région faisable; un mécanisme de sélection ségrégationnelle en terme faisable/infaisable dont l'objectif est d'assurer un degré minimum de faisabilité de la population. Pour gérer les fonctions multimodales, une procédure de nichage a été introduite, dont le rayon est adapté automatiquement. Finalement, pour compléter le système ASCHEA, une nouvelle stratégie de prise en compte des contraintes d'égalité lui a été introduite, qui restreint progressivement le domaine de faisabilité des solutions explorées dans le but de l'approcher à la fin de l'évolution de l'espace réel de mesure nulle. La troisième partie est une étude d'une application réelle ayant pour objectif l'optimisation du profil d'une lame de phases pour le laser Méga-Joule. Le but est de minimiser la perte d'énergie sur le plan focal du système laser et la répartir uniformément sur la cible à illuminer.
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  • HAL Id : tel-03086421 , version 1

Citer

Sana Ben Hamida. Algorithmes Evolutionnaires: Prise en compte des contraintes et Application Réelle. Informatique [cs]. Université Paris Saclay, 2001. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-03086421⟩
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