vysoké učení technické v brně evoluční algoritmy - matlab gate toolbox

25
4 IMPLEMENTACE
Jak již bylo naznačeno v dřívějších kapitolách, bylo potřeba vytvořit dynamicky
linkovanou knihovnu DLL, která by přebrala veškeré stěžejní funkce pro práci s binárním
kódem. Volba programovacího jazyka byla od počátku jasná. Programovací jazyk Java byl po
předběžných testech rychlosti zcela vyloučen, proto jsem se rozhodl pro objektové C++. Java je
sice moderní programovací jazyk, v systému Matlab je velmi dobře podporován, avšak běží
(stejně jako sytém Matlab) ve virtuálním stroji, proto jsem ani neočekával přílišné zvýšení
rychlosti výpočtů. Ukázalo se, že C++ kód přeložený vhodným kompilátorem dokáže být při
složitějších matematických operacích až 4x rychlejší než podobně napsaný zdrojový kód
v jazyce Java.
Od začátku jsem ještě přesně nevěděl, jak bude finální knihovna vypadat co se týče
počtu a odlišnosti algoritmů. Nejdříve jsem psal metody do samostatných zdrojových kódů a
chtěl jsem mít ve finálním řešení několik samostatných DLL knihoven (každá metoda
optimalizace ve zvláštní knihovně). Nakonec se ukázalo, že algoritmy mají mnoho společného,
takže jsem celou knihovnu přepracoval a algoritmy sloučil do jedné DLL knihovny.
4.1 Vnitřní implementace DLL
DLL se skládá z několika celků, naprogramovaných jako samostatné objekty. Jedná se o
hlavní jádro COptMethod, metody HCA: CHca1, CHca2, CHca12, genetický algoritmus CGa
(obsahuje také modifikaci GA-HC), XML parser CXml, a v poslední řadě také celé DLL
exportní rozhraní.
DLL knihovna
CGa
CHca1
Matlab
DLL
I/O
rozhraní
COptMethod
CHca2
CXml
CHca12
Obr. 6 Vnitřní blokové schéma knihovny DLL
V I/O rozhraní DLL knihovny mohou být pouze exportní a importní metody. Jsou
uzpůsobeny tak, aby dokázaly obsloužit vstupní a výstupní požadavky všech optimalizačních
metod a XML parseru.
4.1.1 Optimalizační jádro COptMethod
Hlavní jádro obsahuje veškeré metody společné pro všechny algoritmy. Je to hlavní
objekt, který je předek pro objekty optimalizačních metod HCxx a GA. Obsahuje strukturu pro
nastavení parametrů optimalizace, dynamická pole pro binární populaci a její ohodnocení,
všechny konverzní metody mezi binárním kódem a reálnými čísly, funkce pro náhodnou
inicializaci populace, exportní funkce pro XML nastavení, podporu pro distribuované výpočty a
výkonné metody. Výkonné části kódu jsou řešeny virtuálními metodami, protože potomci
(konkrétní optimalizační algoritmy) mají tyto metody zcela odlišné.