TELKOM NIKA , Vol. 11, No. 6, June 20 13, pp. 3187  ~ 319 3   e-ISSN: 2087 -278X           3187      Re cei v ed  De cem ber 2 8 , 2012; Re vi sed  April 3, 2013;  Accept ed Ap ril 18, 2013   A Personification Heuristic Genetic Algorithm for  Digital Microfluidics-based Biochips Placement      Jingsong Ya ng  Institute of Disaster Preventi o n Sci enc e an d T e chnolog y, S anh e, Chi n a   e-mail: ya ngj in gson g@ci dp.e du.cn       A b st r a ct   A person i ficati on he uristic  Genetic Alg o ri thm is esta bli s hed for the  place m ent o f  digit a l   micr oflui d ics-b a sed  bioc hi ps, in w h ic h, the  p e rson ificatio n h euristic a l g o rith m is  used to c o ntrol the  packi n g   process, w h ile  the gen etic alg o rith is desi g ned to be us ed  in multi- ob je cti v e p l ace m ent r e sults  opti m i z i ng.   As an exa m pl e ,  the process  of micr oflui d ic  mo du le p h ysic a l pl ace m ent  i n  multip lex ed i n -vitro di ag nos tics  on  hu ma phy siolo g ic al fl ui d s  is si mul a ted.  T he  exper i m ent res u lts sh ow  that  p e rso n ificati on he uri s tic  gen etic a l g o rit h m ca n ac hi e v e b e tter resu lts in  mult i- obj ective  opti m i z ation, c o mpar e to th para l le l   reco mbi nativ e simulat ed an ne alin g al gorit hm.      Ke y w ords : pe rsonific a tion  h euristic a l gor ithm , g en etic a l gorit hm , d igit al microfl u id ic s-base d   bi ochi ps plac e m ent      Copy right  ©  2012 Un ive r sita s Ah mad  Dah l an . All rig h t s r ese rved .       1. Introduc tion  Digital mi crofluidics-ba sed   biochip s , whi c are  wi dely  used in  mo re an d mo re  different  fields, su ch  as an alytical  chemi s try, clini c  diag no sis, biol ogy manufa c tory,  environm en tal  monitor,  and  military [1-3 ]. As bio c hip s  a r adopt ed for compl e x pro c e dure s  in  mole cul a biology, the  desi gn  compl e xity of digital micro uidi cs-ba s e d  bio c hip s  i s  expe cted to in cre a se   due to the need of multiple and co ncu rre nt assays   on a biochip.  The internati onal tech nolo g road map  for semi con d u c tors (ITRS) cl early  point out that the integratio of electro-biolog ical   device s  i s  o n e  of the m a j o chall enge s of sy ste m  in tegration  bey ond 2 009. T h e pla c em ent  o f   digital mi crofluidics-ba sed   biochip s  i s  o n e  of th key p o ints i n  the   chip d e si gn, th roug whi c h  the  physi cal po sition of each bi och e mical an alysis op eration can b e  found with the  smalle st bio c hip  area  and th sho r test  com p letion. The  a l gorithm fo r th e pla c eme n t has  bee n pai d gre a t attenti on  by different grou ps. Su a nd Ch akrab a r ty presented  a uni ed  synthesi s  an d placement  ow  based  on  pa rallel recombi native si mula ted an neali n g .  They u s e d   the list - sch e d u ling  algo rith for sche dulin g and a g r ee dy place m ent  algorithm fo r physical pla c ement [4-6].  The pla c em e n t is   some ho w n o t  very com p acted  and  cannot m eet  a ll de sign  sp ecification s . While th e T - tree   formulatio n d e velope d by  Yuh etc. fro m  Taiwa n  Un ivers i ty [7, 8] shows  better res u lt s  with  a tree- based topol o g ical rep r e s e n tation, but the com p letio n  time is not  so goo d du e to the large   amount of cal c ulatio ns n e e ded an d that is time-con su ming.   