Optimization problems are problems that involve finding the best solution from a set of possible solutions, according to some criteria or objective function. Optimization problems are ubiquitous in computer science, such as scheduling, routing, clustering, machine learning, and more.
However, many optimization problems are very hard to solve exactly, either because they are too complex, too large, or too dynamic. In such cases, finding the optimal solution may require too much time or computational resources. Therefore, we need to find approximate solutions that are good enough for our purposes.
Meta-heuristic algorithms are a type of algorithm that can help us find approximate solutions to optimization problems. They are general-purpose methods that can be applied to different types of problems, without requiring much prior knowledge or problem-specific information. Meta-heuristic algorithms work by iteratively improving a solution until it meets some quality criteria or termination condition.
Meta-heuristic algorithms are inspired by various sources, such as nature, physics, biology, and human behavior. Some examples of meta-heuristic algorithms are:
Genetic algorithm (GA): Inspired by the process of natural evolution, GA works by maintaining a population of candidate solutions that undergo selection, crossover, and mutation operators to generate new solutions.
Simulated annealing (SA): Inspired by the process of annealing in metallurgy, SA works by gradually decreasing the temperature of a system that allows random changes in the solution. As the temperature decreases, the changes become less frequent and more likely to improve the solution.
Tabu search (TS): Inspired by the concept of tabu or forbidden in human culture, TS works by keeping track of a list of recently visited solutions that are prohibited from being revisited. This helps to avoid getting stuck in local optima and explore new regions of the search space.
Here, we will share some of our works in the area of meta-heuristic algorithms and their applications. We will show how meta-heuristic algorithms can help us solve various optimization problems in computer science. We hope you will find these works interesting and useful.
References
2021
On the Minimum of True Matches in Exact Graph Matching with Simulated Annealing
@article{Ezzati99,author={Ezzati, Hashem and Amintoosi, Mahmood and Tabasi, Hashem},title={On the Minimum of True Matches in Exact Graph Matching with Simulated Annealing},journal={Journal of Algorithms and Computation},volume={53},number={1},pages={123--134},year={2021},}
2020
الگوریتم ژنتیکِ آگاه از بهترین عضو با کاربرد در رنگآمیزی و بعدمتریک گراف
@article{ModifiedGA-iranaict99,title={الگوریتم ژنتیکِ آگاه از بهترین عضو با کاربرد در رنگآمیزی و بعدمتریک گراف},author={امینطوسی, محمود and عزتی, هاشم},journal={نشریه فناوری اطلاعات و ارتباطات ایران},year={2020},number={42,43},pages={143--154},volume={12},address={انجمن فناوری اطلاعات و ارتباطات ایران},language={persian},note={{The aware genetic algorithm of the best member, applied to graph coloring and metric-dimension of the graph problem}},}
2019
محاسبه بعد متریک گراف با الگوریتم شبیهسازی تبریدی
@inproceedings{Ezzati98-TSCO-GD,title={محاسبه بعد متریک گراف با الگوریتم شبیهسازی تبریدی},author={عزتی, هاشم and امینطوسی, محمود},booktitle={سومین سمینار کنترل و بهینهسازی},year={2019},address={دانشگاه حکیم سبزواری},date={1398-08-23},language={persian},pages={39-42},note={{Computing Graph Metric Dimension using Simulated Annealing}},}
2018
مقدار دهی اولیه گرادیان مزدوج در خوشه بندی طیفی با الگوریتم ژنتیک
@inproceedings{Nemati96GA,title={مقدار دهی اولیه گرادیان مزدوج در خوشه بندی طیفی با الگوریتم ژنتیک},author={نعمتی, مهدی and امینطوسی, محمود and زعفرانیه, مهدی},booktitle={ششمین سمینار آنالیز هارمونیک و کاربردها},year={2018},address={دانشگاه حکیم سبزواری},date={1396-11},language={persian},note={{Conjugate Gradient Initilization using GA in Spectral Clustering}},}
2015
محاسبه پارامترهای خوشهبندی طیفی در تصاویر MRI با الگوریتم ژنتیک
@inproceedings{Amintoosi94spectral,title={محاسبه پارامترهای خوشهبندی طیفی در تصاویر {MRI} با الگوریتم ژنتیک},author={امینطوسی, محمود and فیاض, طیبه},booktitle={هشتمین کنفرانس بینالمللی انجمن ایرانی تحقیق در عملیات},year={2015},address={دانشگاه فردوسی مشهد},note={{Genetic Algorithms for Spectral Clustering Parameter Estimation}},date={1394-02-31},language={persian},}
در مسأله مکانیابی مراکز سرویسدهنده با ظرفیت نامحدود، هدف کمینه کردن هزینههای سرویسدهی میباشد. این مسأله از نوع NP-hard بوده و روشهای فراابتکاری راهحلهای خوبی، در زمان معقول برای این مسائل ارائه مینمایند. در این مقاله، سه روش جستوجوی تابو، الگوریتم ژنتیک و الگوریتم انبوهسازی(ازدحام) ذرات تحت شرایط یکسان پیادهسازی شده و نتایج بهدست آمده با شیوهی جدیدی مورد مقایسه قرار گرفتهاند. نتایج آزمایشات نشان داده است که به طور کلی الگوریتم ژنتیک روش بهتری برای حل این مسأله است.
@inproceedings{Shahi93UFLP,title={مقایسه سه روش فراابتکاری در حل {UFLP}},author={شاهی, سمیرا and امینطوسی, محمود and زعفرانیه, مهدی},booktitle={هفتمین کنفرانس بینالمللی انجمن ایرانی تحقیق در عملیات},year={2014},address={سمنان},date={1393-03-25},note={{Comparing 3 meta-heuristic methods for solving UFLP}},language={persian},}
در مسئله برش مینیمم هدف مینیمم کردن ظرفیت یالهای برش است. از روشهای تقریبی حل این مسائل میتوان به الگوریتم کارگِر اشاره کرد. که از تلفیق لبه ها به صورت تصادفی استفاده میکند .در این مقاله از شبیهسازی تبریدی برای حل این مسئله استفاده شده است و نتایج آن با روش کارگِر مقایسه شده است. نتایج آزمایشات برتری روش پیشنهادی را نسبت به روش کارگِر از منظر سرعت اجرا، نرخ همگرایی و میانگین خطا نشان داده است.
@inproceedings{Hoseini93mincutSA,title={برش کمینهی گراف با شبیهسازی تبریدی},author={حسینی, فاطمهسادات and امینطوسی, محمود},booktitle={هفتمین کنفرانس بینالمللی انجمن ایرانی تحقیق در عملیات},year={2014},address={سمنان},date={1393-03-25},note={{Graph Minumum Cut using SA}},language={persian},}
در مسئله برش مینیمم هدف مینیمم کردن ظرفیت یالهای برش است. از روشهای تقریبی حل این مسائل میتوان به الگوریتم کارگِر اشاره کرد. که از تلفیق لبه ها به صورت تصادفی استفاده میکند .در این مقاله از جستجوی ممنوعه برای حل این مسئله استفاده شده است و نتایج آن با روش کارگِر مقایسه شده است. نتایج آزمایشات برتری روش پیشنهادی را نسبت به روش کارگِر از منظر سرعت اجرا، نرخ همگرایی و میانگین خطا نشان داده است.
@inproceedings{Hoseini93mincutTS,title={برش کمینهی گراف باجستجوی ممنوعه},author={حسینی, فاطمهسادات and امینطوسی, محمود},booktitle={هفتمین کنفرانس بینالمللی انجمن ایرانی تحقیق در عملیات},year={2014},address={سمنان},date={1393-03-25},note={{Graph Minumum Cut using Tabu Search}},language={persian},}
مسئله مکانیابی p -هاب با ظرفیت نامتناهی در حضور صف M/G/1
مسئله مکانیابی هاب یک تعمیم نسبتاً جدید از مسائل مکانیابی است. این مسائل با پیدا کردن مکانهای هاب و تخصیص نقاط تقاضا به این مکانها سرو کار دارد.ما هابها را که بخشهای پر ازدحام شبکه هستند، همانند یک صف M/G/1 مدلبندی میکنیم. در این مقاله ابتدا یک برنامهریزی غیر خطی با محدودیتهای خطی برای مسئله نمایش میدهیم که زمان کلی حمل و نقل بین گرههای شبکه را مینیمم میکند، سپس این مسئله را با استفاده از الگوریتم ژنتیک حل میکنیم و با الگوریتم جستجوی ممنوعه مقایسه میکنیم.
