پروژه سخت افزار تکاملی با الگوریتم ژنتیک پژوهش کامل در حوزه کامپیوتر و فناوری اطلاعات میباشد و در 5 فصل تنظیم شده است.این پروژه با معرفی الگوریتم ژنتیک و سخت افزار تکاملی به بررسی آنها پرداخته است.شما میتوانید فهرست مطالب پروژه را در ادامه مشاهده نمایید.

پروژه بصورت فایل قابل ویرایش ورد(WORD) در 68 صفحه برای رشته کامپیوتر و IT در پایین همین صفحه قابل دانلود میباشد. شایسته یادآوری است که پروژه از ابتدا تا پایان ویرایش وتنظیم , سکشن بندی (section) ، نوشتن پاورقی (Footnote) و فهرست گذاری اتوماتیک کامل شده وآماده تحویل یا کپی برداری از مطالب مفید آن است.

چکیده

سخت افزار تکاملی، سخت افزاری است که بتواند ساختار خود را اصلاح کند. این تفکر با پیدایش تکنولوژی FPGAدر بین محققان شروع به رشد کرد. با توجه به اهمیت مدار های ترتیبی همگام در طراحی مدار های منطقی، در این پروژه با یک رهیافت تکاملی سعی در بهینه سازی این گونه مدار ها داریم. درگام اول بهینه سازی، با توجه به اینکه مسئلۀ تخصیص حالت که ذاتاً به این گونه مدار ها مربوط می شود، مسئله ای NP کامل است، سعی داریم با رهیافت الگوریتم ژنتیک تخصیص حالت بهینه مدار را بیابیم. خواهیم دید که یک تخصیص حالت بهینه به طور قابل توجهی در کاهش پیچیدگی بخش ترکیبی مدار ترتیبی تأثیرگذار می باشد. در گام دوم بهینه سازی سعی داریم با رهیافت برنامه نویسی ژنتیکی بخش ترکیبی مدار را از نظر تعداد گیت های معادل و میزان تأخیر انتشار در مدار کاهش می دهیم

شرح مختصری از مطالبی که در فصل های اینده به ان می پردازیم، در ذیل اورده شده است :

فصل اول، مطالبی در بارۀ اصول الگوریتم ژنتیک بیان شده است.

فصل دوم، مسئلۀ تخصیص حالت را بررسی می کنیم و نشان می دهیم که یک تخصیص حالت بهینه به طور قابل ملاحظه ای در کاهش پیچیدگی اجزای بخش ترکیبی مدار تأثیر گذار است. و در اخر، الگوریتم ژنتیک به کار رفته را به طور مختصر بیان می کنیم.

فصل سوم، مطالبی در بارۀ اصول برنامه نویسی ژنتیکی پایه بیان شده است.

فصل چهارم، مفاهیمی چون ماکزیمم تأخیر انتشار و تعداد گیت های معادل در یک مدار را توضیح داده و کارهای انجام شده در جهت حداقل سازی این پارامتر ها را بیان می کنیم. و در اخر رهیافت تکاملی ارائه شده برمبنای برنامه نویسی ژنتیکی را شرح می دهیم.

فصل پنجم، نتایج حاصل از اجرای پروژه و مقایسه با روش مرسوم.

واژه های کلیدی:سخت افزار تکاملی، مدار ترتیبی، الگوریتم ژنتیک، برنامه نویسی ژنتیکی، تخصیص حالت.

