Algoritmo genetico

Algoritmo genetico
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L'edizione 2006 della NASA ST5 antenna veicoli spaziali. 
Questa forma complicato è stato trovato da un programma 
di computer design evolutivo per creare il miglior modello di radiazione.


Nel informatica campo della intelligenza artificiale , un algoritmo genetico (GA) è una ricerca euristica che imita il processo della selezione naturale . Questa euristica (a volte chiamato anche un metaeuristica ) viene normalmente utilizzato per generare soluzioni utili per l'ottimizzazione e la ricerca dei problemi . [ 1 ] Gli algoritmi genetici appartengono alla classe più ampia dialgoritmi evolutivi (EA), che generano soluzioni per l'ottimizzazione dei problemi utilizzando tecniche ispirate naturale evoluzione, come eredità , mutazione , selezione , e di crossover .
Gli algoritmi genetici trovano applicazione in bioinformatica , filogenesi , scienza computazionale , ingegneria , economia , chimica , la produzione , la matematica , la fisica , pharmacometricse altri campi.
Contenuto
  [ hide ] 
·         1 Metodologia
·         2 L'ipotesi building block
·         3 Limitazioni
·         4 Varianti
·         5 domini Problema
·         6 Storia
·         7 tecniche correlate
·         8 Vedi anche
·         9 Riferimenti
·         10 Bibliografia
·         11 Collegamenti esterni
o    11.1 Risorse
Metodologia modifica ]
In un algoritmo genetico, una popolazione di soluzioni candidate (detti individui, creature, o fenotipi ) ad un problema di ottimizzazione è evoluta verso soluzioni migliori. Ogni soluzione candidato ha una serie di proprietà (suoi cromosomigenotipo ) che possono essere mutato e alterato;. tradizionalmente, soluzioni sono rappresentati in binario come stringhe di 0 e 1, ma altre codifiche sono possibili anche [ 2 ]
L'evoluzione di solito parte da una popolazione di individui generati casualmente, ed è un processo iterativo , con la popolazione in ogni iterazione chiamato generazione . In ogni generazione, l' idoneità di ogni individuo nella popolazione viene valutata l'idoneità è di solito il valore della funzione obiettivo del problema di ottimizzazione dall'essere risolto. Gli individui più adatti sono stocasticamente selezionati dalla popolazione corrente e genoma di ogni individuo viene modificata ( ricombinato e possibilmente mutato a caso) per formare una nuova generazione. La nuova generazione di soluzioni candidate viene quindi utilizzato nella successiva iterazione del algoritmo . Comunemente, l'algoritmo termina quando è stato prodotto un numero massimo di generazioni, o un livello di fitness soddisfacente è stato raggiunto per la popolazione.
Un algoritmo genetico tipico richiede:
1.    una rappresentazione genetica del dominio soluzione,
2.    una funzione di fitness per valutare il dominio soluzione.
Una rappresentazione standard di ogni soluzione candidata è come matrice di bit . [ 2 ] Matrici di altri tipi e strutture possono essere utilizzate essenzialmente nello stesso modo. La proprietà principale che rende queste rappresentazioni genetiche conveniente è che le loro parti sono facilmente allineate a causa della loro dimensione fissa, che facilita semplici di crossover operazioni. Rappresentazioni lunghezza variabile possono anche essere utilizzati, ma attuazione crossover è più complessa in questo caso. Rappresentazione ad albero sono esplorati in programmazione genetica e grafico-forma rappresentazioni sono esplorati in programmazione evolutiva , un mix di entrambi i cromosomi lineari e alberi è esplorato in programmazione genica .
Una volta che la rappresentazione genetica e la funzione di fitness sono definite, un GA procede per inizializzare una popolazione di soluzioni e poi migliorarlo attraverso l'applicazione ripetitiva degli operatori di mutazione, di crossover, inversione e di selezione.
Inizializzazione di algoritmo genetico modifica ]
Inizialmente molte soluzioni individuali sono (di solito) generati casualmente per formare una popolazione iniziale. La dimensione della popolazione dipende dalla natura del problema, ma tipicamente contiene diverse centinaia o migliaia di possibili soluzioni. Tradizionalmente, la popolazione viene generata casualmente, consentendo l'intera gamma delle possibili soluzioni (la spazio di ricerca ). Di tanto in tanto, le soluzioni possono essere "seminate" in aree in cui sono in grado di trovare soluzioni ottimali.
Selezione modifica ]
Articolo principale: Selection (algoritmo genetico)
Durante ogni generazione successiva, una parte della popolazione esistente viene selezionato per allevare una nuova generazione. Soluzioni individuali vengono selezionati attraverso una base di forma- processo, dove montatoresoluzioni (come misurato da una funzione di fitness ) sono in genere maggiori probabilità di essere selezionato. Alcuni metodi di selezione valutano l'idoneità di ogni soluzione e preferenzialmente selezionare le migliori soluzioni. Altri metodi frequenza soltanto un campione casuale della popolazione, in quanto il primo processo può essere molto tempo.
La funzione di fitness è definita sulla rappresentazione genetica e misura la qualità della soluzione rappresentata. La funzione di fitness è sempre un problema dipendente. Per esempio, nel problema dello zaino si vuole massimizzare il valore totale di oggetti che possono essere messi in una sacca di alcune capacità fissa. Una rappresentazione di una soluzione potrebbe essere una matrice di bit, in cui ogni bit rappresenta un oggetto diverso, e il valore del bit (0 o 1) rappresenta se l'oggetto è nello zaino. Non ogni tale rappresentazione è valida, come le dimensioni degli oggetti può superare la capacità dello zaino. L' idoneità della soluzione è la somma dei valori di tutti gli oggetti nello zaino se la rappresentazione è valido, altrimenti 0.
In alcuni problemi, è difficile o addirittura impossibile definire l'espressione fitness, in questi casi, una simulazione può essere utilizzata per determinare il valore della funzione di fitness di un fenotipo (es. fluidodinamica computazionaleviene utilizzato per determinare la resistenza dell'aria di un veicolo la cui forma è codificato come il fenotipo), o anche algoritmi genetici interattivi vengono utilizzati.
Operatori genetici modifica ]
Il passo successivo è quello di generare una popolazione seconda generazione di soluzioni da quelli selezionati attraverso operatori genetici : attraversamento (chiamato anche ricombinazione), e / o mutazione .
Per ogni nuova soluzione per essere prodotto, una coppia di soluzioni "madri" è selezionato per la riproduzione dal pool selezionato in precedenza. Producendo una soluzione "bambino" con i metodi di cui sopra di incrocio e mutazione, una nuova soluzione viene creato che condivide tipicamente molte delle caratteristiche dei suoi "genitori". I nuovi genitori sono selezionati per ogni nuovo figlio, e il processo continua fino a quando viene generata una nuova popolazione di soluzioni di dimensioni adeguate. Sebbene metodi di riproduzione che si basano sull'impiego di due genitori sono più "biologia ispirato", alcune ricerche [ 3 ] [ 4 ] suggerisce che più di due "genitori" generano cromosomi di qualità superiore.
Questi processi definitiva producono popolazione prossima generazione di cromosomi che è differente dalla generazione iniziale. Generalmente il benessere medio sarà aumentato di questa procedura per la popolazione, dato che solo i migliori organismi della prima generazione sono selezionati per la riproduzione, con una piccola percentuale di soluzioni meno adatti. Queste soluzioni meno adatte assicurano la diversità genetica all'interno del pool genetico dei genitori e quindi garantire la diversità genetica della successiva generazione di bambini.
L'opinione è divisa sull'importanza di attraversamento rispetto mutazione. Ci sono molti riferimenti a Fogel (2006) che sostengono l'importanza della ricerca basata mutazione.
Sebbene di crossover e mutazione sono noti come i principali operatori genetici, è possibile utilizzare altri operatori come raggruppamento, colonizzazione estinzione o migrazione in algoritmi genetici. [ 5 ]
Si tratta di parametri di regolazione vale la pena, come la mutazione probabilità di crossover probabilità e dimensioni della popolazione per trovare le impostazioni ragionevoli per la classe problema in lavorazione. Una piccola aliquota mutazione può portare a deriva genetica (che è non- ergodico in natura). Un tasso di ricombinazione che è troppo alto può portare a convergenza prematura dell'algoritmo genetico. Un tasso di mutazione che è troppo alto può portare alla perdita di buone soluzioni meno che non vi è la selezione elitaria. Ci sono limiti superiori e inferiori teoriche ma non ancora pratico di questi parametri che possono aiutare la selezione manuale citazione necessaria ] attraverso esperimenti (vedi tutorial ).
Terminazione modifica ]
Questo processo generazionale viene ripetuto finché è stata raggiunta una condizione di terminazione. Condizioni comuni di terminazione sono:
·         Una soluzione è trovato che soddisfa i criteri minimi
·         Numero fisso di generazioni raggiunto
·         Bilancio stanziato (tempo di calcolo / denaro) raggiunto
·         Idoneità del più alto ranking soluzione sta raggiungendo o ha raggiunto un plateau tale che iterazioni successive non producono più risultati migliori
·         L'ispezione manuale
·         Combinazioni di cui sopra
Il building block ipotesi modifica ]
Gli algoritmi genetici sono semplici da implementare, ma il loro comportamento è difficile da capire. In particolare è difficile capire perché questi algoritmi spesso riescono a generare soluzioni di elevata idoneità quando applicata a problemi pratici. L'ipotesi building block (BBH) è costituito da:
1.    Una descrizione di una euristica che esegue l'adattamento identificando e ricombinando "building blocks", cioè ordine basso, bassa definizione lunghezza schemi con il fitness sopra la media.
2.    Una ipotesi che un algoritmo genetico esegue l'adattamento implicitamente ed efficiente attuazione di questa euristica.
Goldberg descrive l'euristica come segue:
"Short, ordine basso, e molto in forma schemi vengono campionati, ricombinati [attraversato], e resampled a formare stringhe di potenzialmente più elevato fitness. In un certo senso, lavorando con questi particolari schemi [i mattoni], abbiamo ridotto la complessità del nostro problema, invece di costruire stringhe ad alte prestazioni provando tutte le combinazioni possibili e immaginabili, costruiamo sempre migliori stringhe delle migliori soluzioni parziali dei campionamenti passati.
"Perché schemi altamente attacco di bassa lunghezza definire e bassa dell'ordine svolgono un ruolo importante nell'azione di algoritmi genetici, abbiamo già dato loro un nome speciale:. Blocchi di costruzione Proprio come un bambino crea magnifiche fortezze attraverso l'organizzazione di blocchi semplici legno, quindi non un algoritmo genetico cercano prestazioni quasi ottimali attraverso la giustapposizione di blocchi a breve, di ordine inferiore, ad alte prestazioni schemi, o di costruzione ". [ 6 ]
Limitazioni modifica ]
Ci sono limiti dell'uso di un algoritmo genetico rispetto agli algoritmi di ottimizzazione alternative:
·         Ripetute funzione di fitness di valutazione per problemi complessi è spesso il segmento più proibitivo e limitando di algoritmi evolutivi artificiali. Trovare la soluzione ottimale per complessi alti dimensionali, problemi multimodali richiede spesso molto costosi funzione di fitness valutazioni. In problemi del mondo reale come problemi di ottimizzazione strutturale, una valutazione unica funzione può richiedere diverse ore a diversi giorni di simulazione completa.Metodi di ottimizzazione tipici non possono trattare tali tipi di problemi. In questo caso, potrebbe essere necessario rinunciare una valutazione esatta e usare una forma approssimativa che è computazionalmente efficiente. E 'evidente che la fusione di modelli approssimati può essere uno degli approcci più promettenti di utilizzare al convincente GA per risolvere i complessi problemi della vita reale.
·         Gli algoritmi genetici non scala bene con la complessità. Cioè, se il numero di elementi che sono esposti a mutazione è grande vi è spesso un aumento esponenziale della dimensione dello spazio di ricerca. Questo rende estremamente difficile utilizzare la tecnica su problemi quali la progettazione di un motore, una casa o aereo. Al fine di rendere tali problemi trattabili alla ricerca evolutiva, essi devono essere suddivisi in rappresentazione più semplice possibile. Quindi noi di solito vediamo i disegni di codifica algoritmi evolutivi per pale del ventilatore invece di motori, forme edilizie invece di piani di costruzione dettagliati, profili alari invece di disegni interi aeromobili. Il secondo problema di complessità è la questione di come proteggere le parti che si sono evolute per rappresentare buone soluzioni da ulteriore mutazione distruttiva, soprattutto quando la loro valutazione di idoneità richiede loro di combinare bene con le altre parti. E 'stato suggerito da alcuni citazione necessaria ] nella comunità che un approccio di sviluppo di soluzioni evolute poteva superare alcuni dei problemi di protezione, ma questa rimane una questione di ricerca aperto.
·         La soluzione "migliore" è solo rispetto ad altre soluzioni. Come risultato, il criterio di arresto non è chiaro in ogni problema.
·         In molti problemi, gas può avere la tendenza a convergere verso ottimi locali o anche punti arbitrari piuttosto che l' ottimo globale del problema. Ciò significa che non "sa" per sacrificare il fitness a breve termine per ottenere il fitness a lungo termine. La probabilità che ciò si verifichi dipende dalla forma del paesaggio di fitness : alcuni problemi possono fornire un facile salita verso un ottimo globale, altri possono facilitare la funzione per trovare la optima locale.Questo problema può essere alleviato mediante una funzione di fitness diversa, aumentando il tasso di mutazione, o utilizzando tecniche di selezione che mantengono una popolazione diversificata di soluzioni, [ 7 ] , anche se il No Free Lunch teorema [ 8 ] si dimostra citazione necessaria ] che ci esiste una soluzione generale a questo problema. Una tecnica comune per mantenere la diversità è di imporre una "sanzione di nicchia", in cui, qualsiasi gruppo di individui di somiglianza sufficiente (raggio di nicchia) hanno una penalità aggiunto, che ridurrà la rappresentazione di quel gruppo nelle generazioni successive, permettendo altro (meno simile ) gli individui ad essere mantenuti nella popolazione. Questo trucco, però, non può essere efficace, dipende dal paesaggio del problema. Un'altra possibile tecnica sarebbe quello di sostituire semplicemente parte della popolazione con individui generati casualmente, quando la maggior parte della popolazione è troppo simili tra loro. La diversità è importante in algoritmi genetici (e programmazione genetica ), perché attraversando una popolazione omogenea non produce nuove soluzioni. Nelstrategie di evoluzione e programmazione evolutiva , la diversità non è essenziale a causa di un maggiore ricorso a mutazione.
