موازی سازی الگوریتم کلونی مورچگان در طراحی شبکه گسسته حمل و نقل

طراحی شبکه گسسته حمل ونقل عبارت است از انتخاب زیرمجموعه ای امکان پذیر از پروژه ها (بزرگراه ها)ی پیشنهادی در یک شبکه حمل ونقل به منظور کمینه سازی زمان سفر کل کاربران شبکه. این مساله در رده مسائل NP-Hard است که هیچ الگوریتم موثری برای حل دقیق آنها در مقیاس بزرگ وجود ندارد. ازاین رو بیشتر مطالعات انجام گرفته، به منظور یافتن جوابی نسبتا خوب در مدت زمانی معقول، از طریق رویکردهای ابتکاری و فراابتکاری به مساله پرداخته اند. اما راه دیگری که همچنان برای افزایش سرعت رویکردهای حل مساله وجود دارد، محاسبات موازی است. مقاله پیش رو، به بررسی کاربرد محاسبات موازی در یک الگوریتم فراابتکاری در مساله طراحی شبکه گسسته حمل ونقل می پردازد. در این مقاله، یک الگوریتم موازی کلونی مورچگان، بر مبنای مطالعه پورزاهدی و ابوالقاسمی، با الگوی موازی سازی ارباب-کارگر پیشنهاد می گردد. برای مطالعه موردی، شبکه حمل ونقلی خلاصه شده شیکاگو با ۱۶ پروژه پیشنهادی درنظرگرفته می شود. نتایج موازی سازی بر روی خوشه ای از ۸ هسته پردازشی نشان دهنده آن است که الگوریتم های موازی می توانند ظرف مدت زمان ۴۰۰۰ ثانیه به جواب هایی با کیفیت بالا دست پیدا کنند، درحالی که همین دستیابی برای الگوریتم های تک هسته ای در مدت ۱۰۰۰۰ ثانیه اتفاق می افتد. از سه اجرای موازی، در دومورد الگوریتم موازی کلونی مورچگان به جواب دقیق مساله دست می یابد، و در مورد دیگر به جوابی با ۰۷/۰ درصد خطا همگرا می شود. عملکرد موازی الگوریتم کلونی مورچگان، همچنین با الگوریتم شاخه وکرانه مقایسه می شود. این مقایسه نشان می دهد که الگوریتم موازی شاخه وکرانه به بیش از ۳۲۰۰۰ ثانیه زمان اجرا برای یافتن جواب دقیق مساله نیاز دارد، درحالی که الگوریتم موازی کلونی مورچگان عملکرد بسیار سریع تری را نشان می دهد.

کلیدواژه ها:

Transportation Discrete Network Design ، Ant colony algorithm ، Parallel Computing ، Master-Worker Paradigm ، طراحی شبکه گسسته حمل ونقل ، الگوریتم کلونی مورچگان ، محاسبات موازی ، الگوی ارباب-کارگر