The pla c eme n of  digital  microfluidi c s-based ch i p  i s  an  optimi z ati on of  multi-o b jective s In this article,  we combi ne  personifi catio n  heuri s tic al gorithm with  geneti c  algo rithm to solve the  placement problem.Th e  result s sho w e d  a better biochi p are a  and sho r ter  completion ti me,  comp are to the parall e l re combinative si mulated an ne aling algo rith m and T-tree.       2. The Place ment of Micr ofluidic-b as ed Biochips   The p r o c ed ure of the pla c ement of mi crofluidi c -ba s e d  bio c hip s  i s  sho w as  Fi gure  1.  There a r e  three in puts to t he pl acement  problem.  Th e first on e i s  t he  seq uen cin g  g r aph   = { V E } that rep r e s ent s the  p r o t ocol  of a  bio a ssay, where   = { v 1 v 2 , .  . . ,  v m }   r e pr es e n t s  a se t o f   assay ope rati ons a nd  = {( v i   v j   ), 1    i   m } denotes the data  depen den cie s  between two  assay ope rati ons; i.e., the  pre c ed en ce constraints We may need  at most one  stora ge u n it for  each edge in   to store the interme d i a te data betwee n  two da ta-dep end ent  operatio ns .  The   se con d  one i s  the microflu idic mod u le li bra r y that co ntains the b a s ic mo dule s  for bio c hip s . Each  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               e-ISSN: 2 087-278X   TELKOM NIKA   Vol. 11, No. 6, June 20 13 :  3187 – 3 193   3188 basi c  mo dule  is ch ara c te rized by its fu nction ality  (i.e., mix, dilution, etc.) an d  param eters  (i.e.,  width, heig h t, and ope ratio n  duratio n). T he third on e is the de sign  spe c ification, inclu d ing:    ( 1 ) th e  fixe d ar c h itec tur e   (su c h as  10 ×1 0 a r r a y) a n d  limite d  ass a co mp le tio n  time  (s uc h   as 36 0 se co n d s)    (2) th e maxi mum nu mbe r  of instan ce for ea ch type  of non -re co nfigura b le d e vices(su ch   as dete c tor a nd dispen sin g  ports); t hat is, the re sou r ce con s trai nts.    The pla c e m e n t of module s  on the  microfluidic a r ray can  be mo de led a s  a 3 - packin g   probl em. Ea ch mi croflui d ic mod u le i s   re pre s ente d  by  a 3 - D b o x, the b a se of  which  de note s   the  recta ngul ar  a r ea of the  m odule  and th e heig h den otes the tim e -span  of its operation. T h e   microfluidi c  b i ochi p pla c e m ent can n o w  be  view ed  as th e p r obl em of pa ckin g these b o xe s to  minimize the total base a r e a , while avoid i ng overla ps.         Figure 1. Pro c ed ure of the  Pl acem ent Problem of Biochips      3. Personific a tion Heuristic Genetic  Algorithm   Personificatio n  heuri s tic  g enetic al gorit hm is form ul ated ba sed  on the sim u l a tion o f   natural  optim ization  law,  whi c ha s some a d vant a ges of  solvin g the  optimization of th 3-D  packin g  pro b l e ms, e s pe cia lly when for t he large-sc al e pro b lem s  with great com p lexity. In order  to obtain a more comp act  placement la yout, we  com b ine the pe rsonificatio n  he uristi c algo rithm  with the gene tic algorithm.  Personificatio n  heuri s tic  al gorithm is u s ed to control t he placeme n t o f   the modul es,  and the n  o p timize the  p l acem ent re sults of the m u ltiple obj ecti ves by ge net ic  algorith m  in orde r to achiev e the goal of smalle st  microfluidic a rray  area a nd sho r test completi on  time. The ke y points of g enetic  algo rithm are t he d e sig n  of en coding  and th e sel e ctio n of  the  fitnes s  func tion [9].     