I A E S  I n t e r n at io n al  Jou r n al  of  A r t if ic ia I n t e ll ig e n c e   ( I J - A I )   V ol 10 , N o.  1 M a r c h   2021 , pp.  157 ~ 165   I S S N 2252 - 8938 ,   D O I 10.11591/ ij a i. v 10 .i 1 .pp 157 - 165       157       Jou r n al  h om e page ht tp : // ij ai . ia e s c or e .c om   G e n e r al i z e d  swar m  i n t e l l i ge n c e  al gor i t h m s wit h   d om ai n - sp e c i f i c   h e u r i st i c s       P . M at r e n in 1 , V . M yas n ic h e n k o 2 , N . S d ob n ya k ov 3 , D . S ok ol ov 4 , S . F id an ova 5 , L . K ir il ov 6 , R . M ik h ov 7   1 Novosibirsk S tate Technical Universit y, Russia   2,3,4 Tver  State U nivers ity, Russ ia   5,6,7 Bulgaria n Acad emy of Sc iences,  Institute  of Inf ormation  and Communi cation T echnolog ies, Bulga ria       A r t ic le  I n f o     A B S T R A C T   A r ti c le  h is to r y :   R e c e iv e O c t   2 4 , 20 20   R e vi s e J a n   13 , 20 21   A c c e pt e F e b 1 6, 20 21       In  recent  years,  hybrid   approaches  on   population - based  algorithms  ar more   often applied in industrial settings. In this paper, we present the a pproach of a  combinat ion  of  universal problem - free  swarm  intelligence  (SI)  alg orithms  with simpl e deterministic   domain - specific heur istic algorithms. The a p proach  focuses  on  improvin efficiency   by  sharing  th advantages  of   d omain - specific heur istic and swarm a lgorithms. A heuristic a lgorithm helps take into  account  the  specifics   of  the  problem  and  effectively   tran slate  the  posit ions  of  agents (p article, an t, bee)  into  the  problem ' s solu tion.  And a   s warm alg orithm  provides  an  increase  in  the  adaptability  and  efficiency  of  the  approach   due  to  stochastic  and  self - organized  properties.  We  demonstrate  this  approach  on  t wo  non - trivial  optimization  tasks:  scheduling   problem  and  findi ng  the   minimum distance  between  3D isomers.   K e y w o r d s :   D om a in - s pe c if ic  he ur is ti c   J ob - s hop s c he dul in g   N a noc lu s te r s   P a r ti c le  s w a r m  opt im iz a ti on   P ot e nt ia e ne r gy s ur f a c e   S w a r m   in te ll ig e nc e   This is an  open  acce ss artic le unde r the  CC BY - SA   license.     C or r e s pon di n g A u th or :   P . M a tr e ni n   D e pa r tm e nt  of  I ndus tr ia P ow e r  S yppl y S ys te m s   N ovos ib ir s k S ta te  T e c hni c a U ni ve r s it y   N ovos ib ir s k 630073, R us s ia   E m a il m a tr e ni n.2012@ c or p.ns tu .r u       1.   I N T R O D U C T I O N   S w a r m   in te ll ig e nc e   a lg or it hm s   a r e   a ppl ie d   in   a lm os t   e ve r a r e a   of   s c ie n c e   a nd  e ngi ne e r in g,  s in c e   in   pr a c ti c e th e ha ve   s ho w th e ir   hi gh  e f f ic ie nc in   s ol vi ng,  f ir s of   a ll c om pl e r e a l - li f e   e ngi ne e r in g   opt im iz a ti on  pr obl e m s   [ 1 - 3 ] C om pl e opt im iz a ti on  p r obl e m s   a r e   unde r s to od  a s   hi gh - di m e ns io na li ty   pr obl e m s   w it a   la r ge - s c a le  c om pl e to pol ogy  of   th e   s ol ut io s e a r c s pa c e nonl in e a r   c r it e r ia   a nd  c on s tr a in ts .   A ls o,  th e s e   pr obl e m s   m a h a ve   m or e   th a one   obj e c ti ve   f unc ti on,  s to c ha s ti c   a nd   dyna m ic   pr ope r ti e s A   s c ie nt is w it a unde r s ta ndi ng  of   va r io us   s w a r m   a lg or it hm s '   m e c ha ni s m s th e ir   w e a a nd  s tr ong  s id e s   c a n   c r e a te   hybr id   a lg or it hm s c om bi ni ng,  a s   a   r ul e two  s w a r m   a lg or it hm s   or   s w a r m   a nd  e vol ut io na r a lg or it hm s I a ll ow s   a c hi e vi ng  a   s yne r gi s ti c   e f f e c t,   in c r e a s in th e   ove r a ll  e f f ic ie nc of   th e   r e s ul ti ng   hybr id   a lg or it hm   [ 4 ] .   T he r e  a r e  s e ve r a di r e c ti ons  f or  hybr id iz a ti on.   E a c a lg or it hm   in   th e   e ns e m bl e   w or ks   a c c or di ng  to   it s   o w r ul e s H ow e ve r th e y   us e   th e u s e   th e   ge ne r a popula ti on  of   a ge nt s   or   e x c ha nge   th e   be s t - f ound  s ol ut io ns f or   e xa m pl e a   hybr id   of   th e   P S O   a nd  th e   ge ne ti c   a lg or it hm   ( G A )   [ 5 ] P S O   +   di f f e r e nt ia e vol u ti on  [ 6 ] P S O   +   gr e w ol f   opt im iz e r   [ 7] P S O   +   bi oge ogr a phy - ba s e opt im iz a ti on  [ 8 ] T hi s   a ppr oa c doe s   not   r e qui r e   a   c ha nge   in   th e   unde r ly in a lg or it hm s T he w or in   pa r a ll e l,   e xc h a ngi ng  da ta ,   or   us in a   s h a r e ( pub li c )   popula ti on.  A s   a   r e s ul t,   th e   c om pl e xi ty   of   th e   a lg or it hm s   doe s   not   in c r e a s e th e   b a s ic   a lg or it hm s   c a b e   e a s il r e pl a c e d.  S im ul ta ne ous ly in   s uc h   a a ppr oa c h, t he  s yne r gi s ti c  e f f e c m a y b e  s m a ll  be c a us e  of  t he  w e a k i nt e gr a ti on of  a lg or it hm s  i nt o t he  s ys te m .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I S S N :   2252 - 8938     I nt  J  A r ti f   I nt e ll V ol 10 , N o.  1 M a r c h   20 2 1 :   157     165   158   A ddi ng  a   r ul e   or   s t a ge   of   upda ti n g   th e   pos it io ns   of   a ge nt s   f r om   a not he r   a lg or it hm   to   th e   m a in   a lg or it hm I [ 9 ] a   m ut a ti on  s ta ge   w a s   a dde to   th e   c la s s ic a l   P S O   a lg or it hm   a th e   e nd  o f   e a c it e r a ti on,   s im il a r  t o t ha in  G A ;  s im il a r ly , t he  m ut a ti on w a s  a dde d t o t he   gr e y w ol f  op ti m iz e r  i n [ 10 ] th e  s tu dy [ 1 1 ]  a ls o   a dde a   m ut a ti on  s ta g e   to   th e   P S O   a lg or it hm but   a c c or di ng  t th e   pr in c ip le s   of   th e   di f f e r e nt ia e v ol ut io n.  P a pe r s  [ 1 2 - 1 3 ]  de s c r ib e  P S O  w it h a n a ddi ti ona l  a ll ow a nc e  f or  p a r ti c le  a c c e le r a ti on, c a lc ul a te d u s in g f or m ul a s   f r om   th e   gr a v it a ti ona l   s e a r c a lg or it hm I th is   a ppr oa c h,  a   ne w   a lg or it hm   is   c r e a te d,  of te us in th e   pr in c ip le s  of  bot s w a r m  i nt e ll ig e nc e  a nd e vol ut io na r y c om put a ti on.    H ybr id   a lg or it hm s   w it a   hi ghe r   de gr e e   of   in te gr a ti on  of   th e   r ul e s   a nd  pr in c ip le s   of   ope r a ti on  of   two   a lg or it hm s   a r e   a ls pos s ib le F ir e F ly   +   P S O   a lg or it hm   [ 1 4 ] ,   P S O   +   a r ti f ic ia be e   c ol ony   a lg or it hm   [ 1 5 ] ,   P S O   a nt   c ol ony  o pt im iz a ti on  ( A C O )   [ 1 6] P S O   +   w ol f   pa c a lg or it hm   [ 1 7 ] T hi s   m e th od  a ll ow s   us   to   c r e a te   a n   a lg or it hm   th a c ons id e r s   pr obl e m s   f e a tu r e s   be in s ol ve d   a n c om pe ns a te s   f or   th e   s hor tc om in gs   of   on e   a lg or it hm   by  a ddi ng  pr ope r ti e s   of   a not he r   to   it N e ve r th e le s s th is   s ig ni f ic a nt ly   c om pl ic a te s   th e   c r e a te a lg or it hm   f or   s ol vi ng  th e   pr obl e m   a nd  s e le c ti ng  th e   he ur is ti c   pa r a m e te r s '   a lg or it hm I n   ot he r   w or ds th e   c om pl e xi ty  of  t he  hybr id  a lg or it hm  e xc e e ds  t he  s um  of  t he  c om pl e xi ti e s  of  t he  pa r ts  t ha le a ve  i t.   