·         Operando su insiemi di dati dinamici è difficile, come genomi cominciano a convergere presto verso soluzioni che potrebbero non essere più valide per i dati successivi. Diversi metodi sono stati proposti per porre rimedio a questa crescente diversità genetica in qualche modo e prevenire convergenza precocemente, aumentando la probabilità di mutazione quando la qualità della soluzione scende (chiamato hypermutation attivato ), o occasionalmente introducendo completamente nuovi, elementi generati casualmente nel patrimonio genetico (chiamato immigrati casuali ). Ancora una volta, le strategie di evoluzione e programmazione evolutiva possono essere implementati con un cosiddetto "strategia virgola" in cui i genitori non vengono mantenute e nuovi genitori siano selezionate solo dalla progenie. Questo può essere più efficace sui problemi dinamici.
·         Il gas non può risolvere efficacemente i problemi in cui l'unica misura di fitness è una misura di giusto / sbagliato singolo (come problemi di decisione ), in quanto non vi è alcun modo per convergere sulla soluzione (senza collina a salire). In questi casi, una ricerca casuale può trovare una soluzione più rapidamente un GA. Tuttavia, se la situazione consente la sperimentazione successo / insuccesso da ripetere dando (possibilmente) risultati diversi, allora il rapporto di successi a guasti fornisce una misura di fitness adatto.
·         Per problemi di ottimizzazione e istanze del problema specifico, altri algoritmi di ottimizzazione possono trovare soluzioni migliori di algoritmi genetici (data la stessa quantità di tempo di calcolo). Algoritmi alternativi e complementari comprendono strategie evolutive , la programmazione evolutiva , ricottura simulata , adattamento gaussiano , in salita , e swarm intelligence (es.: ottimizzazione colonia di formiche , particella ottimizzazione sciame ) e metodi basati sulla programmazione lineare intera . La domanda di cui eventuali problemi sono adatti ad algoritmi genetici (nel senso che questi algoritmi sono migliori di altri) è aperta e controversa.
Varianti modifica ]
Rappresentazione Cromosoma modifica ]
L'algoritmo più semplice rappresenta ogni cromosoma come una stringa di bit . Tipicamente i parametri numerici possono essere rappresentati da numeri interi , anche se è possibile utilizzare virgola mobile rappresentazioni. La rappresentazione in virgola mobile è naturale per le strategie di evoluzione e programmazione evolutiva . La nozione di algoritmi genetici a valori reali è stato offerto, ma è in realtà un termine improprio perché in realtà non rappresenta la teoria blocco di costruzione che è stato proposto da John Henry Holland nel 1970. Questa teoria non è però senza sostegno, sulla base dei risultati teorici e sperimentali (vedi sotto). L'algoritmo di base esegue di crossover e la mutazione a livello di bit. Altre varianti trattano il cromosoma come una lista di numeri che sono gli indici in una tabella di istruzioni, i nodi in una lista collegata , hash , oggetti , o qualsiasi altra immaginabile struttura dati . Crossover e mutazione sono realizzate in modo da rispettare i limiti dell'elemento dati. Per la maggior parte dei tipi di dati, specifici operatori variazione possono essere progettati. Diversi tipi di dati cromosomica sembrano funzionare meglio o peggio per diversi domini problematiche specifiche.
Quando si utilizzano rappresentazioni di stringa di bit di numeri interi, codifica Grigio è spesso impiegato. In questo modo, piccole variazioni del numero intero possono essere facilmente effettuati tramite mutazioni o crossover. Questo è stato trovato per aiutare a prevenire convergenza prematura in cosiddette pareti Hamming , in cui troppe mutazioni simultanee (o eventi di crossover) deve avvenire in modo da cambiare il cromosoma di una soluzione migliore.
Altri approcci comportano l'uso di matrici di numeri reali a valori invece di stringhe di bit per rappresentare i cromosomi. I risultati della teoria di schemi indicano che, in generale, più piccolo l'alfabeto, migliori sono le prestazioni, ma era inizialmente sorprendente per i ricercatori che i buoni risultati sono stati ottenuti da usare cromosomi a valori reali. Questo è stato spiegato come l'insieme dei valori reali in una popolazione finita di cromosomi di formare un alfabeto virtuale (ove selezione e ricombinazione sono dominanti) con una cardinalità molto inferiore a quanto previsto dalla rappresentazione in virgola mobile. [ 9 ] [ 10 ]
Elitarismo modifica ]
Un grande successo (leggera) variante del processo generale di costruzione di una nuova popolazione è consentire alcuni dei migliori organismi della generazione corrente di riportare al successivo, inalterato. Questa strategia è nota come selezione elitista .