3.1. Personification Heuri s tic Algori t h m   As we kno w , the efficien cy  of perso nificati on he uri s tic ap plication  wa s firstly proved on   the three - dim ensi onal p a cking problem [ 10]. In the co nstru c tion  of building s , workers al way s  set  a b r ick  as the  refe ren c e  of  height  wh en  wall s a r e   built . The  heig h of othe r b r icks  can not ex ceed  that of the  ref e ren c e  b r ick  until no  othe r bri c can be   build   in, whe n   ne w height referen c e bri c need to be  set. In addition, this enligh t ens the re searche r s to set “referen ce bri c ks” i n  both   hori z ontal  an d vertical  dire ction s  a s  the  guide of  the  module  pla c ement in di gital microfluidi c s- based  bio c hi ps. T he  po sitions of di gital  microflu idi c  module s  ca n be re corded  and  fo und   by   the  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TEL K   P refer e plac e micr o lines . 3.1.1 dime widt h must  we d coo r d archi t digit a impl e will  b thus  sup p o ( l 1 , 0 point  of th micr o the p z ) ad 3.1.2 on t h coo r d set  i n Our  m to th e coo r d coo r d can  b mod u posit i Plac e posit i way s hori z o K OM NIKA    P ersonifi ca ti o e n c e po inte d e ment re sul t o fluidi c mod u .     . Selection  o A s sh ow n ns io na l c o o r h , height  as  x be as cl ose  es ig ne d a   m d in ates o f  th e       Figur     The sta r t t ectu re -l evel  a l mi crof luid e me ntation  a b l i w i h i T th e second  o se t he se c o , 0) s h ould  b  ( l 1 +  l 2 , 0,  0 e th ree   po s o fluidi c mod u o s sible  posi t ded, sho w   . Calibratio n In the pl a h e total  c o m d in ates o f   th e n  the pla c e m m o dule plac e e  sche du ling  d in ates i n  in c d in ates i n  in c b e locate d i n u le  b i   wit h  o t i on  ( x y z ) , e  th e m odu l i on s ;  if no   p s (1) If  L x < o ntal ref e re n o n Heu r isti G d  set befor e t s ne ede d   a u le s ca n be  f o f Place me n n  in  Figure  2 r din a tion, in  w x ,  y,  z,  re s p e c as  po ss ib le   m ethod to r e e  bottom are e 2. Coo r din ing and  en d  sched uling , ic module  a t time  t =0,  t h T he firs dig i on e  c an  b e o n d  digita m b e del ete  fr o 0 ) and   (  l 1 ,  w 2 s itions: (0,   w u le located i n t ion collectio in Figu re  3.  n  of the  Ref e a cem ent lay o m pl etion ti me e  maximum  l m ent layout:  t e ment po lic y seque nces, c re asin g or d c rea s ing or d n to one of th t he r m o d u le ,   and  in t he  l bi into  t h p ositio n av ail < L , then in c n ce m odul e,  a e-I G eneti c  Alg o e h and i n  t h a s in other  f ini s he d with n t Point   2 , the  microfl w hi ch th u p c tively. Bas e to the axis  o e co rd the p o  used a s  th e ate Syste m ing ti me of  e ,  namely th e with the  s h e length  of  i tal microflui d e  located i n t o m icrofluidi m o m the po ssi 2 , 0) ne ed t o w 1 , 0)  ( l 1 + n to pos i tion  ( n of  mod u l e ren ce Li n e o ut of  digital   and th e ar l ength, wid t h t he referen c y  is determi n  for the  mod d e r , an d th d e r ; then, m a e locat i o n s s in the  sa m me antime ,   t h e firs t pos s able, adj ust m c re as e th e   r a nd if  L y < L,   i SSN: 2087 - 2 o rithm for Di g h e pla c em e n design s . T h  much m o r e uidi c modul e p per left cor n e d on the ex p o f co ordinat i o o int that c a e  c o or d i na te s e ach d i gital  m e  po sition o f ched uling  s digital micr o d ic modul c o  the two  p m odule cho o s ble p o sitio n s o  be  ad ded  s +  l 2 , 0, 0)  a ( x y z ), t h e n i +1, an d a n o e   microfl u idic - ea of  micro f h , height ha s c e line  L y  for  ed a s : plac e ule  b i , firs tly locations wi a ke the ju d g s orte d. Note m e coo r di n a t t he conditio n s ib l e  po s i ti o m ent can  b e r eferen ce lin i ncre ase the  2 78 X g ital Microflu i n t procedu r e h us, the w h  flexibilities  b e s of th e bio n er of th e bo p erie nces, t h o n, or to the  be placed  i s  of the digit a   Figure 3. m icroflui dic  m f  the modul e s eque n ce o f o fluidic mo d u c an b e  pl ac e ossibl e po si s e the point  s  lis t for the  t o that the  th a nd (  l 1 ,  w 2 n  po s i tion  ( x , o ther t w po s - ba se d b i oc h f luidic array s  their limits.  y -axis a nd  e  the digital  m ,  the possibl e th s a me  y   c g e that if th e   that the int e t e plate  mu s n  of  y + w i ′≤   L n and  upd a e  perfo rmed  e of  x- axis , refer e n c e li n i di cs-b ased . e  and  no  s h ol e place m b y the  s e ttin chip is  emb e tt o m  s e t  as   h e current m o last module  i n w h ich  th e a l microfluidi c   Available  P m o dule s  are  e  on the  z -a f  ( b 1 b 2 u le  b along t h e d in  th e po i n tions : ( l 1 , 0 , of ( l 1 , 0, 0) t hird mo dul e ird module  c , 0).  There f ,   y z ) need   t s itions ( x + l i h ip s ,  th er e a r s , i.e. the t h T herefo r e,  t w the  L x  for  x - m icroflui dic  m e  locations  a c oordi nate a r e  digital mic r e rse c tion of  s t be  avoid   w L y x + l i ′≤   L x   a te the coll e i n  either of   and set t h n e o f   y -ax i s.     ..  (Ji ngsong  s pe cia l  r e qu e ent  of the  g  of the  ref e e dd ed into  a o r igin, and l e o dule to be  p pla c ed , th e r e  u pper-left  c c  modules.   P oint de te r m ine d   xi s. Suppo s b n ) sta r h x,  y,  and  n t of  (0, 0,  0 ,  0)  o r  (0,  w , t h en the p o e , and  an oth e c a n  be  put in t f ore, if the  t o be del e te d y z ) a nd  ( x r e m a ximu m h ree –dim e n w o  refer e n c e - axis , r e s p e c m o dule s  acc o a re s o r t ed b y r e  so rted by  r ofluidic mo d dig i tal micr o w he n lo cat e m u st  b e   sa t e ction of p o the followi n h e modul e   a Yan g 3189 e st  o f   digital  e re nce   three  e ng th p laced   r efo r e,  c or ne r   by its   e that  r ts its   z -axis  ), a nd  w 1 , 0),  o int  o f   e r t w t o on e   digi tal  d  from  y + w i  limits   sio nal  e  lines  c tiv e ly.   o rdi n y  the  y   the  x   d ul b i   o fluidic   e d in t o   t isfi ed.  o ss ible  n g two  a s t h Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               e-ISSN: 2 087-278X   TELKOM NIKA   Vol. 11, No. 6, June 20 13 :  3187 – 3 193   3190 (2) If there i s   still no  po sitio n  availabl e fo the m odul after the  refe rence line  in creased,  postp one  the   operation  of t he di gital mi crofluidi c  m o d u le a n d  put th e d r opl et into  the sto r a ge  u n it  temporarily, and pro c e s s wi th priority wh en  sp are p e ri od available f o r the ope rati on.      3.1.3. Perso n ification  He uristic Algor ithm Flo w   In con c lu sion , 3D-pl a ce m ent algorith m  pro c e ss i s  given, the algorithm in put  is an  orde rly digital  microfluidi c   module  set B  = { b 1 b 2 ,... ,  b n }, whe r T  rep r e s ent s sche duling  en d   time of digital  microfluidi c   module s I  re pre s ent s o r d e rly pla c poi nt set. When  I  is up dated,  we  sho u ld  ke ep t he o r d e r of I  element s. If the  cu rre nt  di gital  mi croflui d ic mod u le can  b e  placed,   the   symbol  flag =1, otherwise the  flag =0. Th e time of placement is  t , which i s  mainly  used to find t he  moment  ne ed to  sta r t o f  the layout   of the m odul e. The  flow  of pla c eme n t  algo rithm i s  as  follows   3D- pla c em en ( B ).   