U s in m e ta - opt im iz a ti on  w he n   one   a lg or it hm   pe r f or m s   th e   s e le c ti on  of   p a r a m e te r s   of   a not he r   a lg or it hm F or   e xa m pl e in   [ 1 8 ] lo c a uni m oda s a m pl in w a s   us e to   s e le c th e   va lu e s   of   th e   P S O   a lg or it hm   pa r a m e te r s in   th e   a r ti c le   [ 1 9 ] th e   P S O   pa r a m e te r s   a r e   s e le c te us in G A in   [ 20 ] th e   A C O   pa r a m e te r s   a r e   s e le c te us in th e   ba c te r ia f or a gi ng  a lg o r it hm T hi s   a ppr oa c r e qui r e s   a   ve r la r ge   e xpe ndi tu r e   o f   c om put a ti ona r e s our c e s .   A e a c it e r a ti on  of   th e   a lg or it hm a ll   a ge nt s '   pos it io ns   in   th e   popula ti on  or   onl th e   be s a ge nt s   a r e   us e a s   a in it ia a ppr oxi m a ti on  f or   th e   lo c a s e a r c a lg or it hm . I [ 21] th e   uns tr in gi ng  a nd  s tr in gi ng  ope r a to r   w a s   u s e f or   th e   A C O   w it th e   lo c a s e a r c h;   th e   us e   of   va r io us  l oc a s e a r c a lg or it hm s   in   P S O   is   di s c us s e d   in   [ 22] F ir e F ly  +  gr a di e nt  de s c e nt  i s  u s e d i n [ 23] T he  P S O  +   lin - k e r ni gha n a lg or it hm  w a s  c ons id e r e d i n [ 24] .   S w a r m   a nd  e vol ut io na r m e ta he ur is ti c   a lg or it hm s   th e m s e lv e s   a r e   qui te   c om pl e in   unde r s ta ndi ng   th e ir   w or a nd  f in e - tu ni ng  to   th e   f e a tu r e s   of   th e   t a s ks   be in s ol ve d.  H ybr id s   f r om   di f f e r e nt   m e ta he ur is ti c   a lg or it hm s   tu r out   to   be   e ve m or e   c om pl e a nd  le s s   uni ve r s a l.   H ow e ve r a s   s h o w in   [ 17] th e   m e ta he ur is ti c   a lg or it hm ' s   e f f ic ie nc c a s om e ti m e s   be   in c r e a s e on  th e   c ont r a r y,  by  s im pl i f yi ng  it .   P e r ha ps   th a is   w hy  th e r e   a r e   m a ny  w or ks   in   w hi c c om pl e hybr id   a lg or it hm s   a r e   s uc c e s s f ul ly   a ppl ie to   s ol ve   a   s pe c if ic   pr obl e m S ti ll no ne   of   th e m   ha s   be c om e   a s   w id e s pr e a a s   l e s s   c om pl ic a te d   A C O   a nd  P S O  a m ong  S I   a lg or it hm s  [ 4 ]  or   G A  a m ong e vol ut io na r y one s .   O ur   a ppr oa c to   s ol vi ng  opt im iz a ti on  pr obl e m s   a im s   to   in c r e a s e   S I   a lg or it hm s '   e f f ic ie nc y   a nd  ve r s a ti li ty   w it hout   in c r e a s in th e ir   c om pl e xi ty W e   a ppl a   c om bi na ti on  of   a   uni ve r s a l,   pr obl e m - f r e e   S I   a lg or it hm   w it s im pl e   de te r m in is ti c   dom a in - s pe c if ic   he ur is ti c   a lg or it hm s   or in   ot he r   w or ds gr e e dy   he ur is ti c s A   hybr id   of   a   s to c ha s ti c   uni ve r s a S I   a lg or i th m   a nd  a   de te r m in is ti c   s im pl e   dom a i n - s pe c if ic   a lg or it hm  a c hi e ve s  a  gr e a te r  s yn e r gy e f f e c th a n c om bi ni ng t w s w a r m  or  e vol ut i ona r y a lg or it hm s       2.   G E N E R A L I Z E D  S C H E M E  O F  S I  A L G O R I T H M  A N D  A P P L I C A T I O N  A P P R O A C H   T im pl e m e nt   th e   pr opos e a ppr oa c h,  it   is   ne c e s s a r to   m a ke   s ur e   th a it   doe s   not   de p e nd  on   th e   c hoi c e   of   a   S I   a lg or it hm   a nd  a   dom a in - s pe c if ic   h e ur is ti c   a lg or i th m I th is   c a s e it   w il be   qui te   ve r s a ti le   a nd  f le xi bl e   a nd  w il not   r e qui r e   a ny  m odi f ic a ti ons   to   th e   a lg o r it h m s onl th e ir   in te r a c ti on  f e a tu r e s   w il c ha nge T he r e f or e it   is   ne c e s s a r y   to   de f in e   a   ge ne r a li z e S I   a lg or it hm   m ode s o   th a va r io us   S I   a lg or it hm s   c a n   be   e a s il a ppl ie d s in c e   it   i s   im pos s ib le   to   s a y   in   a dva nc e   w hi c on e   w il be   be tt e r   in   a   gi v e ta s k.   N e xt w e   ne e d   to   de f in e   a   ge ne r a uni ve r s a s c he m e   of   in te r a c ti on  be tw e e a   S I   a lg or it hm   a nd  a   dom a in - s pe c if ic   he ur is ti c   w it hout  s tr ong de pe nde nc ie s .     2 .1.    G e n e r al iz e d  S I  al gor it h m  m od e l   A S I   a lg or it hm   is   s p e c if ie by  d a ta   s tr uc tu r e s   a nd   ope r a ti ons   on  th e m li ke   m a ny   ot he r   a lg or it hm s .   S I   us e s   th e   s w a r m i. e .,  a   popula ti on  of   a ge nt s   a s   a   ba s ic   d a t a   s tr uc tu r e   a nd  r ul e s   of   m ovi ng  a ge nt s   a s   a a lg or it hm  f o r  t r a ns f or m in g t he  da ta . A  di s ti nc ti ve   f e a tu r e  of   th e  S I  a lg or it hm s  i s  us in g a n i ndi r e c in f or m a ti o n   e xc ha nge  be twe e n a ge nt s . F or  e xa m pl e , t he  P S O  us e s  t he  be s t - f ou nd pos it io n i n t he  s e a r c h s pa c e  [ 2 5 ] th e  a nt   c ol ony  opt im iz a ti on  us e s   a   phe r om one   gr a ph  [ 2 6 ] th e   m onke s e a r c a lg or it hm   us e s   a   w e ig ht e c e nt e r   of   a ge nt s  pos it io ns  [ 2 7] . I is  pos s ib le  t o f or m ul a te  ba s ic  p a r ts  of  a n S I  a lg or it hm :     A  s e of  a ge nt s   S .     A n o bj e c f or  t he  i ndi r e c in te r a c ti on  M .     A n a lg or it hm  of  a ge nt s  m ovi ng a nd i nt e r a c ti on w it h opti m iz a ti on pr obl e m   A .     H e ur is ti c  pa r a m e te r s   P .     A n i nput  t o obta in  da ta  f r om  t he  opt im iz a ti on pr obl e m  be in g s ol ve I .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J  A r ti f  I nt e ll   I S S N 2252 - 8938       G e ne r al iz e s w a r m  i nt e ll ig e nc e  al go r it hm s  w it h domain - s pe c if ic  he ur is ti c s   ( P . M at r e ni n )   159     A n output  t o s e nd s ol ut io ns  of  t he  opt im iz a ti on pr obl e m  a nd t he  f in a a lg or it hm  r e s ul O .   A ny S I  a lg or it hm  w or ks  a c c or di ng t o t he  f ol lo w in g s c he m e .     G e ne r a ti on  of   th e   in i ti a popula ti on.  T he   s w a r m   a ge nt s   di s tr i but e   r a ndoml in   th e   s ol ut io s e a r c hi ng   s pa c e .     C a lc ul a ti on  of   f it ne s s - f unc ti ons .   E a c a ge nt   r e c e iv e s   th e   v a lu e s   of   th e   opt im iz a ti on   pr obl e m   c r it e r io n   ( c r it e r ia ) I f  t he  a ge nt  ha s  a  be tt e r  f it ne s s  t ha n a ll  p r e vi ous  f in e s s e s  of  a ll  a ge nt s , t hi s  s ol ut io n i s  s a ve d a s   th e  be s c ur r e nt  s ol ut io n.     