So sánh hiệu quả của các thuật toán metaheuristic cho bài toán tối ưu khung thép sử dụng phân tích phi tuyến

Bài viết trình bày về bài toán tối ưu của khung thép sử dụng phân tích phi tuyến đã được xem xét. Bốn thuật toán tối ưu sử dụng phổ biến gần đây cho dạng bài toán này được xem xét so sánh bao gồm: bản nâng cấp thuật toán tiến hóa vi phân (EpDE), bản nâng cấp thuật toán tối ưu va chạm giữa các vật chất (ECBO), kỹ thuật tìm kiếm hài hòa (HS) và thuật toán Rao. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
So sánh hiệu quả của các thuật toán metaheuristic cho bài toán tối ưu khung thép sử dụng phân tích phi tuyến Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ DOI: 10.31276/VJST.63(6).28-32 So sánh hiệu quả của các thuật toán metaheuristic cho bài toán tối ưu khung thép sử dụng phân tích phi tuyến Hà Mạnh Hùng* Khoa Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp, Trường Đại học Xây dựng Ngày nhận bài 1/4/2021; ngày chuyển phản biện 5/4/2021; ngày nhận phản biện 6/5/2021; ngày chấp nhận đăng 18/5/2021 Tóm tắt: Ngày nay, thiết kế tối ưu công trình sử dụng thuật toán metaheuristic được sử dụng một cách thường xuyên hơn nhờ hiệu quả vượt trội của các thuật toán tối ưu này trong việc giải quyết các bài toán có độ phức tạp cao. Nhờ những ưu điểm đó, có khá nhiều thuật toán tối ưu đã và đang được đề xuất. Tuy nhiên, tùy thuộc vào đặc điểm của từng dạng bài toán tối ưu khác nhau mà hiệu quả của thuật toán sẽ khác nhau. Trong bài báo này, bài toán tối ưu của khung thép sử dụng phân tích phi tuyến đã được xem xét. Bốn thuật toán tối ưu sử dụng phổ biến gần đây cho dạng bài toán này được xem xét so sánh bao gồm: bản nâng cấp thuật toán tiến hóa vi phân (EpDE), bản nâng cấp thuật toán tối ưu va chạm giữa các vật chất (ECBO), kỹ thuật tìm kiếm hài hòa (HS) và thuật toán Rao. Một khung thép phẳng 5 tầng được tối ưu với hàm mục tiêu là tổng khối lượng và điều kiện ràng buộc cả về khả năng chịu tải và về chuyển vị lệch tầng. Kết quả tính toán cho thấy, thuật toán EpDE không chỉ tìm kiếm được kết quả tối ưu tốt nhất mà tốc độ tối ưu cũng tốt nhất trong bốn thuật toán. Từ khóa: khung thép, phân tích phi tuyến, thuật toán metaheuristic, tối ưu. Chỉ số phân loại: 2.1 Đặt vấn đề toán tối ưu khung thép được chú trọng. Một số thuật toán nổi bật có thể kể đến như: bản nâng cấp thuật toán tối ưu va chạm giữa Kết cấu khung thép được ưa chuộng sử dụng hiện nay nhờ vào các vật chất (enhanced colliding bodies optimization) (ECBO) do ưu điểm kết cấu thanh mảnh, khả năng chịu lực cao, thời gian thi công nhanh và có thể sử dụng lại. Chính sự phổ biến đó của khung Kaveh và Ghazaan (2015) [12] đề xuất dựa trên định luật về va thép đã thu hút sự quan tâm nghiên cứu rộng rãi của các nhà khoa chạm một chiều giữa hai vật thể trong vật lý; bản nâng cấp thuật học, nhằm mục tiêu tăng cao hơn nữa hiệu quả và khả năng làm toán tiến hóa vi phân (differential evaluation) (DE) do Trương và việc của loại kết cấu này. Cụ thể, trong tính toán khung thép, các Kim (2018) [13] đề xuất dựa trên việc ứng dụng kỹ thuật đột biến kỹ thuật tính toán hiện đại sử dụng phân tích trực tiếp được áp ‘DE/pbest/1’, trong đó cá thể mới tạo thành chịu sự ảnh hưởng của dụng ngày càng nhiều nhằm có thể mô phỏng chính xác hơn nữa cá thể tốt trong tốp p% của quần thể. Kỹ thuật này vì thế được đặt ứng xử thực tế của kết cấu khung thép, đặc biệt là vấn đề về phi tên là EpDE. Ngoài ra, kỹ thuật tìm kiếm hài hòa (harmony search tuyến hình học và phi tuyến vật liệu [1-6]. Trong thời đại ngày nay, - HS) cũng được nhiều nhà khoa học sử dụng do đặc tính cấu tạo giá vật liệu thép trong xây dựng ngày càng tăng cao, do đó hướng của giải thuật này rất phù hợp cho bài toán tối ưu với biến rời rạc nghiên cứu thiết kế tối ưu cũng thu hút sự quan tâm rất lớn của như tối ưu khung thép [14]. Thuật toán Rao [15], một trong những cộng đồng khoa học, nhằm tối thiểu hóa chi phí xây dựng trong thuật toán metaheuristic mới nhất hiện nay, cũng là một lựa chọn khi chất lượng công trình vẫn được đảm bảo. Tuy nhiên, đây là thú vị. Đặc điểm của thuật toán này là đơn giản trong áp dụng, yêu bài toán thiết kế có độ phi tuyến cao, trong đó các biến được xem cầu rất ít tham số hệ thống nhưng tỏ ra khá hiệu quả trong nhiều là các tiết diện ngang của các phần tử. Các biến này thường được dạng bài toán tối ưu hóa khác nhau [15-17]. chọn rời rạc từ một danh sách các mặt cắt cho trước sao cho thỏa mãn tất cả các điều kiện ràng buộc về thiết kế, được quy định trong Như đã đề cập ở trên, bài toán tối ưu khung thép phi tuyến các tiêu chuẩn và tổng giá thành hoặc tổng khối lượng của khung là một bài toán phức tạp. Do đó, việc lựa chọn được một thuật thép là nhỏ nhất. Một số nghiên cứu điển hình về tối ưu khung toán phù hợp là rất quan trọng. Trong bài báo này, bốn thuật toán thép có thể tham khảo trong các tài liệu [7-11]. Do tính phi tuyến metaheuristic EpDE, ECBO, HS và Rao sẽ được so sánh khả năng cao của bài toán tối ưu khung thép, thuật toán metaheuristic được của chúng trong việc tối ưu hóa khung thép. Hàm tối ưu là tổng ưa chuộng sử dụng hơn các thuật toán tối ưu trực tiếp khác. Điểm khối lượng của khung thép, trong khi điều kiện ràng buộc bao gồm nổi bật của các thuật toán này là tạo ra sự cân bằng trong việc tìm điều kiện về khả năng chịu tải theo trạng thái giới hạn cường độ kiếm các nghiệm thiết kế tối ưu cục bộ và toàn cục, qua đó có thể và khống chế về chuyển vị theo trạng thái giới hạn sử dụng. Một tìm kiếm được thiết kế tốt nhất có thể. Trên cơ sở đó, việc xây khung thép phẳng 5 tầng với 15 biến thiết kế được xem xét để so dựng và cải tiến các thuật toán metaheuristic hiệu quả cao cho bài sánh, đánh giá hiệu quả của các thuật toán tối ưu này. * Email: hunghm@nuce.edu.vn 63(6) 6.2021 28 Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ ...