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김종우(Zong Woo Geem),김원배(Won Bae Geem),우효섭 대한토목학회 2007 대한토목학회지 Vol.55 No.2
토목사업은 국가차원에서 막대한 재원이 투입되므로 보다 효율적인 설계를 통해 그 성능을 제고하고 국민의 세금을 절감하는 것이 설계자에 있어 중요한 덕목이라 볼 수 있다. 비용절감을 도모하는 최적화 설계는 전통적으로 수학의 미분을 이용하는 방법(예를 들어, 라그랑지 승수법이나 BFGS법)이나 방향을 선택하여 나열하는 방법(예를 들어, 분지한계법) 등 이 널리 사용되어 왔다. 하지만, 다변수를 가진 대규모 설계나 미분이 불가능한 이산변수를 가진 설계에서는 이러한 방법의 사용이 불가능하다. 해서, 근자에는 자연현상이나 행동현상을 모방한 진화연산(예를 들어, 유전알고리즘, 모의담금질, 혹은 개미군집 알고리즘)이 각광받기 시작했다. 본 연구에서는 음악가들의 즉흥연주에서 아이디어를 얻어 새로이 개발된 하모니써치 알고리즘을 소개하고, 토목공학의 다양한 분야에 적용예를 알아보며, 기존의 진화연산 알고리즘과도 연산능력을 비교하였다. 특히, 예제수준이 아닌, 대규모 토목시설의 설계문제에 적용하여 기존의 유전알고리즘보다 월등히 좋은 결과를 얻었는데, 그 이유를 설명하기 위해 미분도함수가 아닌 하모니써치가 가진 새로운 형태의 추계 도함수를 제시 하였다. 또한, 보다 수월히 최적화를 도모할 수 있도록 IT기술을 활용한 웹기반 최적화 연산툴을 만들었으며, 다른 연구자들이 보다 용이하게 하모니써치 알고리즘에 접근할 수 있게 하기 위하여 논문과 프로그래밍 예제를 제공하는 웹사이트도 구축하였다. Cost-savings in civil engineering projects can be one of the cardinal virtues for design engineers because the projects require enormous budget paid by tax payers. Optimization, which seeks efficient and economical design, has traditionally adopted mathematical differentiation (ex, Lagrangian multiplier, BFGS techniques, etc) or reduced enumeration (ex, branch and bound method). However, for a design with numerous variables or that with discrete variables (instead of continuous variables), the above-mentioned techniques have failed to search desirable solutions. Hence, researchers have turned their interests to evolutionary algorithms (ex, genetic algorithm, simulated annealing, and ant colony algorithm) that mimic natural or behavioral phenomenon. This study introduced another phenomenon-based algorithm (harmony search) which mimics the improvization process of musicians, then compared its performance with other algorithms in various civil engineering problems. Especially, when applied to large-scale real-world problem, the harmony search algorithm found much better results than those of genetic algorithm because it has a novel stochastic derivative which is different from traditional calculus-based one. In addition, a web-based optimal computing tool and informative website have been developed in order for other researchers to easily understand and utilize the harmony search algorithm.
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