I = { (0,0,0)} L y = L x =0 t =0;   for  t = 0  to  T and  B  not null   n = the nu m ber of sche du ling digital mi croflui d ic m o dule on  t  moment    for  i = 1  to    flag =0;    for ( x y z )   if  b i  can be pl ace d  at ( x y z ), and  x + l i ′≤ L x y + w i ′≤ L y , then   {  flag = 1 , exit; }  if   flag =0, then   if  L x =0 or  L x = L then   if  b i  can be pl ace d  at (0,  L y ), then   x =0,  y = L y flag =1,  L y = L y + w i L x = l i ; }  else if  L y < L , t hen    L y = L L x = L i = i 1; }              els e    { for ( x , z ) and  x = L x y =0   if  b i  can be pl ace d  at ( x y z ) an y + w i ′≤ L y , then   {  flag =1,   L x = L x +  l i , exit }   if   flag =0, then   L x = L i = i 1; }}   if   flag =1, then   { pla c b at ( x y z ),  I = I /{( x y z )}, trans late  b i  al ong the x a n d  y coo r din a te in  decrea s e  o r d e r, keep  the t r an slation  co ordin a tes ( x y z ),  I = I {( x +  l i y z ), ( x y +  w i z ) ;  }}  add on e to  z  coo r din a te an z I delete the already layout n ode form  B  ;  move forward  the back nod e.}     3.2. Encoding  The en codi ng  of genetic algorithm in thi s  pape  con s ists of three p a rts for the re sou r ces  bindin g , sche duling a nd pl acem ent, re spectively, whi c h dete r min e   the start time  and en d time  o f   each o peration, pe rform   the di stributi on a nd  placement fo r th e op eratio ns nee ded  on  the   microfluidi c   a rray s such as mixing o peratio ns,   st orag e ope rat i ons, dilution   ope ratio n s and  observation [ 11]. Each ch romosome  co nsi s ts of  k+ m+ ge ne s, and each gene  g( i ) (0,1 )(  i (1,   k + m + n )) re prese n ts the  priority of the o peratio n, wh e r k  represen ts the n u mbe r  of resource bindin g m  re pre s ent s the  numbe r of to tal ope ration s,  n   rep r e s en ts the n u mbe r  of op eratio ns  need  to b e  pl ace d , which  mean s th e di gital mi croflui d ic  modul wi th high er pri o rity will  be  pla c ed   firstly in the queue.         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   e-ISSN:  2087 -278X       A Personifi ca tion Heu r isti c Geneti c  Algorithm  for Digital Microfluidi c s-b a sed ...  (Ji ngsong Yan g )   3191 3.3. Fitness  Function     In order to evaluate the  quality of  the pl aceme n t  layout,  the optimization  of two   para m eters n eed to  be   co nsid ere d , the  sm aller a r ea  of the  mi crof luidic array s   and th sho r t e compl e tion ti me [12]. Thi s  is  a typica l multi-obje c ti ve optimizati on issu e. In this arti cle, the  adaptatio n values a r e obta i ned thro ugh  the adaptive  weig hts meth od, in which the weig hts a r adju s ted a ccordin g to the  adaptatio n o f  current g e n e ration to  a c quire th sea r chi ng a b ility of  positive direction, and the  valuable informatio of curre n t popul ation is u s ed  to readju s t the  weig hts in ea ch gen eratio n. The sele ctive powe r   of this method i s  in betwe en  of fixed-wei ght  method  and  the rand om  weight meth od.  