بهینه سازی مبتنی بر قابلیت اعتماد چلیک های دولایه با استفاده از الگوریتم جستجوی الگو و شبکه عصبی بهینه شده به عنوان مدل جایگزین

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری سازه، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه یزد، ایران

2 دانشیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه یزد، یزد، ایران

چکیده

در این تحقیق، یک روش مبتنی بر مدل جایگزین شبکه عصبی بهینه شده برای حل مسائل بهینه سازی مبتنی بر قابلیت اعتماد سازه ها ارائه شده است.‌ ایده اصلی یافتن مدل جایگزینی است که در فضای متغیر ها به اندازه کافی تعمیم یافته باشد و همچنین در فرایند آموزش، دچار پدیده بیش برازش نشده باشد. به این ترتیب، ابتدا با استفاده از جعبه ابزارSM ، یک مجموعه داده از ورودی ها و خروجی های مساله ایجاد می شود. سپس یک مساله بهینه سازی برای به دست آوردن بهترین عملکرد شبکه عصبی حل می شود. متغیرهای طراحی در مرحله آموزش شبکه عصبی، تعداد لایه های تعریف شده در شبکه عصبی، تعداد نرون های هرلایه و نوع توابع انتقال در نظر گرفته شده اند. تابع هدف برابر با نسبت عملکرد که به صورت نسبت تعداد پارامترهای موجود در شبکه عصبی به تعداد اعضایی از مجموعه داده که در فرایند آموزش به کار می روند، تعریف می شود. در مرحله بعد، از الگوریتم جستجوی الگو برای حل مسائل بهینه سازی برمبنای قابلیت اعتماد استفاده شده است. برای نشان دادن کارایی روش ارائه شده، دو مثال عددی در نظر گرفته شده اند. در مثال نخست، یک خرپای ۱۰ عضوی دو بعدی و در مثال دوم، یک چلیک دو لایه ۸۳۲ عضوی مورد بررسی قرار گرفته اند. مثال اول برای هر دو حالت متغیرهای پیوسته و گسسته حل شده است. در مثال نخست، روش پیشنهادی ۳۲ برابر در حالت پیوسته و ۲۵ برابر در حالت گسسته سریع تر عمل کرده است. ( نسبت به حل مساله با مدل اصلی SAP 2000 و روش ابر مکعب لاتین).‌ در هر دو مثال، مدل جایگزین به دست آمده از روش پیشنهاد شده عملکرد مورد نظر در داده های اعتبار سنجی و آزمون را تامین کرده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Reliability-based design optimization of double layer barrel vault using pattern search algorithm and optimized neural network as an surrogate model

نویسندگان [English]

  • Reza Javanmardi 1
  • Behrouz Ahmadi-Nedushan 2
1 Ph.D Student,, Department of Civil Engineering, Yazd University, Yazd, Iran
2 Associate Professor,, Department of Civil Engineering, Yazd University, Yazd,, Iran
چکیده [English]

In this research, a method based on the optimal neural network and pattern search optimization algorithm is presented to solve reliability-based design optimization problems. The main idea is to find a surrogate model that does not suffer from the phenomenon of overfitting and therefore has a good generalization accuracy. In the first stage, using the program written using the SM toolbox, a data set of inputs and outputs of the problem is created by running Sap2000. Then an optimization problem is solved to obtain the best performance of the neural network. The design variables in the neural network training stage, are the number of layers, the number of neurons in each layer and the type of transfer. The objective function is the performance ratio, which is defined as the ratio of the number of parameters in the neural network to the number of members of the data set used in the training process. Subsequently. The pattern search algorithm is used to optimize the examples using the developed optimal ANN as a surrogate model. To demonstrate the effectiveness of the presented method, two numerical examples are considered. In the first example, a ten-bar plane truss and in the second example, a two-layered 832-membered barrel vault have been investigated. In the first example, the proposed method has worked about 32 times faster in the vase of continuous variables and 25 times faster in the case of discrete variables. (Compared to solving the problem with the original SAP 2000 model and the Latin hypercube sampling method). In both examples, the surrogate model obtained from the proposed method has provided the desired performance in both the validation and the test data.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Reliability-Based Design Optimization
  • Optimization
  • Double layer barrel vault
  • Neural network
  • Overfitting
  • SAP 2000