Implementazioni parallele modifica ]
Implementazioni parallele di algoritmi genetici sono di due tipi. Algoritmi genetici paralleli grana grossa assumono una popolazione su ciascuno dei nodi informatici e migrazione di individui tra i nodi. Algoritmi genetici paralleli a grana fine assumono un individuo su ciascun nodo processore che agisce con le persone vicine per la selezione e la riproduzione. Altre varianti, come algoritmi genetici per problemi di ottimizzazione on line, introducono tempo-dipendenza o rumore in funzione di fitness.
GA Adaptive modifica ]
Gli algoritmi genetici con parametri adattivi (algoritmi genetici adattivi, Agas) è un'altra variante importante e promettente di algoritmi genetici. Le probabilità di attraversamento (pc) e mutazione (pm) determinano notevolmente il grado di accuratezza della soluzione e la velocità di convergenza che gli algoritmi genetici possono ottenere. Invece di utilizzare valori fissi di pc e pm, AGAs utilizzare le informazioni di popolazione in ogni generazione e adattivo regolare il pc e pm per mantenere la diversità popolazione e per sostenere la capacità di convergenza. In AGA (algoritmo genetico adattivo), [ 11 ] l'adeguamento dei pc e pm dipende dai valori di idoneità delle soluzioni. In CAGA (algoritmo genetico adattivo basato clustering), [ 12 ] attraverso l'utilizzo di analisi di clustering per giudicare gli stati di ottimizzazione della popolazione, l'adeguamento dei pc e pm dipende da questi stati di ottimizzazione. Può essere molto efficace per combinare GA con altri metodi di ottimizzazione. GA tende ad essere abbastanza bravo a trovare generalmente buone soluzioni globali, ma piuttosto inefficiente a trovare gli ultimi mutazioni per trovare il migliore in assoluto. Altre tecniche (come semplice hill climbing) sono abbastanza efficienti nel trovare ottimale assoluto in una regione limitata. Alternando GA e in salita può migliorare l'efficienza di GA superando la mancanza di robustezza di salita.
Ciò significa che le regole della variazione genetica possono avere un significato diverso nel caso naturale. Per esempio - a condizione che i passi sono memorizzati in ordine consecutivo - attraversando può sommare una serie di passi da DNA materno aggiunta di una serie di passi da DNA paterno e così via. Questo è come aggiungere i vettori che più probabilmente possono seguire un crinale nel paesaggio fenotipica. Pertanto, l'efficienza del processo può essere aumentata di molti ordini di grandezza. Inoltre, l' operatore di inversione ha la possibilità di inserire passaggi in ordine consecutivo o qualsiasi altro ordine idoneo a favore della sopravvivenza o di efficienza. (Si veda ad esempio [ 13 ] o esempio nel problema del commesso viaggiatore , in particolare l'uso di un operatore ricombinazione bordo .)
Una variante, dove la popolazione nel suo complesso è evoluto anziché singoli membri, è noto come piscina ricombinazione genica.
Un certo numero di varianti sono stati sviluppati per tentare di migliorare le prestazioni di gas per problemi con un elevato grado di epistasi fitness, cioè dove l'idoneità di una soluzione costituita da interagire sottoinsiemi delle sue variabili. Tali algoritmi mirano a imparare (prima di sfruttare) queste interazioni fenotipiche benefiche. Come tali, essi sono allineati con la Building Block ipotesi nella riduzione adattativo ricombinazione dirompente. Esempi importanti di questo approccio includono la SMG, [ 14 ] GEMGA [ 15 ] e LLGA. [ 16 ]
Domini di problema modifica ]
Problemi che sembrano essere particolarmente appropriato per soluzione mediante algoritmi genetici sono di calendario e di pianificazione problemi, e molti pacchetti software di programmazione si basano sul gas citazione necessaria ] .Gas sono stati applicati anche per l'ingegneria . Gli algoritmi genetici sono spesso applicati come un approccio per risolvere ottimizzazione globale dei problemi.
Come regola generale degli algoritmi genetici pollice potrebbe essere utile in domini di problema che hanno un complesso paesaggio di fitness miscelazione, cioè, mutazione in combinazione con incrocio , è progettato per muoversi popolazione distanti ottimi locali che un tradizionale hill climbing algoritmo potrebbe bloccarsi dentro Osservare che gli operatori di crossover di uso comune non può cambiare qualsiasi popolazione uniforme. Sola mutazione può fornire ergodicità del processo complessivo algoritmo genetico (visto come una catena di Markov).