فهرست مطالب

مقدمه. 1

فصل اول  مقدمه ای بر الگوریتم ژنتیک

1- 1- الگوریتم ژنتیک چیست... 4

1-2- فلسفۀ انتخاب اصلح در طبیعت... 4

1-3- مفاهیم پایه ای الگوریتم ژنتیک... 5

1-3-1- تابع ارزیابی.. 6

1-3-2- نحوۀ کد کردن متغیر های تابع.. 6

1-3-3- ایجاد جمعیت اولیه. 7

1-3-4- ارزیابی کروموزوم ها7

1-3-5- انتخاب والد برای ایجاد نسل بعد. 8

1-3-6- تولید نسل جدید. 11

1-3-7- پایان دادن به اجرا13

فصل دوم  مدار های ترتیبی همگام و مسئلۀ تخصیص حالت

2-1- مدار های ترتیبی همزمان 15

2-1-1-مدل های میلی و مور. 16

2-1-2- فرایند طراحی مدار های ترتیبی.. 16

2-1-3- تخصیص حالت... 17

2-1-4- شناسایی یک تخصیص حالت خوب.. 21

2-2- کاربرد سخت افزار تکاملی در مساله تخصیص حالت... 21

2-3- الگوریتم ژنتیک در تخصیص حالت... 22

2-3-1- تعریف کروموزوم ها22

2-3-2- ایجاد جمعیت اولیه. 24

2-3-3- ارزیابی هزینۀ یک نمونۀ تخصیص حالت... 24

2-3-4- انتخاب تخصیص حالت های مناسب... 27

2-3-5- انجام عمل ادغام روی جمعیت... 27

2-3-6- انجام عمل جهش روی جمعیت... 28

2-3-7- شرایط خاتمۀ الگوریتم.. 28

فصل سوم  برنا مه نویسی ژنتیکی

3-1- برنامه نویسی ژنتیکی چیست... 29

3-1-1- کروموزوم ها در برنامه نویسی ژنتیکی.. 29

3-1-2- ایجاد جمعیت اولیه. 30

3-1-3- انتخاب کروموزوم برای ایجاد نسل جدید. 30

3-1-4- تولید نسل جدید. 30

3-2-گام های مقدماتی در اجرای برنامه نویسی ژنتیکی.. 33

3-2-1- گام اول : مجموعۀ پایانه ها33

3-2-2-گام دوم : مجموعه توابع.. 34

3-2-3- گام سوم : تابع سودمندی.. 34

3-2-4- گام چهارم : پارامتر های برنامه نویسی ژنتیکی.. 35

3-2-5-گام پنجم : شرایط خاتمه و خروجی برنامه. 35

3-3- یک نمونه اجرای برنامه نویسی ژنتیک... 35

3-3-1-گام های مقدماتی.. 36

3-3-2- گام به گام اجرای برنامه. 37

3-3-2-1- ایجاد جمعیت اولیه. 37

3-3-2-2- ارزیابی سودمندی.. 38

3-3-2-3- انتخاب، ادغام و جهش.... 39

3-3-2-4- شرایط خاتمه و خروجی برنامه. 40

فصل چهارم  بهینه سازی یک مدار ترکیبی

4-1- موارد موثر در کارایی مدار. 41

4-1-1- تعداد گیت های به کار رفته در مدار. 41

4-1-2- تأخیر انتشار یک گیت... 42

4-2- سخت افزار تکاملی در بهینه سازی بخش ترکیبی مدار. 42

4-3- برنامه نویسی ژنتیکی در بهینه سازی مدار های ترکیبی.. 44

4-3-1ساختار کروموزوم ها45

4-3-2- مقایسۀ ساختار ماتریسی و ساختار درختی در برنامه نویسی ژنتیکی.. 47

4-3-3- جمعیت اولیه. 47

4-3-4- ارزیابی سودمندی مدار. 47

4-3-5- انتخاب و ایجاد جمعیت جدید. 49

4-3-6- باز تولید مدار. 49

فصل پنجم  نتایج و مقایسۀ انها

1-1- مقایسۀ یک نمونه مدار پس از دو مرحله بهینه سازی.. 53

فهرست شکل ها

شکل 1-1: مقایسه ای بین الگوریتم ژنتیک و تکامل زیستی.. 4

شکل 1-2: نمودار گردشی الگوریتم ژنتیک... 6

جدول 1-1- نمونه ای از یک جمعیت تصادفی.. 8

جدول 1-2- کروموزوم های انتخابی.. 9

جدول 1-3- احتمال تجمعی کروموزوم ها10

جدول 1-4- احتمال اننتخاب هر کروموزوم بر مبنای هزیۀ ان.. 11

شکل 1-3-ادغام تک نقطه ای.. 12

شکل 1-4- ادغام دو نقطه ای.. 12

شکل 1-5- ادغام یکنواخت... 12

شکل 1-6 –یک نمومه عمل اغدام. 12

شکل 2-1-ساختار کلی مدل مدارهای ترتیبی.. 15

شکل 2-2- فرایند طلراحی مدارهای ترتیبی.. 16

شکل2-3- نمودار ماشین حالت... 18

جدول 2-1-جدول حالت مربوط به ماشین حالت... 18

شکل2-4- ساده سازی در سطح گیت با روش نقشه کارنو. 19

شکل2-5- مدار ترکیبی.. 19

جدول 2-2- جدول درستی ماشین حات با تخصیص حالت جدید. 20

شکل 2-6-ساده سازی در سطح گیت با روش نقشه کارنو برای تخصیص حالت جدید. 20

شکل 2-7- مدار حاصل از تخصیص حالت جدید. 21

شکل 2-8- یک نمونه کروموزوم برای تخصیص حالت3-2. 22

شکل 2-9- ماتریسAM... 26

شکل 3-1- ساختار درختیGPدر نمایش عبارت max(x+x,x+3*y)29

شکل 3-2- کروموزوم های والد. 30

شکل3-3- کروموزوم های والد مشابه. 31

شکل 3-4 –فرزندان متفاوت از والد های کاملاً مشابه. 32

شکل 3-5- مدل های جهش.... 32

جدول3-1- مجموعه پایانه. 34

جدول3-2- مجموعه توابع.. 34

شکل 3-6- جمعیت اولیه. 38

شکل 3-7 –مقایسۀ نمودار های مربوط به عبارت های حاصل از نسل اول با نمودار مربوط به عبارت هدف 38

شکل 3-8- جمعیت مسل جدید. 39

شکل4-1- نمونه ای از معدل سازی گیت ها41

شکل4-2- ساختار فنوتیپ ارائه شده توسط لوییس.... 43

شکل 4-3-ژنوتیپی بر مبنای فنوتیپ ارائه شده توسط لوییس.... 43

شکل4-4- نمونه ای از مدار ترکیبی با فنو تیپ لوییس.... 44

جدول 4-5- تعداد گیت های معدل و تأخیر در یک نمونه گیت... 45

شکل4-6- ساختار ژن در این نوع کروموزوم ها45

شکل 4-7- مدار مربوط به کروموزوم بالا. 46

شکل 4-8- یک نمو نه مدار کد شده (کروموزوم)46

شکل 4-9- ادغام چهار نقطهای.. 50

شکل 5-1- مدار (1) با یک تخصیص حالت نامناسب... 53

شکل 5-2- مدار (1) با تخصیص حالت بهینه. 53

شکل 5-3- مدار(1)پس از بهینه سازی بخش ترکیبی.. 54

شکل5-4- نمودار بهترین سودمندی مدارها در نسل های مختلف... 54