For a  given  chromo som e   x the fitne s function  of  se lf- adaptive weig ht is as follo ws:                                                                                                                        (1)                                                                                                                        (2)                                                                                                                                           (3)  Whe r A ( x ) a nd  T ( x den ote the area of  microfluidic  array with a  given ch rom o some  x   and the total  compl e tion t i me;  A ma x  and  A min  are th e maximum  and mini mu m values  of  the   placement l a yout area  of  cu rrent p o p u lation;  T max  and  T min  are  the m a ximu m an d mini mum  values of the  compl e tion time of  all operations in  current popul atio n.    3.4. Algorith m  Implementation   The main  ste p s of the pe rsonificatio n  he uristi c gen etic algorithm a r e  as follows:   Step 1  : Initialization  o f  genetic  pa ramete rs:  se t the initial  popul ation  si ze a s  Po pSize;  here d itary ge neratio n a s  G n ; cro s sover prob ablity as P c ; the ratio of chromo so me copi ed directl y  to next generation a s  T O P;  the ratio of new individual s gene rated  rand omly as  BOT;  Step  2   : g enerate Pop S ize initial p o ssi ble  solu tio n  with the  pri o rity-ba s e d  e n co ding m e th od,  set  k = 1 k is the initial searching number);  Step  3    : d e co de ea ch  chromo som e : perform the  heuri s tic d e coding for the  first k gene s to   determi ne th e area  of mi croflui d ic arra y and  com p l e tion time;  sort the fi rst  k+1 to  k+m+1  gene s to determi n e  the sched u ling ord e r a n d  cal c ulate th e start time, end  time of ea ch  operation a n d  the total ti me s pent T ( x) by all the  o peratio ns und er the   con d ition s  of resou r ce co nstrai nt; plac e all the op eration s  u n d e r the  sched ulin g   orde r u s e d  the pe rson ification h e u r istic alg o rit h m to o b tai n  the pl ace m ent  coo r din a tes a nd the are a  o f  each op erati on A(x).   Step  4     :  cal c ulate t he  weig ht of self-fitness w 1 w 2 co nvert the target val ue of the current  popul ation int o  the fitne s s functio n  value ,  and  so rt the  ch rom o some s in  de scendi ng   orde r a c cordi ng to the fitness functio n  va lue, save the be st fitness fun c tion v a lue  into f(x), and the be st chro moso me into  Placem ent   Step  5     : judge th e end ing condition,  if the  con d ition met, go to  step 1 1  (the  endin g  condit i on   here i s  k Gn;  if not, go to  the next step;   Step  6   : g enerate ne individual s u nder t he  cro s sover  pro b a b ility Pc, the quantity of n e individual s is  PopSize × 1-TOP-BOT );   Step   7      : generate PopS ize × BOT ne w indivi duals a c cordi ng the  codi ng pri n ci ple ran domly;    Step   8      : perform T opol ogical so rt an d evaluation f o r the ne w in dividual s gen erated;    Step  9      : sort the PopSize×T O P chro moso me of the gene ration  k together wi th the new on es  by Fitness fu nction value i n  increa sing  orde r, save the best into the Placem ent , and   save the fitne ss valu e into Placefun ction ;   Step  10    : Set k=k+1, go to step 5;   Step  11    :  Output the op timized Pla c e m ent, algorith m  ended.            x T w x A w x f 2 1 min max 1 1 A A w min max 2 1 T T w Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               e-ISSN: 2 087-278X   TELKOM NIKA   Vol. 11, No. 6, June 20 13 :  3187 – 3 193   3192 4. Results a nd Analy s is  In ord e r to  e v aluate the  p e rform a n c o f  the  pe rsonif i cation  heu ri stic ge netic  al gorithm  (PHGA ) , a  si mulation  exp e rime nt ba se d on th e m u lt iplexed in -vitro diag no stics wa ca rrie d   out  unde r the e n v ironme n t of Visual  C++ a s  de scrib ed i n  refe ren c e [ 5 ] with the al gorithm fo rm ulated   here.   