Optimización por colonia de hormigas: aplicaciones y tendencias

Ant colony optimization: applications and trends

Las hormigas se comunican a través de sus feromonas, una sustancia que les permite encontrar el camino más corto entre su nido y la fuente de alimento. Esta característica se ha utilizado para resolver problemas de optimización que necesitan mejorar sustancialmente los tiempos de cálculo para resolver una aplicación específica. La optimización de colonias de hormigas (aco) es un método metaheurístico basado en el comportamiento real de las hormigas. Consiste en algoritmos utilizados para obtener soluciones a problemas complejos en un tiempo de computación razonable. El artículo presenta una descripción detallada de la teoría de la optimización por colonias de hormigas, posteriormente realiza una revisión de los algoritmos utilizados en la aco y finalmente muestra diversas aplicaciones utilizadas actualmente para demostrar las ventajas de la aco en los algoritmos de optimización. Asimismo, describe nuevos desarrollos teóricos y tendencias actuales en este campo de investigación.

INTRODUCCIÓN

La teoría de optimización por colonia de hormigas o ᴏᴄʜ (Ant Colony Optimization, aco), fue introducida por Marco Dorigo en los inicios de 1990 como herramienta para la solución de problemas de optimización complejos (Dorigo y Gambardella, 1996, p. 3; Dorigo y Blum, 2005, p. 244). La ᴏᴄʜ pertenece a la clase de métodos heurísticos, los cuales son algoritmos aproximados utilizados para obtener soluciones lo suficientemente buenas a problemas complejos en una cantidad razonable de tiempo de cómputo.

La fuente de inspiración de la ᴏᴄʜ es el comportamiento real de las hormigas. Estos insectos cuando están en búsqueda de la comida inicialmente exploran el área alrededor de su nido de una forma aleatoria. Tan pronto encuentran fuentes de alimentos, evalúan su cantidad y calidad, y llevan alguna parte de esta comida para su nido.

Durante el regreso al nido, las hormigas depositan una sustancia química llamada feromona sobre el camino, la cual servirá de guía futura para que las demás encuentren los alimentos. La cantidad de dicha sustancia depositada dependerá de la cantidad y calidad de los alimentos.

Diferentes estudios han demostrado que la comunicación de las hormigas a través de caminos con feromonas les permite encontrar las rutas más cortas entre su nido y las fuentes de alimentos (Alonso et ál.,2004, p. 4).  Esta característica es ampliamente utilizada para la solución de problemas de optimización que necesitan mejorar sustancialmente los tiempos de cómputo para la solución de una aplicación específica.

En este artículo se presenta una descripción detallada de la teoría de optimización por colonia de hormigas, se realiza una revisión de los algoritmos utilizados en ésta y se presentan diversas aplicaciones utilizadas actualmente que evidencian sus bondades en los algoritmos de optimización.