<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">caht</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Научный вестник МГТУ ГА</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Civil Aviation High Technologies</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">2079-0619</issn><issn pub-type="epub">2542-0119</issn><publisher><publisher-name>Moscow State Technical University of Civil Aviation (MSTU CA)</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.26467/2079-0619-2018-21-3-139-149</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">caht-1264</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>Информатика, вычислительная техника и управление</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>Information technology, computer engineering and management</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>ПРИМЕНЕНИЕ ГИБРИДНОГО МЕТОДА СЛУЧАЙНОГО ПОИСКА В ЗАДАЧАХ ОПТИМИЗАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>APPLICATION OF HYBRID RANDOM SEARCH METHOD TO  OPTIMISATION OF ENGINEERING SYSTEMS’ PARAMETERS</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Пантелеев</surname><given-names>А. В.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Panteleev</surname><given-names>A. V.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой математической кибернетики факультета «Прикладная математика и физика»</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor, Head of Mathematics and Cybernetics Department</p></bio><email xlink:type="simple">avpanteleev@inbox.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Родионова</surname><given-names>Д. А.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Rodionova</surname><given-names>D. A.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>аспирант факультета «Прикладная математика и физика»</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Postgraduate Student</p></bio><email xlink:type="simple">d.arya.rodionova@yandex.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), г. Москва</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Moscow Aviation Institute (National Research University)</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2018</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>03</day><month>07</month><year>2018</year></pub-date><volume>21</volume><issue>3</issue><fpage>139</fpage><lpage>149</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Пантелеев А.В., Родионова Д.А., 2018</copyright-statement><copyright-year>2018</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Пантелеев А.В., Родионова Д.А.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Panteleev A.V., Rodionova D.A.</copyright-holder><license xml:lang="ru" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.</license-p></license><license xml:lang="en" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://avia.mstuca.ru/jour/article/view/1264">https://avia.mstuca.ru/jour/article/view/1264</self-uri><abstract><p>В работе предложена модификация метода случайного поиска с последовательной редукцией области исследования (метода Luus – Jaakola), относящегося к классу метаэвристических методов поиска глобального экстремума. Предложен гибридный метод глобальной оптимизации, основанный на совместном использовании метода случайного поиска с последовательной редукцией области исследования, метода адаптивного случайного поиска и метода поиска наилучшей пробы. Полученный модифицированный метод применен для решения прикладных инженерных задач оптимизации параметров технических систем. Этот класс задач возникает при проектировании ракетно-космических и авиационных конструкций. Целью таких задач является минимизация стоимости или веса рассматриваемой конструкции. Подобные задачи представляют собой задачи условной глобальной оптимизации со сложным рельефом поверхностей уровня целевой функции и с большим числом переменных, что делает применение классических методов глобальной оптимизации малоэффективным, в то время как использование метаэвристических методов позволяет получить достаточно точное решение за приемлемое время. В работе решение задачи глобальной условной оптимизации происходит с использованием метода внешних штрафов. Выполняется переход к задаче оптимизации вспомогательной целевой функции, при этом параметры штрафа подбираются так, чтобы выполнялись наложенные ограничения, определяющие множество допустимых решений. В работе рассмотрены две прикладные задачи: определение параметров сосуда высокого давления и определение параметров натяжной/компрессионной пружины. На основе предложенного алгоритма разработан комплекс программ, решающих данные прикладные задачи, результаты работы которого сравниваются с результатами работы немодифицированного метода случайного поиска с последовательной редукцией области исследования и другими метаэвристическими алгоритмами. Сравнение полученных результатов демонстрирует эффективность предложенного метода.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>This paper presents a modification of the Luus-Jaakola global optimization method, which belongs to the class of metaheuristic algorithms. A hybrid method is suggested, using a combination of random search methods: Luus-Jaakola method, adaptive random search method and best trial method. The obtained method is applied to the optimization of parameters of different engineering systems. This class of problems appears during the design of aerospace and aeronautical structures; its goal is the cost or weight minimization of the construction. These problems belong to the class of constrained global optimization problems, where the level surface of the objective function has uneven relief and there is a large number of variables. This means that the classical optimization methods prove to be inefficient and these problems should be solved using metaheuristic optimization methods, which provide sufficient accuracy at reasonable operating time. In this paper, the constrained global optimization problem is solved using the penalty method. Thus, the problem of exterior penalty function optimization is considered, where the penalty coefficients are chosen in such a way as to avoid the violation of the constraints. Two applied problems are considered in the paper: the determination of the high-pressure vessel parameters and the anti rattle spring parameters determination. Using the suggested algorithm, a software complex was developed, which allows us to solve engineering optimization problems. The results obtained using the suggested methods were compared with the results obtained using the non-modified Luus-Jaakola method in order to demonstrate the efficiency of the suggested hybrid random search method.