Esempi di problemi risolti da algoritmi genetici includono: specchi progettati per incanalare la luce solare per un collettore solare, [ 17 ] antenne progettato per raccogliere i segnali radio nello spazio, citazione necessaria ] . ei metodi per figure di computer cammina citazione necessaria ] Molti di loro Le soluzioni sono state molto efficaci, a differenza di tutto ciò che un ingegnere umano avrebbe potuto produrre, e imperscrutabile di come sono arrivati ​​a questa soluzione.citazione necessaria ]
Storia modifica ]
Le simulazioni al computer di evoluzione iniziato già nel 1954 con il lavoro di Nils Aall Barricelli , che stava usando il computer presso l' Institute for Advanced Study di Princeton, New Jersey . [ 18 ] [ 19 ] La sua pubblicazione 1954 non è stato ampiamente notato. A partire dal 1957, [ 20 ] il genetista quantitativa australiano Alex Fraser ha pubblicato una serie di documenti sulla simulazione di selezione artificiale di organismi con più loci che controllano una caratteristica misurabile. Da questi inizi, simulazione al computer di evoluzione dai biologi è diventato più comune nel 1960, e le modalità sono state descritte nei libri da Fraser e Burnell (1970) [ 21 ] e Crosby (1973). [ 22 ] Le simulazioni di Fraser incluse tutte le elementi essenziali degli algoritmi genetici moderni. Inoltre, Hans-Joachim Bremermann pubblicato una serie di documenti nel 1960, che ha inoltre adottato una popolazione di soluzione ai problemi di ottimizzazione, in fase di ricombinazione, mutazione e selezione. La ricerca di Bremermann comprendeva anche gli elementi di algoritmi genetici moderni. [ 23 ] Altri pionieri degni di nota includono Richard Friedberg, George Friedman, e Michael Conrad.Molti dei primi documenti sono ristampati da Fogel (1998). [ 24 ]
Sebbene Barricelli, in opera ha riferito nel 1963, aveva simulato l'evoluzione della capacità di giocare un gioco semplice, [ 25 ] evoluzione artificiale è diventato un metodo di ottimizzazione ampiamente riconosciuto come un risultato del lavoro di Ingo Rechenberg e Hans-Paul Schwefel nel 1960 e primi anni 1970 - il gruppo di Rechenberg stato in grado di risolvere problemi di ingegneria complessi attraverso strategie di evoluzione . [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] Un altro approccio è stata la tecnica di programmazione evolutiva di Lawrence J. Fogel , che è stato proposto per la generazione di intelligenza artificiale. programmazione evolutiva originariamente utilizzato macchine a stati finiti per prevedere gli ambienti, ed utilizzato variazione e selezione per ottimizzare le logiche predittive. Gli algoritmi genetici, in particolare, è diventato popolare grazie al lavoro di John Holland nei primi anni 1970, e in particolare il suo libro Adattamento in naturale e sistemi artificiali (1975). Il suo lavoro nasce con studi di automi cellulari , condotti da Holland ed i suoi studenti presso l' Università del Michigan . Holland ha introdotto un quadro formalizzato per predire la qualità della prossima generazione, noto come Schema Teorema di Holland . La ricerca nel settore del gas è rimasto in larga misura teorica fino alla metà degli anni 1980, quando la prima Conferenza Internazionale sulla Algoritmi Genetici si è tenuta aPittsburgh, in Pennsylvania .
Come interesse accademico è cresciuto, il drammatico aumento della potenza di calcolo del desktop consentito per l'applicazione pratica della nuova tecnica. Alla fine del 1980, General Electric ha iniziato a vendere il primo prodotto algoritmo genetico del mondo, un toolkit basato su mainframe progettato per i processi industriali. Nel 1989, Axcelis, Inc. ha rilasciato Evolver , primo prodotto GA commerciale del mondo per i computer desktop. The New York Timestecnologia scrittore John Markoff ha scritto [ 30 ] su Evolver nel 1990, e rimase l'unico algoritmo genetico commerciale interattiva fino al 1995. [ 31 ] Evolver è stata venduta a Palisade nel 1997, tradotto in diverse lingue, ed è attualmente alla sua sesta versione. [ 32 ]
Tecniche correlate modifica ]
Campi Genitore modifica ]
Gli algoritmi genetici sono un sottocampo di:
·         Algoritmi evolutivi
·         Computazione evolutiva
·         Metaeuristiche
·         Ottimizzazione stocastica
·         Ottimizzazione
Campi correlati modifica ]
Algoritmi evolutivi modifica ]
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Questa sezione deve citazioni supplementari per la verifica . prega di contribuire a migliorare questo articolo da aggiungendo citazioni da fonti affidabili . Senza fonte materiale può essere contestato e rimosso. (Maggio 2011)
Algoritmi evolutivi è un sub-campo di calcolo evolutivo .
