Okruženje za rješavanje optimizacijskih problema

Rješavanje složenih optimizacijskih problema koji se javljaju u praksi zahtjeva primjenu optimizacijskih postupaka realiziranih preko računalnih algoritama. Iako postoje kvalitetni komercijalni alati za optimiranje određenim metodama, poglavito primjenjivi na rješavanje linearnih programa, sve veća potreba za rješavanjem nelinearnih i NP-teških problema zahtjeva primjenu heurističkih optimizacijskih postupaka koji, za razliku od egzaktnih metoda, ne garantiraju nalaženje globalno optimalnog rješenja, ali uglavnom u razumnom vremenu mogu generirati dovoljno dobra približna rješenja. Međutim, postojeća programska podrška za optimiranje heurističkim postupcima ne zadovoljava. Iskorištavanje tih programskih rješenja često zahtjeva poznavanje naprednih tehnika programiranja a univerzalan im je nedostatak nepostojanje vizualnog sučelja za provođenje procesa optimiranja te nemogućnost vizualizacije rezultata i provođenja njihove analize i usporedbe, što je od velike važnosti kod heurističkih metoda optimizacije koje zahtijevaju precizno podešavanje njihovih parametara. Na temelju provedene klasifikacije domene područja optimizacije izgrađen je konceptualni model unutar kojega su definirani i modelirani pojedini elementi iz domene i njihove interakcije. Na osnovu tog konceptualnog modela je oblikovano i izgrađeno ESOP optimizacijsko okruženje unutar kojeg je primjenom naprednih tehnika objektno-orijentirane paradigme ugrađena razvojna okosnica koja omogućava ugradnju širokog skupa različitih optimizacijskih postupaka. Uz to je izgrađena i ESOP ljuska kao univerzalni prezentacijski sloj kroz koju se definiranje cjelokupnog procesa optimizacije obavlja preko vizualnog sučelja, i u koju su ugrađene mogućnosti za vizualizaciju i analizu rezultata i međurezultata optimizacije. Razvijeno ESOP optimizacijsko okruženje je primijenjeno na rješavanje složenog problema optimizacije parametara mehaničke strukture brodske konstrukcije. Usprkos velikom broju varijabli i ograničenja postavljenih u problemu, primjenom genetičkih algoritama ugrađenih u ESOP okruženje su dobiveni kvalitetni rezultati.Solving of difficult optimization problems requires the application of optimization methods implemented as computer algorithms. Although there exist a number of commercial tools for certain optimization techniques, especially for linear programming, the necessity to solve nonlinear and NP-hard problems introduces heuristic optimization methods, which, in contrast to exact methods, do not guarantee globally optimal solution, but they usually find satisfactory solutions in reasonable time. However, the existing optimization packages based on heuristic methods are not fully satisfactory. Their use often requires knowledge of advanced programming techniques and they generally suffer from lack of graphical user interface and absence of tools for visualization of analyses and comparisons, which are very important aspects of heuristic optimization techniques, due to sensitivity upon their parameter values. Based on classification of the problem domain, a conceptual model was developed consisting of elements from the general domain of optimization and defining their mutual interactions. Based on the conceptual model, ESOP optimization environment has been designed and implemented. ESOP framework, which serves as the foundation of ESOP environment upon which a GUI interface is built, was developed using advanced object-oriented techniques and it can support different kinds of optimization methods. The ESOP shell was implemented as a universal presentation layer with graphical user interface, with installed components for visualization and analysis of final and intermediate results of optimization. The ESOP environment has been used for solving a complex problem of finding optimal values for parameters in ship mechanical structure. Notwithstanding the large number of variables and constraints in the problem, the application of genetic algorithms implemented in ESOP environment has yielded good results