@inproceedings{Rezazadeh93hub,title={ مسئله مکانیابی {p} -هاب با ظرفیت نامتناهی در حضور صف {M/G/1} },author={رضازاده, معصومه and امینطوسی, محمود and زعفرانیه, مهدی},booktitle={چهل و پنجمین کنفرانس ریاضی ایران},year={2014},address={سمنان},date={1393-06},note={{Facility Location Problem in M/G/1 Queue}},language={persian},}
2007
A Fish School Clustering Algorithm: Applied to Student Sectioning Problem
M. Amintoosi, M. Fathy, N. Mozayani, and 1 more author
Dynamics of Continuous Discrete & Impulse Systems, series B: Applications and Algorithms, Dec 2007
Post Proceeding of LSMS2007, Life System Modeling and Simulation 2007, China
@article{Amintoosi07afishschool,title={A Fish School Clustering Algorithm: Applied to Student Sectioning Problem},author={Amintoosi, M. and Fathy, M. and Mozayani, N. and Rahmani, A.T.},journal={Dynamics of Continuous Discrete & Impulse Systems, series B: Applications and Algorithms},year={2007},month=dec,note={Post Proceeding of LSMS2007, Life System Modeling and Simulation 2007, China},pages={696-699},volume={2},}
Using Pattern Matching for Tiling and Packing Problems
@article{Amintoosi07using,title={Using Pattern Matching for Tiling and Packing Problems},author={Amintoosi, M. and SadoghiYazdi, H. and M.Fathy and Monsefi, R.},journal={European Journal of Operational Research},year={2007},note={Indexed by {DBLP} and {SCOPUS}},pages={950-960},volume={183},}
2005
Feature Selection in A Fuzzy Student Sectioning Algorithm
@article{Amintoosi05feature,title={Feature Selection in A Fuzzy Student Sectioning Algorithm},author={Amintoosi, M. and Haddadnnia, J.},journal={Lecture Notes in Computer Science},year={2005},note={Indexed by {DBLP}},pages={147--160},volume={3616},publisher={Springer-Verleg},}
2004
کلاسهبندی فازی بهینه دانشجویان با استفاده از یک تابع فازی در حل مسئله برنامهریزی ژنتیکی دروس هفتگی دانشگاه
@inproceedings{Amintoosi04optimum,title={کلاسهبندی فازی بهینه دانشجویان با استفاده از یک تابع فازی در حل مسئله برنامهریزی ژنتیکی دروس هفتگی دانشگاه},author={امینطوسی, م. and صدوقییزدی, ه.},booktitle={نهمین كنفرانس سالانه انجمن كامپیوتر ایران},year={2004},address={تهران، ایران},month={اسفند},organization={دانشگاه صنعتی شریف},pages={345-352},note={{Student's sectioning using fuzzy inference system}},language={Persian},}
2002
A Genetic-Neuro Algorithm for Tiling Problems with Rotation and Reflection of Figures
@article{Monsefi02agenetic,title={A Genetic-Neuro Algorithm for Tiling Problems with Rotation and Reflection of Figures},author={Monsefi, R. and Amintoosi, M.},journal={Iranian Journal of Science and Technology, Transaction B},year={2002},month=dec,note={Indexed by {{ACM}}},number={B4},pages={693-700},volume={26},address={Shiraz University},}
2000
جورچینی قطعات راست گوشه با استفاده از شبكه های عصبی و الگوریتم ژنتیك
@inproceedings{Monsefi00agenetic,title={جورچینی قطعات راست گوشه با استفاده از شبكه های عصبی و الگوریتم ژنتیك},author={منصفی, ر. and امینطوسی, م.},booktitle={پنجمین کنفرانس سالانه انجمن کامپیوتر ایران},year={2000},address={تهران، ایران},month={بهمن},organization={دانشگاه شهید بهشتی},pages={۲۹۸-۳۰۴},note={{Tiling Problem using Neural Networks and Genetic Algorithm}},language={Persian}}