A ge nt s  m ove m e nt . T he   a ge nt s  m ove  i n t he   s e a r c s pa c e  u s in in di r e c in te r a c ti ons     I f   th e   s to c ondi ti on  is   s a ti s f ie d,  th e   a lg or it hm   ne e ds   to   be   f in i s he or   ot he r w is e   ne e d s   to   be   p a s s e to   S te p 2.  T he  s a v e d be s s ol ut io n i s  t he  a lg or it hm  r e s ul t.     2.2.  I n t e r ac t io n  b e t w e e n  a S I  al gor it h m  an d  a d om ai n - s p e c if ic  al gor it h m   T he   f ol lo w in in te r f a c e   a nd  in te r a c ti on  s te ps   w e r e   pr opos e f or   th e   in te r a c ti on  of   a S I   a lg or it hm   a nd a  doma in - s pe c if ic  he ur is ti c  a l gor it hm .     T he   S I   a lg or it hm   r e c e iv e s   a   di m e ns io of   th e   s e a r c s pa c e   of   a opt im iz a ti on  ta s vi a   in put   I .   I is   us e d   a s  t he  l e ngt h of  t he  ve c to r   X .     T he   S I   a lg or it hm   ge ne r a te s   th e   va r ia nt s   of   th e   pr obl e m   s ol ut io by  a ge nt s   m ove m e nt s A   c ount   o f   va r ia nt s  i s  a  c ount  of  a ge nt s .     E a c h pos it io n i s  s e nt  t o a  doma in - s p e c if ic  he ur is ti c  a lg or it hm  of  a n opti m iz e d s ys te m  vi a  out put   O pos .     T he   dom a in - s pe c if ic   he ur is ti c   a lg or it hm   e nc ode s   th e   pos it io a nd  us e s   it   f or   s ol vi ng  a op ti m iz a ti on   pr obl e m   a nd  c a lc ul a ti ng  th e   c r it e r io va lu e s .   T hu s th e   S I   a lg o r it hm   w or ks   a s   a   m e ta - opt im iz e r   f or   th e   dom a in - s pe c if ic  a lg or it hm .     A ll  obt a in e d c r it e r io n va lu e s  a r e  s e nt  t o t he  S I  vi a   I .     T he   S I   a lg or it hm   r e c e iv e s   c r it e r io va lu e s   a nd  pe r f or m s   a ge n ts   m ove m e nt i. e .,  w e   go   to   th e   s e c ond  s te p of  t hi s  a lg or it hm .   W he a   s to p - c ondi ti on  is   s a ti s f ie d,  th e th e   be s a ge nt   pos it io is   tr a ns m it te to   out pu O T he   s im pl e s s to ppi ng c ondi ti on i s  t he  e x e c ut io n of  a  gi ve n numbe r   of  i te r a ti ons .   T he   in te r a c ti on’ s   li s te d   s te p s   pr ovi de   th e   in de pe nde n c e   of   u s e a lg or it hm s T h e   a ppr oa c h   pr opos e d   a ll ow s   us   to   im pl e m e nt   di f f e r e nt   S I   a lg or it hm s   qui c kl y.  A s   f a r  a s   c ha ng e s   in   th e   opt im iz a ti on  pr obl e m   do  not   c a us e   th e   ne c e s s it of   c ha ngi ng  a nyt hi ng  in   th e   S I   a lg or it hm   i m pl e m e nt a ti on,  a nd  vi c e   ve r s a .   T he   a bs e nc e   of   c lo s e  r e la ti ons hi ps  m a ke s  i pos s ib le  t o c om bi ne  a ny S I  a lg or it hm  w it h doma in - s pe c if ic  he ur is ti c s .     2.3.   M ap p in g of  age n t s  p os it io n s   I th e   pr opos e a ppr oa c h,  w e   us e   th e   s e a r c s p a c e   c on s tr a in ts   f r om   to   1   f or   e a c di m e ns io n.  T he   in tr odu c e r e s tr ic ti ons   a r e   ne c e s s a r f or   s uc c e s s f ul   a da pt a ti o a nd  s im pl e   in te gr a ti on  of   th e   a lg or it hm   f or   s ol vi ng  va r io us   opt im iz a ti on  pr obl e m s T he   f a c is   th a s om e   S I   pa r a m e te r s   ha ve   a   di f f e r e nt   e f f e c de pe ndi ng   on  th e   s c a le   of   opt im iz a ti on  va r ia bl e s .   F or   e x a m pl e ,   in   th e   f ir e f ly   opt im iz a ti on  a lg or it hm   [ 2 8 ] th e   di s ta nc e   be twe e a ge nt s   a f f e c ts   a g e nt s   a tt r a c ti on  nonl in e a r ly T he r e f or e if   a   r a nge   of   s e a r c s pa c e   is   f r om   to   100 ,   th e   di s ta nc e   f r om   th e   m id dl e   ( 50)   to   th e   hi gh  e dge   ( 100)   w il b e   75.  W hi le   if   th i s   di s ta nc e   is   s c a le f r om   to   1,  th e th e   s a m e   di s ta nc e   w il be   e qu a to   0.75,  a nd  th e   d e gr e e   of   a tt r a c ti on  be tw e e th e   a ge nt s   w oul be   c om pl e te ly  di f f e r e nt . A th e  s a m e  t im e , t hi s  di s ta nc e  i s  e qui va le nt  t o t he  opt im iz a ti on t a s k. A ls o, t he  r a di us  of   th e   n e ig hbor hood  r e gi on  w id th   of   th e   b e e s  a lg or it hm   [ 29 ] T he   la r ge r   th e   di s ta nc e   be twe e th e   bounda r ie s   of   a   s e a r c s pa c e   di r e c ti on,  th e   gr e a te r   th e   ne ig hbor hood  r e gi on  w id th   s houl be I w oul be   ne c e s s a r f or   a   non - hom oge ne ous  s e a r c s pa c e  t o i nt r oduc e  di f f e r e nt  va lu e s  of  t he  pa r a m e te r s  f or  di f f e r e nt  di r e c ti ons .   A s   a   r e s ul t,   th e   a lg or it hm   pa r a m e te r s   w oul ha ve   to   be   c ha nge e ve if   a   s im pl e   c ha nge   of   m e a s ur e m e nt   uni ts   in   th e   t a s ( hour s   to   s e c onds ,   a nd  ki lo m e t e r s   to   f e e t) W e   s ugg e s s pe c if yi ng  th e   s e a r c s pa c e   bounde f r om   0.0  to   1.0  in   a ll   di r e c ti ons   in to   th e   a lg or it hm   to   a voi th is A nd  m a ppi ng  of   th e   a ge nt s   c oor di na te s   f r om   th e   a lg or i th m   in to   th e   va lu e s   of   th e   opt im iz e va r ia bl e s I th e   s im pl e s va r ia nt th is   c a be   done  a s  f ol lo w s . W e  de not e  t he  c oor d in a te  ve c to r  of  a n  a ge nt   X   =  { x 1 x 2 , …,   x L } ,  a nd t he  ve c to r  of  opt im iz e d   va r ia bl e s   Q   =  { q 1 q 2 , ...,  q L } . U nde r  t he  r e s tr ic ti ons   a i   ≤  q i   ≤  b i , w e  obt a in  a  m a p of  t he  f or m   q i   x i ( b i     a i )  +   a i i   =  1, …,  L .   A   m or e   s ophi s ti c a te va r ia nt   is   s how in   s e c ti ons   3 4.  T he   pr opos e pa r a m e te r   m a ppi ng  is   ne c e s s a r to   e li m in a te   unne c e s s a r r e la ti ons hi ps   be tw e e n   th e   opt im iz a ti on  pr obl e m   m ode a nd  th e   opt im iz a ti on a lg or it hm s .             Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I S S N :   2252 - 8938     I nt  J  A r ti f   I nt e ll V ol 10 , N o.  1 M a r c h   20 2 1 :   157     165   160   3.   R E S U L T S  A N D  D I S C U S S I O N   3.1.    A p p li c at io n   e xam p le . j ob - s h op  s c h e d u li n p r ob le m   T hi s   s ubs e c ti on  in tr oduc e s   it s   ow n   s ym bol ic   not a ti on,  w hi c s houl not   b e   c onf us e w it th e   not a ti on i n t he  de s c r ip ti ons  of  t he  S I  a lg or it hm s  ( S e c ti on  I I ) . A s  m e nt io ne d a bove , a  m ode of  a n opti m iz a ti on  pr obl e m   a nd  th e   S I   a lg or it hm s   a r e   c om pl e te ly   in de pe nd e nt T he   jo b - s hop  s c he dul in pr obl e m   is   a m ong  th e   m os c ha ll e ngi ng  c om bi na to r ia opt im iz a ti on  pr obl e m s S c he dul in ta s ks   m a be   c ha r a c te r iz e a s   one   of   th e   m os s ig ni f ic a nt   opt im iz a ti on  pr obl e m s   s in c e   pl a n s   a nd   s c he dul e s   ne e d   to   be   a r r a nge in   a ll   f ie ld s .   