人工智慧演算法應用於藥劑噴灑最佳化問題之研究

Artificial Intelligence Approaches for the Optimal Spray of Liquid Medicament

李堃銓(Kuen-Chiuan Lee)

指導教授 ： 謝益智

國立虎尾科技大學/管理學院/工業工程與管理研究所/碩士(2011年)

摘要

近年來登革熱(Dengue)在各地肆虐，其中尤以台灣高屏地區為登革熱之高危險地帶。登革熱屬於地區性傳染疾病，一旦蔓延將造成大規模傳染與民眾恐慌，因此登革熱防制格外重要。本研究探討藥劑噴灑最佳化問題，此問題包含每週可用藥劑、病媒蚊擴散比率與工作團隊數的選擇，問題目的為如何有效地噴灑有限的藥劑以降低傳染病的蔓延，以使疫情控制在安全範圍內。
本研究探討的問題假設各地區病媒蚊指數將依照其臨近接觸面積前一週病媒蚊指數的情況而會不斷地上升，唯有進行藥劑噴灑才可降低病媒蚊指數，因此本研究之問題複雜度相當高。若以傳統演算法來求解此藥劑噴灑最佳化問題，其運算時間將較為冗長，並且無法求得最佳解，因此具有求解快速與能夠得到近似最佳解之人工智慧演算法便成為一個較可行的方式。
本研究以提出之免疫演算法(Immune Algorithm，IA)、基因演算法(Genetic Algorithm，IA)與粒子群演算法(Particle Swarm Optimization，PSO)等三種人工智慧演算法對此藥劑噴灑最佳化問題進行求解。除此之外，為了確保求解品質，本研究採用田口方法中直交表的應用進行實驗設計，以找出最佳參數來求解此藥劑噴灑最佳化問題。本研究分別對以里作為目標的旗津區與以區作為目標的高雄市其中20個區進行測試，數值結果顯示，免疫演算法的求解品質優於基因演算法與粒子群演算法。除此之外，本研究亦探討相關參數對疫情的影響，例如：總藥劑數量、病媒蚊擴散比率與工作團隊數等。

關鍵字

登革熱 ； 最佳化 ； 藥劑噴灑 ； 人工智慧演算法 ； 田口方法

並列摘要

There have been several cases of dengue in Taiwan recently. Kaohsiung and Pingtung are the high risk areas of dengue in Taiwan. The dengue is a kind of regional infectious diseases, and if we can not control this disease, then it will cause serious infection and people’s panic. So the spay of liquid medicament is more and more important. This thesis studies the optimal spray of liquid medicament problem which contains several important issues to be decided, e.g., how to allocate the weekly available liquid medicament and the number of teams for various diffusion rates of mosquitoes.
In this thesis, we assume that the index of mosquito of a specific area will continue to rise based upon the indices of mosquito of itself area and of its near regions. The only way to reduce the index of mosquito of a specific area is to spay the liquid medicament. Therefore, the complexity of the problem in this study is quite high. Typical mathematical programming approaches are time expensive for finding the optimal solution of this problem. Therefore, in practice, heuristics are proposed to solve this optimal spray of liquid medicament problem.
In this study, we propose three heuristic algorithms to solve the spray of liquid medicament problem, including immune algorithm, genetic algorithm and particle swarm optimization. In addition, in order to ensure that the solution quality, in this study, we use the orthogonal array of Taguchi method to solve for the best parameter of this sprayed optimization problem. In this study, we test two problems in Chichin and Kaohsiung separately. Numerical results show that the solutions by immune algorithm is better than those by genetic algorithm and particle swarm optimization.

並列關鍵字

Dengue ； Optimization ； Spray of Liquid Medicament ； Artificial Intelligence Approaches ； Taguchi Method

參考文獻

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