For th e mult iplexed in -virto diag nosti cs, we u s ed  the  same   desi gn  spe c i f ication s   (re so urce  constraint) a s  Su and  Cha k raba rty [5]. We assume d th at there i s  one   reservoi r/disp ensi ng port   for ea ch  type   of sampl e s and re agent and   on e opt ical dete c tor for   each en zyma tic assay. First, we a s sum ed that no  de fective cell s e x ist. Table 1  summ ari z e s  the   result of the multiplexed i n -vitro  dia gno stics. Com p a r ing with tho s e obtaine d in  refere nce [5], in   whi c h the Pa rallel recombi native simul a ted anne aling  algorithm  (P RSA) were  u s ed in th e three   experim ents,  the result s by personification heu risti c  geneti c  al gorithm (P HGA) sh ow g r eat  advantag e in completio n  time and the biochip ar ea.  Column 1 li sts the type of sample s a n d   reag ents u s e d  in  ea ch  exa m ple: S 1 : blo od pl asm a , S 2 : blood  seru m, S 3 : emicti on, S 4 : saliva; A 1 glucose in sp ection, A 2 : lactic  aci d   salt i n spection, A 3 : pyruvic acid salt  inspection, A 4 : g l u t amine  insp ectio n . For ea ch exa m ple, we ap plied thre e different desi g n spe c ificatio ns, as liste d  in   colum n  2. For instan ce, an  experim ent with the scal e  of 9×9 × 10 0 mean s the m a ximum valu es of  the bottom  coordi nate p r o j ection  of  and  y  a r e 9,  and the l o n gest  com p letion time of t he  experim ent is 100  se con d s . We  re po rt the re sult ing  area   (centim eter) and co mpletion  time   (in   se con d s) use d  the algorith m  PRSA and  PHGA. As  shown in this table, PHGA  can meet al desi gn spe c ification s  while  PRSA can n o t. More imp o rtantly, PRSA requi re s la rge r  ba sal a r ea  and lon ger  co mplete time than ou r algo ri thm.   Figure 4  sho w s the  pla c e m ent result  of the exa m ple 1  sho w n  in T able  1  with the  9×9 × 1 00 de si gn sp ecifi c ati on.      Table 1 .  Co m pari s on Expe rimental  Re sult  Description Design  Spec.  PRSA PHG A   Basal  Area () cm   Complete  Ti me () sec   Basal  Area () cm   Complete  Ti me () sec   Example 1: S 1 , S 2 , S 3  and S 4  are  assay e d w i th  A 1 , A 2 , A 3  and A 4   9×9×100  8×8×120  7×7×140  9×9  10×9  9×9  98  117  126  9×8  7×5  4×5  74  102  106  Example 2: S 1 , S 2  and S 3  ar e   assay e d w i th  A 1 , A 2 , A and A 4   8×8×100  7×7×120  6×6×140  8×8  7×9  7×8  98  112  150  7×5  4×5  4×5  71  83  77  Example 3: S 1 , S 2  and S 3  ar e   assay e d w i th  A 1 ,A 2  and A 3   7×7×80  6×6×100  5×5×120  7×7  6×8  5×8  79  93  120  6×6  5×5  4×5  48  58  54            Figure 4.   The  3D View of the Place m ent  Result of the Example 1 with the 9×9 × 1 00 De sig n   Specification   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   e-ISSN:  2087 -278X       A Personifi ca tion Heu r isti c Geneti c  Algorithm  for Digital Microfluidi c s-b a sed ...  (Ji ngsong Yan g )   3193 5. Conclusio n   The pla c em e n t of digital microfluidi c s-based  bio c hi ps is  a three  dimen s ional  packing   optimizatio n probl em  fo r multiple  o b je ctives. In thi s  p ape r, a  p e rsonification  heu risti c  g e netic  algorith m  ba sed on th e ide a  of thre e di mensi onal   pa cki ng p r obl e m s i s  form ula t ed, of whi c the  desi gning p r oce dure and  the CAD si mulation are  al so provide d . From the results, it ca n be   found that th e optimi z atio n of the  com p letion time   and bi ochip  area  a c hieve d  by the al go rithm   make th e fou ndation  of the studi es  on  placement of  defect - tolera nt digital microfluidic  bio c hi ps  establi s h ed, and in the  meantime, th e algo ri thm can al so b e  used in m any other th ree   d i me ns io na l p a c k i ng  p r ob le m.      