T h e   pr obl e m  c ons is ts  of  s c he dul in g a  s e of  j obs   N   on a  s e of  m a c hi ne s   M   to  m in im iz e  t he  pr oc e s s in g t im e  na m e a s  t he  m a ke s pa n. I is  t he  t im e  ne e de d t o pr oc e s s  a ll  j obs E a c jo b i nc lu de s  a  numbe r  o f  ope r a ti ons  a nd ha s  a   pr e de f in e ope r a ti on  or de r T he   o r de r   de f in e s   a   s pe c if ic   m a c hi ne   a nd  ti m e   in te r va f or   e a c h   ope r a ti on  a nd   s e que nc e   of   ope r a ti on.  E a c m a c hi ne   c a pr oc e s s   onl one   op e r a ti on  a a   ti m e I ne e ds   to   f in th e   s hor te s t   ( qui c ke s t)   s c he dul e   a s   a   di s tr ib ut io of   th e   ope r a ti on s   to   ti m e   in te r va ls   o n   th e   m a c hi n e s T hi s   pr obl e m   be lo ngs  t o t he  N P - ha r d c la s s  [ 30] . L e t:   N   =  { 1, …,  n }  i s  t he  s e of  j obs M   =  { 1, …,  m }  i s  t he  s e of  m a c hi ne s O   =   { o 0 …,  o L +1 }   de not e   th e   s e of   th e   a ll   ope r a ti ons a nd  L + a r e   f ic ti ons   ope r a ti ons s ta r a nd  f in is h,  L   is   t he  t ot a num be r  of  ope r a ti ons  of  a ll  j obs  [ 31 - 32] .   E a c ope r a ti on  o     O   ha s   it s   pr oc e s s in ti m e   p ( o ) A nd  A   de not e s   th e   s e of   or de r e p a ir s   of   ope r a ti ons   c ons tr a in e by  th e   pr e c e de nc e   r e la ti on s E k   de not e s  t he   s e of   a ll   pa ir s   of   ope r a ti ons   w hi c r e qui r e   m a c hi ne   M k . N e xt , l e t ( o )  i s  t he  s ta r ti m e  of  t he  ope r a ti on  o t ( o 0 )  =  0. T he  pr obl e m  i s  t o f in d a  s c h e du le :     m a x( t ( o )  +   p ( o ) ) o     O;   ( 1)     t ( o )  ≥ 0,   o     O;     ( 2)     t ( v   t ( o )  ≥  p ( o ) ( o v )     A ;   ( 3)     t ( w   t ( o )  ≥  p ( o   t ( o   t ( w )  ≥  p ( w )   ( 4)     ( w o )     E k k   =  1, …,  m.     T he  va lu e  of  m a x( t ( o )  +   p ( o ) )  i s  c a ll e d t he  m a ke s pa n.     3.1.1.    S I  A lg or it h m   w it h  t h e  gr e e d y h e u r is t ic  f or  j ob - s h op  s c h e d u li n g p r ob le m   T he  f ol lo w in g a lg or it hm  c a n be  us e d a s  a   s im pl e  gr e e dy he ur is t ic  f or  s ol vi ng t he  pr obl e m .   I n p u t O A L E k m n   1.  Ψ   ← { }   2.  Ω 1:   L - 1   ← s or t( O )  i n de s c e ndi ng or de r  a nd pr e s e r vi ng t he   or de r  gi ve n i E k k   =  1,…,  m   3.  Ω 0   ←  o 0 Ω L   ←  o L   4.  t ( Ω 0 )  ← 0,   Ψ   ← { o 0 }   5.  F or   i   =  1 …  L :   5.1. pla c e  t he  ope r a ti on  Ω i :   t ( Ω i )  ← mi n( t ( Ω i ) )  unde r  c ondi ti ons   t ( v   t ( Ω i )  ≥  p ( Ω i ) ( v   Ψ ( Ω i v )     A ;     t ( w   t ( Ω i )  ≥  p ( Ω i   t ( Ω i   t ( w )  ≥  p ( w ) ( w   Ψ ,   ( w Ω i )     E k k   =  1, …,  m   5.2.  Ψ  ← Ψ   { Ω i }   O u t p u t Ψ   ( ve c to r   of  di s tr ib ut e d ope r a ti ons )   A s   a   r e s ul t,   f or   e a c ope r a ti on  o     O th e   s ta r ti m e   t ( o )   w il l   be   de te r m in e d,  a nd  th e   va lu e   of   th e   opt im a li ty  c r it e r io n w il be  e qua to   t ( o L ).   T hi s   gr e e dy  he ur is ti c   a ll ow s   us   to   s c he dul e   a c ti vi ti e s   to   pr io r i ti z in m or e   e xt e nde a c ti vi ti e s T he   lo nge r   th e   e xe c ut io ti m e   of   th e   op e r a ti on  p ( o ) th e   m or e   di f f ic ul t   it   is   to   f in a   f r e e   m a c hi ne   f or   it th e r e f or e ,   pr io r it is   gi ve to   m or e   e xt e nde ope r a ti ons T he   a dva nt a ge   of   th e   a lg or it hm   is   it s   s im pl ic it a nd  th e   a bi li ty   to   a dd  a ddi ti ona r e s tr ic ti ons   on  th e   r e la ti ons hi of   ope r a ti on s   to   it H ow e ve r s uc a a lg or i th m   c a gi ve   s ol ut io ns  t ha a r e  f a r  f r om  opt im a l.   T he   a lg or it hm ' s   e f f ic ie nc in   te r m s   of   th e   c r it e r io of   th e   pr obl e m   ( m in im iz a ti on  of   th e   m a ke s pa n)   c a be   s ig ni f ic a nt ly   in c r e a s e du e   to   th e   in te ll ig e nt   pr io r it iz a ti on  of   ope r a ti ons .   I th is   c a s e ,   th e   s a m e   he ur is ti c   s c h e m e   c a be   a ppl ie onl to   or de r   th e   ope r a ti on s   n ot   by  th e ir   dur a ti on  but   w it pr io r it ie s w hi c h   c a be   de te r m in e us in S I   a lg o r it hm s F or   a ppl yi ng  a S I   a lg or it hm   to   th e   jo b - s hop  s c he dul in pr obl e m ,   a n   a ge nt   pos it io ( ve c to r   X )   is   ne e de to   m a p   in to   a   pos s ib le   s c he dul e T h e   ve c to r   X   m us c ont a in   a s   m a ny   e le m e nt s  a s  t ot a ope r a ti ons  i n a ll  j obs  ( L ) . T he  m a ppi ng pr oc e s s  c ons is t s  of  s e ve r a s te ps .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J  A r ti f  I nt e ll   I S S N 2252 - 8938       G e ne r al iz e s w a r m  i nt e ll ig e nc e  al go r it hm s  w it h domain - s pe c if ic  he ur is ti c s   ( P . M at r e ni n )   161   I n p u t :   O , X   1.   OX   ← c onc a te na te _e le m e nt _by_ e le m e nt ( O X )   2.   OX   ← s or t( OX )  a s c e ndi ng  x .   3.  O *   ←  OX L , 1   ( r e m ove   x   f r om  pa ir s  { o x }   4.  F or   i   =  1 …  L :   r e pl a c e  t he  ope r a ti on o i   by t he  ope r a ti on o k   th a s houl d be  on t h e  c or r e s ponde nc e  or de r  f or  t hi s  j ob.    O u t p u t :   O *   C ons id e r  a n e xa m pl e  of  3 w or ks , e a c h of  w hi c h c on s is ts  of  3 op e r a ti ons .   J 1   =  { o 1 o 2 o 3 } J 2   =  { o 4 o 5 o 6 } J 3   =  { o 7 o 8 o 9 }.   L e X   =  { 0.11, 0.72, 0.57, 0.92, 0.43, 0.21, 0.12, 0.40, 0.3} .   T he O   =  { J 1 J 2 J 3 }  =  { o 1 o 2 o 3 o 4 o 5 o 6 o 7 o 8 o 9 } . A f te r  s o r ti ng:   OX   =   { { o 4 0.92} { o 2 0.72 } { o 3 0.57} { o 5 0.43} { o 8 0.4 } ,   { o 9 0.3} { o 6 0.21} ,   { o 7 0.12} { o 1 ,   0.11} } .   T he   ope r a ti on  or de r   obt a in e c a nnot   be   us e a s   a   s c he dul e   s in c e   it   is   po s s ib le   to   vi ol a te   th e   s e qu e nc e   of   ope r a ti ons  w it hi n one  j ob.   F in a ll y,  ta ki ng  in to   a c c ount   th e   r e s to r a ti on  of   or de r   w it hi th e   w or ks w e   obt a i O *   =   { o 0 o 4 o 1 o 2 o 5 o 7 o 8 o 9 o 6 o 3 o 10 } o 0   a nd  o 10   a r e  f ic ti ons  s ta r a nd f in is ope r a ti ons .   T he   ve c to r   O *   doe s   not   e xa c tl m e a th e   or de r   of   th e   s ta r ti ng  o f   th e   s ta ge s I m e a ns   th a ope r a ti ons   a r e   e xt r a c te f r om   O   in   th e   or de r   in   w hi c th e a r e   lo c a te in   O * F or   th e   e xt r a c te ope r a ti on,  th e   m om e nt   of   th e   f a s te s po s s ib le   s ta r is   de te r m in e d.  