Győri kutató természet ihlette evolúciós algoritmusai a leghatékonyabbak a világon

A természet kimeríthetetlen kincsestár a tudomány számára. Az informatikában például a baktériumok evolúciós folyamatait ültetik át evolúciós algoritmusok megalkotásába. A modern tudományban a szakterületek összekapcsolódnak, az informatikusok részben biológussá is válnak. Ahogy a Széchenyi István Egyetemen Tüű-Szabó Boldizsár PhD-hallgató is.

Győr, 2019. január 21. – SZEhírek, Nyerges Csaba

A Multidiszciplináris Műszaki Tudományi Doktori Iskola hallgatója, Tüű-Szabó Boldizsár témavezetőivel, Dr. Földesi Péter és Dr. Kóczy T. László professzorokkal a világ vezető tudományos folyóirataiban publikálhatta jelentős eredményeit az úgynevezett Utazó Ügynök Probléma és változatainak megoldásában. A Q1-es minősítésű International Journal of Intelligent Systems-ben és az Information Sciences Journalban jelentek meg írásai, valamint több konferenciacikk is születetett kutatásaiból.

 

Tüű-Szabó Boldizsár kutatásaira felfigyelt a nemzetközi tudományos közösség. Fotó: Májer Csaba József.

Ennek elismeréseként elnyerte az Új Nemzeti Kiválóság Program ösztöndíját a Széchenyi István Egyetemen. Olyan területeket vizsgál, mint „A Diszkrét Bakteriális Memetikus Evolúciós Algoritmus (DBMEA) gyorsításának lehetőségei a szimmetrikus Utazó Ügynök Probléma megoldására”.

„A Révaiból felvételiztem a Széchenyi István Egyetemre. Győri vagyok, kedvelem ezt a várost, itt akartam folytatni a tanulmányaimat. Villamosmérnökként végeztem, és köztudomású, hogy nagyon jó hagyományai vannak ennek a szaknak évtizedek óta a győri egyetemen. Az alapszakon és a mesterszakon is itt szereztem diplomát. Szerettem itt tanulni, mert sok ismeretanyagot kaptam és a TDK-kon keresztül bekapcsolódhattam a tehetséggondozásba is. A szakdolgozatomban egy talajvizsgáló szoftvert dolgoztam ki, ami képi információk alapján ismeri fel a talajok típusát. A doktori iskolában viszont már az Utazó Ügynök Probléma különböző aspektusaival foglalkozom” – mondja Tüű-Szabó Boldizsár, aki a mesterszakos diploma átvétele, 2015 óta oktat a Széchenyi-egyetemen, és a PhD-fokozat megszerzése előtt áll.

Mit is jelent az Utazó Ügynök, Utazó Szerelő Probléma? Leegyszerűsítve azt mondhatjuk, hogy a felkeresendő helyek optimális sorrendjét határozzák meg annak érdekében, hogy az útvonal minimális költségű legyen. Persze nem egy átlagos pizzafutár napi rutinját kell ideképzelni. Tüű-Szabó Boldizsár több ezres állomáslistával dolgozik az utazó ügynök probléma változatainak kezelésére.

„Különféle heurisztikus módszereket alkalmazok a feladatok megoldására. A populáció alapú evolúciós algoritmusokkal például jól lehet kezelni ezt a problémát. Ahogy a baktériumok fejlődése során is egyre fejlettebb, jobb tulajdonságokkal bíró egyedek jönnek létre, úgy az evolúciós algoritmusok is egyre jobb, költséghatékonyabb  útvonalakat eredményeznek. Ilyet alkottam jómagam is témavezetőim segítségével” – mondja Boldizsár.

A baktériumok információcsere alapján javítják a tulajdonságaikat, ugyanígy az algoritmus is információáramlással finomít az egyes útvonalakon. Tüű-Szabó Boldizsár megoldása a referencia feladatokon tesztelve rövidebb úthosszakat adott, mint a korábbi algoritmusok, és a futtatása is gyorsabb volt két vizsgált probléma esetében. Vagyis ma a világon a Széchenyi István Egyetemen kidolgozott módszer a leghatékonyabb, a legáltalánosabban alkalmazható a felvetett problémák kezelésére.

A bakteriális evolúciós algoritmus két operátort használ a populáció egyedeinek javítására, a bakteriális mutációt és a génátadást. Az algoritmus folyamatában a kezdeti populáció felállítását bakteriális mutációk, lokális keresések és génátadások követik. A populáció egyedekből áll, amelyek mindegyike egy megoldást jelent az adott feladatra. A DBMEA algoritmus esetén a populáció egyedei egy-egy lehetséges útvonalat reprezentálnak. A génátadás a populáción belül az egyedek közötti információcserét teszi lehetővé.

„Tehát az algoritmusban az egyes útvonalak feleltethetők meg egy-egy baktériumnak, egyednek. Olyan műveleteket hajtunk végre az egyes egyedeknél, amelyek a baktériumok egyedfejlődésénél fordulnak elő. Különböző kereszteződések és mutációk által fejlesztjük a baktériumoknak megfeleltethető útvonalakat” – mondja Boldizsár, kiemelve, hogy összességében akár az emberi erőforrást, akár az üzemanyagot tekintve is jelentőst megtakarítást, a környezetvédelemben pedig emissziócsökkentést jelent ez a megoldás, amit egyébként széles körben lehet használni az automatizált problémamegoldásban. Valódi élethelyzetek, termelési, logisztikai feladatok kezelésében.

Tüű-Szabó Boldizsár más feladatokon, területeken keresztül is szeretné bemutatni módszere hatékonyságát. Kutatásait az Utazó Ügynök Problémával kezdte, végig vizsgálta a különböző változatokat, így például az időablakos utazó problémát, mint ahogy a csomagszállítóknál a vásárló is megadhat egy idősávot, amikor otthon lesz, és ehhez kell alkalmazkodni a kiszállításban. Ugyanígy a jövőben a forgalmi helyzetet is szeretné figyelembe venni, hogy még teljesebb körű szolgáltatást lehessen adni a felhasználóknak.

A kutatás mellett Tüű-Szabó Boldizsár oktat is a Széchenyi István Egyetemen a számítógéphálózatok, a mesterséges intelligencia, a Fuzzy rendszerek területén. Szeretné az egyetemen folytatni tudományos és oktatói karrierjét, és kiteljesedni az útvonal optimalizáláson túl a Fuzzy modellezésben, ahol ugyancsak a biológia területén mozoghat, hiszen a fehérjeszerveződések összekapcsolódását vizsgálja debreceni kutatókkal közösen.

Boldizsár ikertestvére, Norbert is a győri egyetemen végzett, a jogi karon. Ő is a műszaki doktori iskolában folytatja tanulmányait, és a Fuzzy modellezést veszi alapul kutatásaihoz.

Események

MÉK nyílt nap 2020. január 24. 10:00 - 16:00
MÉK Gazdász Bál 2020. január 25.
Szenátusi Ülés 2020. január 27. 14:00 - 16:00