Description:

"Программы и алгоритмы Soft computing для качественной и количественной интерпретации данных сейсморазведки и оценки свойств коллекторов. Часть 3, Эволюционные вычисления и другие аспекты программ и алгоритмов." Фред Аминзаде (Fred Aminzadeh) Перед вами третья из серии обзорных статей по программам и алгоритмам, применяемым в нефтяной отрасли. Здесь мы рассмотрим эволюционные вычисления и смежные вопросы, такие как генетические алгоритмы (ГА), генную инженерию, геном, ДНК, искусственную жизнь и возникновение разума. Мы начнем с краткого обзора технологии эволюционных вычислений. Будет также дан обзор применения ГА в разведочной и промысловой геофизике (РПГ). Далее отдельно рассматриваются некоторые недавние примеры реализации ГА в разных областях РПГ, включая программы оптимизации добычи, характеристики коллекторов и оценки проницаемости. Мы также укажем области сейсморазведки, где использование ГА (программа Genome) и программ на основе "теории сложности" может стать более эффективным. Введение Технологии эволюционных вычислений затрагивают широкий спектр взаимосвязанных алгоритмов, включая ГА, генную инженерию, геном, ДНК, искусственную жизнь и возникновение разума. Эти технологии уже оказывают сильное воздействие на многие области. Например, геном человека уже находит практическое применение в биологических науках (в медицине и фармацевтической отрасли). На рис. 1 показана связь ДНК и жизни. Некоторые из этих методов уже используются, независимо или в сочетании с другими алгоритмами, во многих сферах наук о земле, в разведке углеводородного сырья и решении производственных задач. Большая часть ГА используется как средство эффективной оптимизации. Рис. 1. От ДНК к жизни. Министерство энергетики США, проект "Геном" (www.doegenome.gov) Эволюция Отправимся на 45 млн. лет назад и исследуем "протокита" басилозавра. У него была почти независимая голова и передние лапы (рис. 2А). Задние конечности редуцировались до маленьких плавников, требовавших больших усилий для движения в воде. Чтобы плавать и охотиться эффективнее (быстрее и с большей точностью движений), должны были произойти сразу два события: 1) укорочение "плечевой" части, при фиксации локтя; и 2) удлинение пальцев, которые составят основу плавника (рис. 2А). Движения таких особей были быстрее и точнее, они жили дольше и оставляли больше потомства. Они кодируются четырьмя генами: первые два отвечают за "лапу", остальные за пальцы. В нашем представлении генома кружок на синем фоне обозначает активацию признака; крестик на зеленом дезактивацию. Идеальный геном (короткие лапы и длинные пальцы) выглядит так: Генетический пул популяции включает геномы A: t, B: , C: t и D:. Заметим, что А и В ближе всего к родительским геномам, а D - к оптимуму, нужно лишь несколько удлинить пальцы. Мера соответствия или вероятность воспроизводства вычисляется путем начисления одного. Другие улучшения в аэродинамике (например, срастание балла за каждый ген, соответствующий идеалу) приспособили их к ограничениям, налагаемым водной средой. Это процесс приспособления столь совершенен, что в наши дни наблюдается поразительное сходство акулы, дельфина и подводной лодки. Рис. 2. Басилозавр, древний кит (A). Боковой плавник дельфина обыкновенного: два пальца гипертрофированы в ущерб остальным частям (B). Эволюция и ГА. Генетический пул (совокупность генов) данной популяции потенциально содержит решение (или улучшенное решение) любой конкретной задачи. Итого Таблица 1. Генетический пул популяции В следующем цикле воспроизводства у C и D будет общий потомок, который унаследует желаемую комбинацию генов: D: t+ C: t_. Скрещивание - основа ГА, но имеются также и другие задачи приспособления. Это решение не "реализовано", операции, такие как мутация. На практике искомое решение так как комбинация генов, на которой оно основано, разделена между несколькими особями. Только объединение различных геномов может привести к решению. Приспособление и отбор: проблема масштаба. Обычные методы ГА имеют два недостатка: 1) Процесс селекции "супер-особи" часто приводит к конвергенции популяции к оптимальному геному, что снижает разнообразие генетического пула. 2) В ходе исполнения ГА уменьшаются значительные улучшения в мере приспособленности. Работа ГА. Каждая группа связанных признаков кодируется "хромосомой". "Гены" кодируют механизм активации или дезактивации признака. Пусть в мире есть четыре басилозавра; рассмотрим их глобальный генетический пул и "хромосомы", кодирующие длины органов передних плавников ("лап" и пальцев"). Выравниваются вероятности воспроизводства, и выполнение ГА останавливается. Чтобы устранить эти затруднения, мера приспособленности преобразуется одним из способов: пересчет в окне, потенцирование, линейное преобразование или линейная нормализация. Таблица 2. Преимущества и недостатки ГА Разумеется, ГА применимы не ко всем типам задач. В Таблице 2 (Carter, 2003) приведены некоторые достоинства и недостатки ГА. Чтобы преодолеть некоторые из них, внедряются новые методы кодирования, основанные на биологической ДНК. Кодирование геномом или ДНК применимо для извлечения информации из большого объема данных. В ДНК имеется много избыточной информации, что важно для извлечения полезных знаний. Кроме того, эта технология допускает перекрытие представлений генов и не имеет ограничений по точкам скрещивания и одинаковые." Ключевые слова: carter, поколение, genetic algorithm, добыча, популяция, soft computing, geophys, nikravesh, связь, использовать, основать, значение, воспроизводство, рейтинг, процесс, оптимизация, получить, свойство, анализ, break, хромосома, хаос, основанный, modeling, иметься, результат, ход, сейсморазведка, согласоваться, наука, рассмотреть, скрещивание, блок, дельфин, давать, га, цель, eage, разрывный, живой, эксплуатационный, break июнь, положение, критический значение, залежь, альтернатива, sen, палец, волна, система, сложный система, недавний, возникновение разум, кодироваться, теория сложность, особь, elsevier, параметр, обычный, оптимальный, процесс приспособление, эволюционный, holland, образ, оценка, генетический, июнь, показанный, структура, земля, genetic, данный, эффективный, wilkinson, geophysics, подход, геном, оценка проницаемость, комбинация ген, функция, использоваться, информация, днк, связанный, моделирование, сейсмический, zadeh, отбор, вера, использование, строка, редакция программа, algorithm, установить, сложный, родитель, басилозавр, совпадение, среда, оптимизация добыча, решение, пригодный, комбинация, июнь программа, дать, алгоритм, признак, глинистость, вероятность, задача, guerreiro, геологический, применение, попытка, теория, геофизический, изменение, потомок, механизм, метод, приложение, применяться, определяться, rogers, попасться, программа, область, высокий, мутация, коллектор, плавник, низкий, stoffa, скважина, характеристика, хаотический, случайный, скв, вещественный, хороший, идея, сочетание, должный, сложность, soft, aminzadeh, величина, область рпг, редакция, data, соответствие, проницаемость, устойчивый, создание, поиск, линейный, press, качество, исследование, ген, вычисление, модель, табла, показать, computing, romero, разведка, пул, программа алгоритм, кирпичи