T hus th e   ve c to O *   doe s   not   s pe c if th e   or de r   of   pr oc e s s in g   ope r a ti ons but   th e   or de r   of   de te r m in in th e   s ta r ti m e   f o r   th e m S in c e   th e   ti m e   c os ts   f or   pe r f or m in e a c h   ope r a ti on  a r e   a s s um e to   be   c ons ta nt th e   ve c to r   O *   uni que ly   de te r m in e s   th e   f in a s c he dul e T he r e f or e th e   ve c to r   X   is   uni que ly   tr a ns la te in to   th e   r e qui r e di s c r e te   s c he dul e T he   a dva nt a ge   of   th e   a bove   s c h e m e   is   obt a in in g a n a ll ow a bl e  s c h e dul e  f or  a ny va lu e s  of  t he  ve c to r   X .     3.1.2.  E xp e r im e n t al  r e s u lt s   T he   P S O   a lg or it hm   w a s   us e to   s ol ve   th e   s e of   jo b - s hop  pr obl e m   in s ta nc e s   [ 33]   de not e a s   L A 01 - L A 21  of   va r io us   s iz e s   pr ovi de by  O R - L ib r a r [ 34 ]   ( L A   be c a us e   th e   a ut hor   is   S L a w r e nc e ) T he   s iz e s   of   in s ta nc e s   a r e   f r om   10× to   15× 10  ( n × m ) T a bl e   s how s   th e   r e s ul ts   ( a ve r a ge   a nd  th e   b e s s ol ut io ns   f r om   te r un s   of   th e   a lg or it hm ) A ls o,  T a bl e   1   li s th e   be s t   w e ll - known  r e s ul ts   f r om   th e   li te r a tu r e   [ 34 ] T he   va lu e s   of   th e  P S O  pa r a m e te r s popula ti on s iz e  50,  α 1   =   1.76,  α 2   =  1.38,  ω   =  0.73,  β   =  0.28 [ 18] .   T he   s um m a r de vi a ti on  be twe e th e   be s a nd  w e ll - known  r e s ul ts   is   135  hour s   ( 0.71% )   us in th e   P S O . T he  r e s ul ts  a r e  c lo s e  t o t he  be s ( de vi a ti on <  1% )  f or  m os ta s ks  ( 81% ) . T hus , t he  P S O  a lg or it hm  a ll ow s   s ol vi ng  jo b - s hop  s c he dul in pr obl e m s   ve r c lo s e   to   th e   be s t - known  r e s ul ts M or e ove r th e   P S O   a lg or it hm   is   hi gh - s pe e d,  s in c e   onl 100  P S O   it e r a ti ons   w e r e   us e d.  I nc r e a s in th e   it e r a ti on  num be r   c a gi ve   be tt e r   r e s ul ts   f or   a   lo nge r   ti m e T he   la r ge s ti m e   of   s ol vi ng  one   in s ta nc e   w a s   a bout   0.5   s e c onds   us in 2.4   G H z   I nt e C P U   i7 T he   m in im um   ti m e   w a s   0.08  s e c onds S uc va r ia t io is   e xpl a in e by  th e   di f f e r e nt   di m e ns io ns   of   th e   in s ta nc e s .       T a bl e  1. R e s ul ts  of  t he  P S O  w it h t he  gr e e dy he ur is ti c  i n j ob - s ho p s c he dul in g pr obl e m  i ns ta nc e s   I ns t a nc e   A vg   B e s t   B e s t  know n   L A 01   690.8   666   666   L A 02   693.35   658   655   L A 03   541.49   597   597   L A 04   613.79   590   590   L A 05   593   593   593   L A 06   926.03   926   926   L A 07   902.8   890   890   L A 08   882.09   863   863   L A 09   955.34   951   951   L A 10   958   958   958   L A 11   1222.05   1222   1222   L A 12   1043.59   1039   1039   L A 13   1161.59   1150   1150   L A 14   1292   1292   1292   L A 15   1283.31   1207   1207   L A 16   1011.11   956   945   L A 17   819.67   784   784   L A 18   930.19   859   848   L A 19   865   865   842   L A 20   907   907   902   L A 21   1128   1128   1046       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I S S N :   2252 - 8938     I nt  J  A r ti f   I nt e ll V ol 10 , N o.  1 M a r c h   20 2 1 :   157     165   162   3.2.    A p p li c at io n   e xam p le . e xp lo r in g p ot e n t ia e n e r gy s u r f ac e  of  n an oc lu s t e r  i s o m e r s   T hi s   s ubs e c ti on  di s c us s e s   two  r e la te pr obl e m s T he   f ir s pr obl e m   is   th e   lo c a m in im a   s e a r c on  th e   pot e nt ia e ne r gy  s ur f a c e w hi c a r e   is om e r s   f or   a   c lu s te r   of   a   gi ve c om pos it io n.  T he   s e c ond  pr obl e m   is   c a lc ul a ti ng t he  «r e a c ti on pa th » a s  t he  e n e r ge ti c a ll y   m os f a vor a bl e  pa th  of  t he  pha s e  poi nt  m ove m e nt  be twe e n   two  known  lo c a m in im a T he   lo w e r   th e   m in i m um th e   m o r e   s ta bl e   c or r e s ponding  c onf ig ur a ti on  of   a to m ic   nuc le i.   T he r e   a r e   s pe c i a li z e s of twa r e   s ol ut io ns   in   th e   f ie ld   of   bi oi nf o r m a ti c s   f or   e xpl or in g   li ga nd   bi ndi ng/ unbi ndi ng  pa th w a [ 35 ] I s om e r s   a r e   two  ( o r   m or e )   m ol e c ul e s   ( na noc lu s te r s )   w it th e   s a m e   m ol e c ul a r  f or m ul a , i .e ., a to m ic  c om pos it io n.  I s om e r s  a r e  di vi de d i nt o t w o m a in  c a te gor ie s . S tr uc tu r a is om e r s   ( or   c ons ti tu ti ona is om e r )   ha ve   th e   s a m e   f or m u la but   th e   a to m s   a r e   bonde to ge th e r   in   di f f e r e nt   or de r s .   S te r e oi s om e r s   ha ve   th e   s a m e   c onn e c ti vi ty   but   th e   di f f e r e nt   s p a ti a a r r a nge m e nt s   [ 36] I s om e r s   c a ha v e   ve r di f f e r e nt   phys ic a pr ope r ti e s s uc a s   boi li ng  poi nt m e lt in poi nt a nd  c he m ic a r e a c ti v it y.  I m e ta s ys t e m s th e  pr ope r ti e s  of  s te r e oi s om e r s , a s  a  r ul e , do not di f f e r .   T he   a c of   a   s tr uc tu r a pha s e   tr a ns it io in   a   na noc lu s te r   is   a   m ut ua ge om e tr ic   r e a r r a nge m e nt   of   a to m s   oc c ur r in in   ti m e   [ 37] A c c or di ngl y,  th e   c lu s te r ' s   e ne r gy  a nd  it s   phy s i c oc h e m ic a pr ope r ti e s   s ubs ta nt ia ll de pe nd   on  th e   ge om e tr ic   a r r a nge m e nt   of   th e   a to m s E ve in s ig ni f ic a nt   c ha nge s   in   th e   s pa ti a s tr uc tu r e  of  a  c lu s te r  c a n l e a d t o  r a th e r  l a r ge  c ha nge s  i n i ts  t ot a l  e ne r gy. T he  i ni ti a ge om e tr y' s  s ui ta bl e  c hoi c e   is  c r uc ia f or  obt a in in g  r e li a bl e , c a lc ul a te d va lu e s  of  a  c lu s te r ' s   phys ic oc he m ic a c ha r a c t e r is ti c s  i n a  s ta ti ona r ( e qui li br iu m )   s ta te F or   a   s uc c e s s f ul ly   c a lc ul a te ge om e tr y,  c ha nge s   in   e ne r gy  va lu e s   dur in th e   opt im iz a ti on  pr oc e s s   s houl be   in s ig ni f ic a nt   ( le s s   th a n   a   gi ve va lu e ) A ls o f or   a opt im iz e ge om e tr y,  th e   f ir s e ne r gy  de r iv a ti ve s   ( gr a di e nt )   w it r e s pe c to   a ll   ge om e tr ic   di s to r ti ons   s houl be   c lo s e   to   z e r o.  I s ugge s t s   th a w e   a r e   on  a   f la e ne r gy  s ur f a c e W h e c on s id e r in th e   br oa de r   f e a tu r e s   of   th e   pot e nt ia e ne r gy  s ur f a c e   ( P E S ) ,   in c lu di ng  to pol ogy  a nd  to pogr a phy,  it   ha s   be c om e   us ua to   r e f e r   to   th e   P E S   a s   th e   «pot e nt ia e ne r g y   la nds c a pe » [ 38] .   