·         Strategie Evolution (ES, vedi Rechenberg, 1994) si evolvono individui per mezzo di mutazione e ricombinazione intermedio o discreta. Algoritmi ES sono progettati particolarmente per risolvere i problemi nel dominio reale valore.Usano autoadattamento per regolare i parametri di controllo della ricerca. De-randomizzazione di auto-adattamento ha portato alla contemporanea covarianza Matrix Adaptation Strategy Evolution ( CMA-ES ).
·         Programmazione evolutiva (EP) coinvolge popolazioni di soluzioni con in primo luogo la mutazione e la selezione e rappresentazioni arbitrarie. Usano l'auto-adattamento per regolare i parametri, e possono includere altre operazioni di variazione come combinare informazioni provenienti da più genitori.
·         Programmazione di espressione genica (GEP) utilizza anche le popolazioni di programmi per computer. Questi programmi informatici complessi sono codificati in semplici cromosomi lineari di lunghezza fissa, che vengono poi espresse come alberi di espressione. Alberi di espressione o programmi informatici evolvono perché i cromosomi subiscono mutazione e ricombinazione in un modo simile al canonico GA. Ma grazie alla speciale organizzazione dei cromosomi GEP, queste modifiche genetiche risultano sempre i programmi informatici validi. [ 33 ]
·         Programmazione genetica (GP) è una tecnica correlata popolare da John Koza in cui i programmi per computer, piuttosto che parametri di funzione, sono ottimizzati. Programmazione genetica utilizza spesso basati su alberi internestrutture dati per rappresentare i programmi per computer per l'adattamento al posto delle lista strutture tipiche degli algoritmi genetici.
·         Raggruppamento algoritmo genetico (GGA) è un'evoluzione del GA in cui l'attenzione si sposta dalle singole voci, come in Classical Gas, a gruppi o sottoinsieme di elementi. [ 34 ] L'idea alla base di questa evoluzione GA proposto da Emanuel Falkenauer è che risolvere alcuni problemi complessi, alias di clustering o partizionamento problemi in cui un insieme di elementi deve essere diviso in gruppo disgiunta di elementi in modo ottimale, sarebbe meglio essere raggiunti facendo caratteristiche dei gruppi di voci equivalenti ai geni. Questo tipo di problemi includono bin imballaggio , il bilanciamento di linea, il clustering rispetto ad una misura di distanza, pari pali, ecc, in cui il gas classico dimostrato di scarso rendimento. Fare geni equivalente ai gruppi implica cromosomi che sono in generale di lunghezza variabile, e operatori genetici speciali che manipolano interi gruppi di articoli. Per bin imballaggio, in particolare, un GGA ibridato con il criterio della posizione dominante di Martello e Toth, è probabilmente la tecnica migliore per data.
·         Algoritmi evolutivi interattive sono algoritmi evolutivi che utilizzano valutazione umana. Di solito sono applicati a domini in cui è difficile progettare una funzione di fitness di calcolo, per esempio, in evoluzione immagini, musica, disegni artistici e forme per adattarsi preferenza estetica degli utenti.
Swarm intelligence modifica ]
Swarm intelligence è un sub-campo di calcolo evolutivo .
·         Ottimizzazione colonia di formiche (ACO) utilizza molte formiche (o agenti) per attraversare lo spazio delle soluzioni e trovare aree localmente produttive. Mentre di solito inferiore agli algoritmi genetici e altre forme di ricerca locale, è in grado di produrre risultati in problemi in cui nessuna prospettiva globale o up-to-date può essere ottenuta, e quindi gli altri metodi non può essere applicato. citazione necessaria ]
·         Ottimizzazione sciame di particelle (PSO) è un metodo di calcolo per l'ottimizzazione multi-parametro che utilizza anche l'approccio basato sulla popolazione. Una popolazione (sciame) di soluzioni candidate (particelle) si muove nello spazio di ricerca, e il movimento delle particelle è influenzato sia dalla propria posizione più noto e posizione più noto globale di sciame. Come algoritmi genetici, il metodo PSO dipende condivisione delle informazioni tra i membri della popolazione. In alcuni problemi il PSO è spesso più computazionalmente efficiente del gas, soprattutto in problemi non vincolati con variabili continue. [ 35 ]
·         Gocce d'acqua intelligenti o l'algoritmo IWD [ 36 ] è un algoritmo di ottimizzazione ispirati alla natura ispirata da gocce d'acqua naturali che cambiano il loro ambiente per trovare il percorso ottimale o ottimale vicino alla loro destinazione. La memoria è il letto del fiume e ciò che viene modificato dalle gocce d'acqua è la quantità di terreno sul letto del fiume.