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>метаэвристические методы оптимизации</kwd><kwd>глобальный экстремум</kwd><kwd>случайный поиск</kwd><kwd>гибридные методы</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>metaheuristic methods</kwd><kwd>hybrid methods</kwd><kwd>global extremum</kwd><kwd>random search</kwd></kwd-group><funding-group><funding-statement xml:lang="ru">Работа выполнена при поддержке РФФИ, грант № 16-07-00419 А</funding-statement><funding-statement xml:lang="en">The study was conducted with support of the Russian Foundation for Basic Research grant №16-07-00419 А</funding-statement></funding-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Luus R., Jaakola T.H.I. Optimization by direct search and systematic reduction of the size of search region // American Institute of Chemical Engineers Journal (AIChE). 1973. Vol. 19(4). Pp. 760–766.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Luus, R. and Jaakola, T.H.I. (1973). Optimization by direct search and systematic reduction of the size of search region. American Institute of Chemical Engineers Journal (AIChE), vol. 4(19), pp. 760–766.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Luus R. Iterative Dynamic Programming. CRC Press, 2000. 344 p.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Luus, R. (2000). Iterative Dynamic Programming. CRC Press, 344 p.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Пантелеев А.В., Метлицкая Д.В., Алешина Е.А. Методы глобальной оптимизации. Метаэвристические стратегии и алгоритмы. М.: Вузовская книга, 2013. 244 c.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Panteleev A.V., Metlitskaya, D.V. and Aleshina, E.A. (2013). Metody global'noi optimizatsii. Metaevristicheskie strategii i algoritm [Metaheuritic strategies and algorithms]. M.: Vuzovskaya kniga, 244 p. (in Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Родионова Д.А. Комплекс программных средств «Метод случайного поиска с последовательной редукцией области исследования» // Материалы XVIII Межд. конф. по вычислительной механике и современным прикладным программным системам (ВМСППС’2013), 2013, Алушта. М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2013. С. 779–781.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Rodionova, D.A. (2013). Kompleks programmnykh sredstv “Metod sluchainogo poiska s posledovatel'noi reduktsiei oblasti issledovaniya [Complex of programming software ”Method of random search with the successive reduction of the research sphere]. Materialy XVIII Mezhd. konf. po vychislitel'noi mekhanike i sovremennym prikladnym programmnym sistemam (VMSPPS’2013), 2013, Alushta [Proceedings of the XVIII International Conference on computing mechanics and modern applied programming systems (VMSPPS 2013), Alushta 2013]. Moscow: Publ. house MAI-PRINT, pp. 779–781. (in Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Пантелеев А.В., Родионова Д.А. Применение метода случайного поиска с последовательной редукцией области исследования в задачах оптимального управления детерминированными системами // Известия института инженерной физики. 2014. № 3(33). С. 17–22.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Panteleev, A.V. and Rodionova, D.A. (2014). Primenenie metoda sluchainogo poiska s posledovatel'noi reduktsiei oblasti issledovaniya v zadachakh optimal'nogo upravleniya determinirovannymi sistemami [Application of the method of random search with successive reduction of research sphere in problems of optimal management with determined systems]. Izvestiya instituta inzhenernoi fiziki [Herald of Institute of Engineering Physics], no. 33(3), pp. 17–22. (in Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Cagnina L.C., Esquivel S.C. Solving Engineering Optimization Problems with the Simple Constrained Particle Swarm Optimizer // Informatica. 2008. No. 32. Pp. 319–326.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Cagnina, L.C. and Esquivel, S.C. (2008). Solving Engineering Optimization Problems with the Simple Constrained Particle Swarm Optimizer. Informatica, no. 32, pp. 319–326.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ragsdell K., Phillips D. Optimal Design of a Class of Welded Structures Using Geometric Programming // J. Eng. Ind. 1976. No. 98(3). Pp. 1021–1025.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Ragsdell, K. and Phillips, D. (1976). Optimal Design of a Class of Welded Structures Using Geometric Programming. J. Eng. Ind., no. 3(98), pp. 1021–1025.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Golinski J. An Adaptive Optimization System Applied to Machine Synthesis // Mech. Mash. Theory. 1973. No. 8(3). Pp. 419–436.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Golinski, J. (1973). An Adaptive Optimization System Applied to Machine Synthesis. Mech. Mash. Theory, no. 3(8), pp. 419–436.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Пантелеев А.В., Евдокимова М.Д. Методы «роевого» интеллекта в задачах оптимизации параметров технических систем // Научный Вестник МГТУ ГА. 2017. Т. 20, № 2. С. 6–15.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Panteleev, A.V. and Evdokimova, M.D. (2017). Solving Engineering Optimization Problems With The Swarm Intelligence Methods [Solving Engineering Optimization Problems With The Swarm Intelligence Methods]. Civil Aviation High Technologies, vol. 20, no. 2, pp. 6–15. (in Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