E ne r gy  s ur f a c e s   a nd  la nd s c a pe s   hol th e   k e to   unde r s ta ndi ng  a   w id e   r a nge   of   m ol e c ul a r   phe nom e na T c on s tr uc th e   P E S it   is   c onve ni e nt   to   us e   th e   s o - c a ll e in te r na c oor di na te s w hi c in c lu d e   bond  le ngt hs   or   ot he r   in te r a to m ic   di s ta nc e s bond  a nd  di he dr a l   a ngl e s   of   a   c lu s te r /m ol e c ul e T h e   num be r   of   3 n - ( w he r e   n   is   th e   num be r   of   a to m ic   nuc le i)   of   in de pe nde nt   c oor d in a te s   s houl in c lu de   th os e   s tr uc tu r a pa r a m e te r s   th a c ha nge   m os dr a m a ti c a ll dur in th e   tr a ns f o r m a ti on  unde r   in ve s ti ga ti on.  T he   pa pe r   [ 39]   de s c r ib e s   a   pot e nt ia e ne r gy  s ur f a c e   in   te r m s   of   lo c a m in im a   a nd  th e   tr a ns it io s ta te s   th a c onne c th e m   pr ovi de s   a  c onc e pt ua a nd  c om put a ti ona f r a m e w or k f or  unde r s ta ndi ng a nd pr e di c ti ng obs e r va bl e  pr ope r ti e s .   A   pot e nt ia ba r r ie r   to   s tr uc tu r a tr a n s f or m a ti on  is   th e   e ne r gy  of   th e   tr a ns it io s ta t e   ( s a ddl e   poi nt )   r e la ti ve   to   th e   in it ia m in im um   of   th e   pot e nt ia e ne r gy  s ur f a c e .   I is   th e   pot e nt ia ba r r ie r   th a de te r m in e s   th e   r a te   of   th e   pr oc e s s   of   s tr uc tu r a tr a ns f or m a ti on.  I th e   A r r he ni us   e qua ti on,  th e s e   a r e   th e   a c ti va ti on  e n e r gi e s   Е А k 0 e xp( - Е А   k B T ) Е А   is   th e   e n e r gy  a c ti va ti on,  k 0   i s   th e   p r e - e xpone nt ia f a c to r   f or   th e   r e a c ti on,  k B   i s   th e   B ol tz m a nn c ons ta nt T   is  t he   a bs ol ut e  t e m pe r a tu r e  ( in  K e lv in s ) .   T c on s tr uc a   m in im um   e ne r gy  pa th   be twe e two   known   c ons ti tu ti ona i s om e r s a e f f ic ie nt   s ol ut io to   th e   a s s ig nm e nt   pr obl e m   in   a   b ip a r ti te   gr a ph  is   r e qui r e d.  E a c a to m   of   is om e r   A   ( r e a ge nt )   is   a s s oc ia t e w it one   a nd  onl one   a to m   of   is om e r   B   ( pr odu c t) T he   pr obl e m   c a be   s ol ve a s   a   gl oba opt im iz a ti on  pr obl e m A ppl yi ng   tr a di ti ona nu m e r ic a m e th ods   is   im pr a c ti c a be c a us e   th e ne e hu ge   a m ount s  of  c om put a ti ona r e s our c e s  l ik e  t im e  a nd m e m or y [ 40] .     3.2.1.    G r e e d y   h e u r is t ic   T hus th e   s e a r c f or   is om e r s   c or r e s ponding  to   lo c a m in im a   a nd  th e   c ons tr uc ti on  of   th e   m in im u m   e ne r gy  pa th   be twe e th e m   a r e   th e   ba s ic   s ta ge s   of   th e   P E S   c o ns tr uc ti on  pr oc e s s I is   ne c e s s a r to   f in th e   pe r m ut a ti on f unc ti on  P , w hi c h w oul d a s s oc ia te  w it h e a c h a to m   a i   f r om   A   ( i   =  1, …,  n )  one  a nd only one  a to m   b p ( i )   f r om   B , s o t ha r oot  m e a d s qua r e d di s ta nc e R M SD ( f ) = ( Σ i n =1 |a   b j * | 2 ) 1/ 2 m in ,   b i * = b P ( i )   A ddi ti ona r e s tr ic ti ons   a r e   im pos e on  c ol li s io ns   of   th e   tr a ns it io pa th s   of   a to m s T he   m in im u m   di s ta nc e  be twe e n t he  c e nt e r s  of  t he  ve c to r s  c onne c ti ng t he  a to m s   a i   a nd  b P ( i )   ( i   =  1, …,  n )  m us be  no l e s s  t ha c m i n   c di s t m in ( m in _di s anc e _A m in _di s anc e _B ),   w he r e   c di s t   is  a e m pi r ic a c oe f f ic ie nt   ( ~ 0.8) m in _di s anc e _X     th e   m in im um   di s ta nc e   a m ong  a ll   pa ir s   of   a to m s   of   is om e r   ( or   B ) T hi s   li m it a ti on,  hi gh  di m e ns io na li ty   a nd  th e   pr e s e nc e   of   s e ve r a ty pe s   of   a to m s   do  not   a ll ow   th e   e xi s ti ng  m e th od s   f or   s ol vi ng  a s s ig nm e nt   pr obl e m s  w it hout  t he ir  s ig ni f ic a nt  m odi f ic a ti on.   W e   c om bi ne   a   s tr a ig ht f or w a r gr e e dy  he ur is ti c   a lg or i th m   a n th e   uni ve r s a P S O   a lg or it hm s T he   he ur is ti c   us e d   in vol ve s   s e que nt ia ll y   s or ti ng  th e   a to m s   of   is o m e r   B   a nd  m a tc hi ng  e a c of   th e m   w it t he   ne a r e s a to m  f r om   A   th a ha s  not  ye be e n m a tc he d.  T hi s  he ur is t ic  c a n be  w r it te n:   I n p u t :   A B n, L   ( L   li s of  numbe r s  f r om  1 t n   w i th out  r e pe ti ti ons )     1.  ta bu   ← { } .   2.  F or   i   =  1 …  n j   =  1 …  n :   D ij  ← | a i     b j | 2   ( f or  a to m s  of  di f f e r e nt  s or ts , t he  di s ta nc e  i s  i nf in it e )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J  A r ti f  I nt e ll   I S S N 2252 - 8938       G e ne r al iz e s w a r m  i nt e ll ig e nc e  al go r it hm s  w it h domain - s pe c if ic  he ur is ti c s   ( P . M at r e ni n )   163   3.  F or   i   =  1 …  n :   3.1.   ←  ar gm in ( D L i   j ) j     ta bu   3.2.  P ( L i )  ←  j     3.3.  ta bu  ←  ta bu    { j }.   O u t p u t :   P   S te p 3.2 me a ns  t ha t   L i   a to m  of   B   goe s  ove r  t o t he  pos it io n of  t he   j - th  a to m  of   A .   T he   r e s ul ti ng  ta bl e   f unc ti on  P   is   th e   de s ir e pe r m ut a ti on.  T he   a dva nt a ge   of   s uc he ur is ti c   is   a   ve r hi gh  s pe e of   ope r a ti on  s th e   s ol ut io is   obt a in e in   one   pa s s   th r ough  th e   a to m s   of   is om e r   B I f   th e   pha s e   s tr uc tu r e   of   two  is om e r s   is  c lo s e  a nd  is om e r   B   is   not   r ot a te r e la ti ve   to   is om e r   A th is   s ol ut io m e th od a ll ow s   to   f in th e   opt im a s ol ut io r e ga r dl e s s   of   th e   num be r   of   a to m s   a nd  num b e r   s or ts   of   a to m s .   B ut   it   is   not   s ui ta bl e   f or   m or e   c om pl e p r obl e m s   s i nc e   a th e   ve r f ir s it e r a ti ons   of   th e   w or k,   it   c a m a tc a to m s   o f   is om e r   B   to   s uc h   a to m s   of   is om e r   A ,   w hi c h,  if   opt im a ll s ol ve d,  s houl b e   m a tc he d   w it ot he r   a to m s   of   is om e r   B .     3.2.2.    S I   al gor it h m  w it h  t h e  gr e e d y h e u r is t ic   T he  r e s ul ti ng a lg or it hm  c a be  w r it te n :   I n p u t A B n m , ps o_i te r s   1.  X m   ← { x 1 x 2 , …,  x n } , x mk ←r a ndom( 0, 1) =  1, …, | S |,  k = 1,  …,  n   2.  F or   i   =  1 …  ps o_i te r s :     2.1.  F or   m = 1, …, |S |.   2.1.1.  ← c r e a te _or de r _l is t{ x 1 , x 2 , … , x m   n }.   2.1.2. P  ← gr e e dy_he ur is ti c ( A B n L )     2.1.3.   fi tn e s s   ← R M S D ( A P ( B ))   2.1.4.  