Ackn o w l e dg ments   This  work was fund ed b y  he teache rs' scie nt ific rese arch fund  of china e a rthqua ke   admini s tratio n (G ra nt No.  201 1012 1);  the Seismi c t e ch nolo g y sp ark pla n  fou n dation of  Chi n a   unde r (Grant  No. XH120 76 ); sp eci a l fun d  of fund ame n tal scientific re sea r ch b u s ine s s expe n s for hig h e r  school of  ce ntral gove r nme n t  (proje cts fo r creation  tea m s) (G ra nt No. ZY201 101 04).  This  supp ort s  are gratefully ackno w led g e d .       Referen ces   [1]  Hull  H. Smal lp ox  an d b i oterro rism. Publ ic-he a lth R e spo n se s.  Labor atory a nd C lin ical M e dicin e . 2 003;  (142) 4: 221 –22 8.  [2]  Z eng  XF , Yue  RF , W u  JG,  et al. Cre a ting  Liq u id  Drop le ts b y  El ectro w etting-b a se d A c tuation fo r   Digita l  Microfl u i d ics-bi och i ps.  Sci Chi na Tech  Sci . 2006; 36( 1):105 –1 12.   [3]  Yang  JS, Z u o   CC, Li an  J, et  al. Dro p l e t Sch edu lin g Al gor ithm for D i g i tal  Microflui d ics-b a sed  Bioc hi ps .   Journ a l of Jili n Univers i ty (Eng ine e rin g  an d T e chn o lo gy Editi on) , 200 7; 37(6 ) : 1380-1 3 8 5 .   [4]  Srinivas an V,  Pamula VK, F a ir RB. A n  Int egrat e d  D i git a l  Microflu idic  L ab-o n -a-C hip  for Cl inic a l   Diag nostics o n  Human Ph ys io logic a l F l u i ds.  Lab C h ip . 2 004 ; 4(4): 310– 315 [5]  Su F ,  Chakrabart y  K. Mod u le  Plac eme n t for F ault-T o lerant Micro u i dics-Bas ed Bi ochi ps.  ACM   T r ansactio n s o n  Desi gn Auto mati on of Elect r onic Syste m s .  2006; 1 1 (3): 6 82– 71 0.  [6]  Su F ,  Chakrabart y  K.  Unifi ed Hig h-L e vel  Synthesis an d M odul e Pla c ement for Defect-T olera n t   Microflui d ic Bi o c hips . 42 nd D e sign Autom a tio n  Confer enc e.   Califor ni a. 200 5; 49: 825- 830.   [7]  Yuh PH, Yang CL, Chang YW.  Place m ent of Digita l  Micro uid i c Bioch i ps Usi n g the T - tree  Fo rm ula t io n . 4 3 rd Des i gn Aut o matio n  Conf e r ence. San F r a n cisco. 20 06: 4 –28.   [8]  Yuh PH, Ya ng  CL, Cha ng Y W . Placement  of Defect-T olerant Dig ital Micr o ui dic Bi ochi p s  Using th e   T - tree F o rmula tion.   ACM Jo ur nal  on E m ergi ngT ech nol og ie s in C o mputi n g  Systems . 2007; (3)3: 13– 45.   [9]  Hog a  S, In dra  SW . Desi gn   Simulati on  Pro g ram  of Ru n w a y  C apac it y U s ing  Gen e tic  Algorit hm a t   Soekar noH atta Internation a Journ a l of El e c trical  an d C o mp uter En gin e e rin g  (IJECE) . 201 1; (1)2:  202 –2 12.   [1 0 ]   H a ng  D F , We i L J , Ch en  QS, e t  al . A  C o mb i n a t i o na l H euri s ti c Alg o r i t h m  fo r the  T h re e - D i m e n s i onal  Packing Problem. J ournal of S o ftw are . 2007; 18(9): 20 83 2 0 89.   [11]  Jafar M. A S t ud y o n  th Suitab ilit of  G enetic A l g o ri thm for Ad apt ive C h a n n e Equa lizati o n .   Internatio na l Journ a l of Electr ical  a nd Co mp uter Engi ne erin g (IJECE).   2012; (2)3: 28 5–2 92.   [12]  Xu eso n g  Y,  Qingh ua W .   An Improv ed   Genetic A l g o ri thm an d Its  Appl icatio n.   TELKOMNIKA  Indon esi an Jou r nal of Electric al Eng i ne eri ng.   2012; (10) 5: 1 081 –1 086.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.