Аппаратные реализации генетических алгоритмов

До настоящего момента, говоря о генетических алгоритмах, мы имели в виду компьютерную программу, реализующую эти алгоритмы. При использовании такого подхода в реальных задачах всегда возникала проблема, связанная с большим временем работы алгоритма. В данной статье мы поговорим об аппаратной реализации, то есть построении ГА на основе схемотехнических решений, с использованием микропроцессорных устройств только для выполнения функций управления, а не для  расчёта. Такие системы гораздо эффективнее с точки зрения быстродействия.

Области применения и разработок

1. Повышение эффективности решения оптимизационных задач
2. Построение адаптивных систем управления и принятия решений реального времени
3. Робототехника
4. Проектирование виртуальных аппаратных средств

Основные модели аппаратных ГА

• Компактные ГА – не используются, поэтому мы их рассматривать не будем
• Вероятностные ГА

Схема функционирования вероятностного ГА

При инициализации производится настройка параметров функционирования алгоритма. Блок генерации популяции включает оператор создания начальной популяции, а также создание последующих популяций особей с помощью операторов скрещивания и мутации на основе рассчитанных вероятностей.

Аппаратная версия ГА гораздо быстрее программной. Для первого итерационного цикла аппаратной реализации ГА потребуется 8,409/100000 с, а для программной реализации 22, 983 с. Это при условии, что тактовая частота аппаратной реализации 125 МГц, а частота машины, на которой реализуется программный ГА — 540 МГц. Таким образом, получаем увеличение быстродействия в 27 380 раз.

Среди минусов аппаратной реализации ГА можно назвать сложность или невозможность представления в аппаратном виде способа расчёта ФП для каждой конкретной задачи (или класса задач).