If   fi tn e s s   fi tn e s s _m in   fi tn e s s _m in   ←  fi tn e s s   P be s t   ←  P   2.2. P a r ti c le s  m ove m e nt   O u t p u t P be s t     T he   de ve lo pe m e th od  ha s   be e te s te on  s om e   is om e r   c onf ig ur a ti ons   f r om   to   39  a to m s T a bl e   s how s   th e   va lu e s   of   th e   R M S D   obt a in e by  th e   gr e e dy  h e u r is ti c   onl a nd  by   th e   P S O   w it th e   gr e e dy  he ur is ti c T he   m a th e m a ti c a m ode li ng  c onf ir m e th a th e   c o m bi na ti on  of   gr e e dy  he ur is ti c s   ba s e on  th e   phys ic a pr ope r ti e s   of   th e   pr obl e m   a nd  S I   a lg o r it hm s   s ig ni f ic a nt ly   im pr ove th e   r e s ul ts   r e ga r di ng  a ppl yi ng   th e s e  m e th ods   s e pa r a te ly       T a bl e  2. R e s ul ts  of  f in di ng t he  s hor te s di s ta n c e  be twe e n i s om e r s  of  t he  bi m e ta ll ic  c lu s te r   I ns t a nc e   G r e e dy he ur i s t i c , R M S D , A ng s t r om   P S O  w i t h t he  gr e e dy he ur i s t i c , R M S D , A ngs t r om   A g7   9,78   9,02   A u19   24,52   20,80   A u20   no va l i d s ol ut i on f ound   26,88   A u12A g12   no va l i d s ol ut i on f ound   98,41   C u15A g15   63,85   61,72   C o16C u16   no va l i s ol ut i on f ound   67,61   A u6A g33   no va l i d s ol ut i on f ound   48,17       4.   C O N C L U S I O N   I th is   a r ti c le a   hybr id   a ppr oa c is   pr opos e d   ut il iz in th e   s tr e ngt hs   of   S I   a nd   dom a in - s pe c if ic   he ur is ti c   a lg or it hm s . T he   m a in   id e a   be hi nd  d e ve lo pi ng  i s :   (a )   to   he lp   th e   S I   a lg or it hm   to   ta ke   in to   a c c ount   th e   s pe c if ic s   of   th e   s ol ve pr obl e m   th a nks   to   th e   dom a in - s pe c if ic   a lg or it hm   a nd   ( b )   to   im p r ove   th e   e f f ic ie nc of   th e   dom a in - s pe c if ic   a lg or it hm   by  in tr oduc in s to c ha s ti c   a nd   s e lf - or ga ni z e pr ope r ti e s   f r om   th e   S I   a lg or it hm .   D if f e r e nt   S I   a lg o r it hm s   c a be   e a s il a ppl ie due   to   S I   a lg or it hm s   lo w   c oupl in a nd  th e   dom a in - s pe c if ic   he ur is ti c   a lg or it hm T he   a ppr oa c h’ s   a ppl ic a ti on  is   d e m ons tr a te on  th e   jo b - s hop  s c he dul in pr obl e m   a nd  th e   pr obl e m   of   c ons tr uc ti on  of   th e   m in im um   e ne r gy  p a th   be twe e two  is om e r s T he   e xpe r im e nt s   c onf ir m e th a th e   pr opos e a ppr oa c a ll ow s   th e   us e   of   S I   a lg or it hm s   a s   a   m e ta - opt im iz e r   th a in c r e a s e s   dom a in - s p e c if ic   he ur is ti c  a lg or it hm s  e f f ic ie nc y.       A C K N O WL E D G E M E N T S   T hi s   w or w a s   pa r ti a ll f unde by  R us s ia F e de r a ti on  of   B a s i c   R e s e a r c h,  pr oj e c 20 - 37 - 70007;  by  th e   M in is tr of   S c ie nc e   a nd  H ig he r   E duc a ti on  of   th e   R us s i a F e de r a ti on  in   th e   f r a m e w or of   th e   S ta te   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I S S N :   2252 - 8938     I nt  J  A r ti f   I nt e ll V ol 10 , N o.  1 M a r c h   20 2 1 :   157     165   164   P r ogr a m   in   th e   F ie ld   o f   th e   R e s e a r c A c ti vi ty   pr oj e c 08 17 - 2020 - 0007;  N a ti ona S c ie nt i f ic   P r og r a m   In f or m a ti on  a nd  C om m uni c a ti on  T e c hnol ogi e s   f or   a   S in gl e   D ig it a M a r ke in   S c ie nc e ,   E duc a ti on  a nd  S e c ur it ( I C T in S E S ) M in is tr o f   E duc a ti on  a nd  S c ie nc e     B ul ga r ia   a nd  th e   B ul ga r ia N S F   unde r   th e   g r a nt   D F N I - D N  02/ 10;  a nd N ovos ib ir s k S ta te  T e c hni c a U ni v e r s it y de ve lo pm e nt  pr ogr a m pr oj e c t   C 20 - 20.       R E F E R E N C E S   [1]   X.  S.  Li et   al. Analysis   and  Simplificati on   of  Three - Dimensional   S pace  Vector  PWM   for  Three - Phase   Four - Leg  Inverters,   IEEE  Transactions  on   Industrial  Electronics,   v ol.  58,  pp.  450 - 464,   Feb  2011 doi:   10.1109/TIE.2010.2046610.   [2]   Yan - fei  Zhu  and  Xiong - min  Tang Overview   of  swarm  intelligence,   2010  International  Conference  on  Computer   Application  and  System  Modeling  (ICCASM  2010) vol.  9,  pp.  400 - 409,  2010 doi:   10.1109/ICCASM.2010.5623005 .   [3]   Xin - She  Yang Cui Renbin  Xiao Amir  H   Gandomi Swarm   Intelli gence  and  Bio - Inspired  Computat ion.   Theory  and Applications ,   1st ed., Elsevier, Netherlands,  p p . 450, 2013.   [4]   A.  Slowik  and  H.   Kwasnicka,  Nature  Inspired   Methods  an d   their  Industry  Applications  -   Swarm   Intelligence   Algorithms,   IEEE  Trans.  on  Industrial  Informati cs vol.  1 4,  no.  3,  pp.  1004 - 1015,  2018 doi:  10.1109/TII.2017.2786782 .   [5]   Xinsheng  Lai  and  Mingyi  Zhang An  efficient  ensemble  of  GA  and  PSO  for  real  function  optimization,   in  2009   2nd IEEE International Conference on  Computer Science and  Informa t ion Technology , Beijing, pp. 651 - 655 ,  2009 doi: 10.1109/ICCSIT.2009.5234780 .   [6]   L.  Li,  B.  Xue,  B.  Niu,  L.  Tan,   and  J.  Wang,  novel   PSO - DE - based  hybrid  algorithm  for  global  optimization,   in   Advanced  Intelligent  Computing  Theories   and  Applications:  With  As p ects  of  Artificial  Intelligence ,   vol.  5227  o Lecture  Notes  in  Computer  Science,  pp.  785 - 793,  Springer,  Berlin,  G ermany,  2008 doi:10.1007/978 - 3 - 540 - 85984 - 0_20 .   [7]   N.  Singh  and  S.  B.   Singh,  Hybrid  Algorithm  of   Particle  Swarm  Optimization  and  Grey  Wolf  Optimi zer  fo r   Improving  Convergence Perfo rmance,   Jour. of  Appl.  Math. , vol. 2017, 2017 , doi:10.1155/2017/2030489.   [8]   Abuelrub,  M.  Khamees,  J.  Ababneh,  and  H.  Al - Masri,  Hybrid  energ system  design  using  greedy  particle  swarm  and  biogeography - based  optimisation,   IET   Renewable  Power   Gener ation vol.  14,  no.   10,  pp.  1657 - 1667,   2020 DOI:10.1049/iet - rpg.2019.08 58 .   [9]   Ahmed,  A.  Esmin,  and  S.  Matwin,  HPSOM:  hybrid  particle  swarm  optimization  algorithm  with  genetic  mutation,   Intern. Jo ur. of Innovative Computing, Information and Control , vol. 9, no. 5, pp. 1919 - 1934, 2013.   [10]   M.  A.  Tawhid  and  A.F.   Ali,  Hybrid   grey  wolf  optimizer   and  genet ic  algorithm  for  minimizing  potential   energy   function,   Memetic Comp.   vol. 9, pp. 347 - 359, 2017 , doi :10.1007/s12293 - 017 - 0234 - 5.   [11]   X.  Yu,  J.  Cao,  H,  Shan,   L.  Zhu,  and   J.  Guo,  An   Adaptive  H ybrid  Algorithm  Based  on  Particle   Swarm  Optimization  and  Differential   Evolution  for   Global  Optimization,   T he  Scientific  World  Journal vol.  2014,   2014 doi:10.1155/2014/215472 .   [12]   S.  Mirjalili  and  S.  Z.  M.   Hashim,  new   hybrid  PSOGSA  algorithm  for  function  optimization,   in  Proc.   of  Intern.  Conf. on Com puter and  Informati on Applic ation , Tianjin, pp. 374 - 377 , 2010 , doi: 10.1109/ICCIA.2010.6141614 .   [13]   A.  A.  Nagr a,  F.  Han,  Q.  Ling  and  S.   Mehta An  Improved  Hybr id  Method  Combining  Gravitational  Search   Algorithm  with  Dynamic  Multi  Swarm  Particle   Swarm  Optimizatio n,   IEEE  Access vol.  7,  pp.   50388 - 50399,  2019 , doi: 10.1109/ACCESS.2019.2903137 .   [14]   M.  B.  Agbaje,  A.  E.   Ez ugwu  and  R.   Els,  Automatic   Data  Clust ering  Using  Hybrid  Firefly  Particle   Swarm   Optimization  Algorithm,   IEEE Access , vol. 7, pp. 184963 - 184984 , 2019, doi: 10.1109/ACCESS.2019.2960925 .   [15]   Y.  Gao,  An  Improved  Hybrid  Group  Intelligent  Algorithm  Based  on  Artificial  Bee  Colony  and  Particle  Swarm  Optimization,   in  Proc.  of  Intern.  Conf.   on  Virtual  Reality   and  Intelli gent  Systems ,   Changsha pp.  160 - 163 2018 doi: 10.1109/ICVRIS.2018.00046.   [16]   N.  Holden  and  A.  A.  Freitas,  hybrid  PSO/ACO  algorithm  f or  discover ing  classification  rules  in  data   mining,   Journal  of Art ificia l Evolu tion a nd Appl ication s , vol. 2008, 2008 , doi:10.1155/2008/316145.   [17]   L.  Zhen,  Y.  Liu,  W.   Dongsheng  and   Z.  Wei,  Parame ter  Est imation  of  Softwa re  Reliabi lity  Model  and   Predic tion   Based  on  Hybr id  Wolf  Pack  Algorithm   and  Particle  Swarm   Optimiza tion,   IEEE  Access vol.  8,  pp.   29354 - 29369,  2020 , doi:10.1109/ACCESS.2020.2972826.   [18]   M.  Pedersen  and  A.   Chippereld,  Simplifyin Partic le   Swarm  Optimi zation ,   Applied  Soft  Computing ,   vol.  10,  no 2, pp.  618 - 628, 2010 , doi:10.1016/j.asoc.2009.08.029 .   [19]   P.  V.  Matrenin  and   V.  G.   Sekaev,  Partic le  Swarm   optimiza tion   with  veloci ty  restr iction   and  evolutio nary   parameters  selection  for  scheduling  problem,   in  Proc.  of  Int.  Siberian  Conf.  Control  and  Communications .   2015  International  Siberian  Conference on C ontrol and  Commun ications (S IBCON), 21 - 23, May 2015.    [20]   P.  Li  and  H,  Zhu,  Parame ter   Select ion  for  Ant   Colony  Algorit h Based  on  Bacte rial  Foragin Algorit hm ,   Mathematical  Problems i n Engineeri ng , vol. 2016,  pp.  1 - 12,  2016 , DOI: 10.1155/2016/6469721 .   [21]   M.  Mavrovouniotis,  F.  M.  Muller,  and  S.  Yang.  Ant  colony  optimiz ation  with  local  search  for  dynamic  traveling   salesman  problems,   IEEE   Trans.  on  Cyb ernetics vol.   4 7,  no.  7,  pp.   1743 - 1756,  2017 ,   doi:  10.1109/TCYB.201 6.2556742.   [22]   C - H.  Yang,  Y - S.  Lin,  L - Y.   Chuang,  and  H - W.   Chang.  parti cle  s warm  optimization - based  approach  with   local  search  for  predicting  protein  folding,   Journal   of  Comput ationa l   Biol ogy vol.  24,  no.  10,   pp.  981 - 994,   2017 DOI:   10.1089/cmb.2016.0104 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J  A r ti f  I nt e ll   I S S N 2252 - 8938       G e ne r al iz e s w a r m  i nt e ll ig e nc e  al go r it hm s  w it h domain - s pe c if ic  he ur is ti c s   ( P . M at r e ni n )   165   [23]   V.  Z.  Manusov,  P.  V.   Matrenin,  and  L.   S.  Atabaeva,  Firefly   algorit hm  to  optimal  distribution  of   reactive  power   compensat ion  units,   Intern.  Jour.  of   Electrical  and  Computer  Engi neering vol.  8,  no  3,   pp.  1758 - 1765,  2018 doi:10.1159 1/ijece.v8i3.pp1758 - 1765.   [24]   M.  Rosendo  and  A.  Pozo,  hybrid  Particle  Swarm  Optimizatio algorithm  for  combinatorial  optimization   problems,   in  Proc.  of  IEEE  Congress  on  Evolutionary  Computation,  Barce lona,  2010 doi:   10.1109/CEC.2010.5586178 .   [25]   J.  Kennedy,  R.  Eberhart,   Partic le  Swarm   Optimiza tion,   in   Pro c.  IEEE  Intern.  Conf.   on  Neural   Network Piscata way, N J, pp.  1942 - 1948 , 1995 .     [26]   M.  Dorigo,  V.  Maniezzo  and  A.  Colorni,  Ant  system:  optimization  by  colony  of  cooperatin agents,   in  IEEE  Transact ions  on  System s,  Man,  and   Cybern etics,   Part   (Cybe rnetic s) vol.  26,  no.  1,   pp.  29 - 41,   Feb.  1996,  doi:   10.1109/3477.484436.   [27]   Z.  Ruiqing  and  T.  Wansheng,  Monkey  algorithm   for  global  numeric al  optimization,   Jour.  of  Unc ertain  Systems vol. 2, no. 3, pp. 16 5 - 17 6 , 2008.     [28]   X.  Yang,  Firefly   algori thm,  Stochas tic  Test  Function   and  Design   Optimi s ation,   Inter.  Jour.  of  Bio - Inspired   Computation , vol. 2, no. 2, pp. 78 - 84, 2010 , DOI:  10.1504/IJBIC.2010.032124.   [29]   D.  T.  Pham,  A.  Ghanbarzadeh,  E.  Koc,  S.  Otri,  S.  Rahim  and  M.  Z aidi,  Bee  Algorithm:  Novel  Approach  to   Function   Optimisa tion,   The  Manufacturing  Engineering  Centre,  Cardiff  University,  Cardiff,  Tech.  Rep.  MEC   0501, 2005 .     [30]   M.  Ga rey,  D.  Johnson,  and  R.  Sethy,  The  complexity  of  flowshop   and  job  shop  scheduling,   Mathematics  of   Operations Research , vol. 1, pp. 117 - 129, 1976 , doi:10.1287/moor.1.2.117.   [31]   D.  Pezzella  and  E.   Merelli,  tabu   search  method  guided   by  shif ting  bottleneck  for  the   job  shop  scheduling   problem,   European  Journal  of  Operational  Research vol.  120,  no.  2,  pp.  297 - 310,  2000 doi:10.1016/S0377 - 2217(99)00158 - 7.   [32]   P.  Pardalos,  O.  V.  Shylo,  and  A.  Vazacopoulos,  Solving  job  shop  sc hedulin proble ms  utilizing   the  properties  of   backbone  and  big  valley,   Computationa Optimization   and  Applic ations vol.  47,  no.  1,  pp.  61 - 76,  2010 DOI:  10.1007/s10589 - 008 - 9206 - 5.   [33]   S.  Lawrence,  Suppleme nt  to  R esource  constrain ed  project  scheduli ng:  an  experiment al  investi gation  of  heuristic   scheduling technique s,   GSIA, Carnegie Mello n University, Tech.  Rep., Oct. 1984.   [34]   J.   E.  Beasley,  OR - Library:   distributing  test   problems  by   electronic  mail,   Journal   of  the   Operati onal  Researc h   Society , vol. 4 1 , pp. 1069 - 1072, 1990 doi:10.1057/jors.1990.166 .   [35]   Marcos - Alcalde,  E.  López - Vinas,  and   P.  Gomez - Puerta s,  MEPSAnd minimum  energy  path  surface   analysis  over   n - dimensional surfaces,   Bioinformatics , vol. 36, no. 3, pp. 956 - 958, 2020 , doi: 10.1093/bioinformatics/btz649 .   [36]   R.   H.  Petru cci,  W.S.  Harwood,  F.   G.  Herring,  and   J.  Madura,  General  chemistry:  principles  and  modern   applicati ons ,   9th ed., Bergen County, NJ: Prentice Hall, 2019.     [37]   N.  Yu.  Sdobnyakov,  V.S.   Myasnichenko,  S.   Cheng - Hung,  et.   al.,  Si mulation  of  phase  transforma tions   in  titanium   nanoalloy  at  different  cooling  rates,   Materials   Chemi stry  and  Physics vol.  238,  2019 doi:10.1016/j.matchemphys.2019.121895.   [38]   M.  A.  Miller,  J.  P.  Doye,  D.  J.  Wales,   Structu ral  relax ation  in  Mo rse  cluste rs:  Energ landsc apes,   Journal   of   Chemical  Physics ., vol. 110, no 1, pp. 328 - 334, 1998.   [39]   D.  J.  Wales,  Decoding  the  energy  landscape:   extracting  structure,  dy namics  and  thermodynamics,   Philosophical.   Trans. of  the R oyal So ciety  A , vol. 370, no 1969, pp. 2877 - 2899, 2012 , doi:  10.1098/rsta.2011.0208 .   [40]   J.  P.  K.  Doye,  “Physical  perspectives  on   the  global  optimization   of  atomic  Clusters,”  Global  Optimization Nonconve x Optimiz ation and I ts Applica tions , vol. 85, pp. 103 - 139, 2006 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.