Altri algoritmi di calcolo evolutivo modifica ]
Computazione evolutiva è un sotto-settore delle metaeuristica metodi.
·         Ricerca Harmony (HS) è un algoritmo imitando il comportamento dei musicisti nel processo di improvvisazione.
·         Algoritmo memetica (MA), spesso chiamato algoritmo genetico ibrido tra gli altri, è un metodo basato sulla popolazione, in cui sono anche soggette a fasi di miglioramento locali soluzioni. L'idea di algoritmi memetici viene da memi, che a differenza di geni, può adattarsi. In alcune aree problematiche che sono indicati per essere più efficiente di algoritmi evolutivi tradizionali.
·         Algoritmi batteriologici (BA) ispira ecologia evolutiva e, più in particolare, l'adattamento batteriologica. Ecologia evolutiva è lo studio degli organismi viventi nel contesto del loro ambiente, con l'obiettivo di scoprire come si adattano. Il suo concetto di base è che in un ambiente eterogeneo, non è possibile trovare un individuo che si adatta tutto l'ambiente. Quindi, è necessario ragionare a livello di popolazione. E 'anche BAs creduto potesse essere applicato con successo a problemi complessi di posizionamento (antenne per telefoni cellulari, pianificazione urbana, e così via) o di data mining. [ 37 ]
·         Algoritmo culturale (CA) comprende la componente popolazione quasi identica a quella dell'algoritmo genetico e, in aggiunta, un componente di conoscenza chiamato spazio credenza.
·         Differenziale algoritmo di ricerca (DS) ispirato dalla migrazione di superorganismi. [ 38 ]
·         Adattamento gaussiana (normale o naturale adattamento, abbreviato NA per evitare confusione con GA) è destinato per la massimizzazione del rendimento produzione di sistemi di elaborazione dei segnali. Può essere utilizzato anche per l'ottimizzazione parametrica ordinaria. Essa si basa su un certo teorema valido per tutte le regioni di accettabilità e di tutte le distribuzioni di Gauss. L'efficienza di NA si basa sulla teoria dell'informazione e un certo teorema di efficienza. La sua efficacia è definita come informazioni diviso per il lavoro necessario per ottenere le informazioni. [ 39 ] Perché NA massimizza il fitness piuttosto che l'idoneità dei singoli media, il paesaggio viene livellato in modo tale che le valli tra i picchi possono scomparire. Quindi ha una certa "ambizione" per evitare picchi locali nel paesaggio fitness. NA è anche bravo a arrampicata creste affilate per adattamento della matrice momento, perché NA può massimizzare il disturbo ( informazioni media ) della gaussiana contemporaneamente mantenendo la forma fisica media costante.
Altri metodi metaeuristica modifica ]
Metodi metaeuristica ampiamente rientrano stocastico metodi di ottimizzazione.
·         Ricottura simulata (SA) è una tecnica di ottimizzazione globale correlato che attraversa lo spazio di ricerca testando mutazioni casuali su una soluzione individuale. Una mutazione che aumenta la fitness è sempre accettata. Una mutazione che riduce fitness è accettata probabilisticamente basato sulla differenza di fitness e un parametro temperatura decrescente. In SA gergo, si parla di cercare la più bassa energia invece del massimo fitness. SA può essere utilizzato anche all'interno di un algoritmo standard GA iniziando con un tasso relativamente elevato di mutazione e decrescente nel tempo lungo un determinato programma.
·         Ricerca Tabu (TS) è simile a ricottura simulata dal fatto che sia attraversare lo spazio soluzione testando mutazioni di una soluzione individuale. Mentre annealing simulato genera una sola soluzione mutato, tabu search genera molte soluzioni mutato e si sposta verso la soluzione con la più bassa energia di quelli generati. Per evitare bicicletta e favorire una maggiore movimento attraverso lo spazio delle soluzioni, una lista tabu viene mantenuta di soluzioni parziali o complete. E 'vietato passare a una soluzione che contiene elementi della lista tabu, che viene aggiornato come la soluzione attraversa lo spazio delle soluzioni.
·         Ottimizzazione estremale (EO) a differenza del gas, che funzionano con una popolazione di soluzioni candidate, EO si evolve una soluzione unica e rende locali, modifiche ai componenti peggiori. Ciò richiede che una rappresentanza adeguata selezionata che permette di singoli componenti della soluzione deve essere assegnato un provvedimento di qualità ("fitness"). Il principio di base dietro questo algoritmo è quello di emergente miglioramento attraverso rimuovere selettivamente componenti di bassa qualità e la loro sostituzione con un componente selezionato in modo casuale. Questo è decisamente in contrasto con un GA che seleziona buone soluzioni nel tentativo di rendere le soluzioni migliori.
Altri metodi di ottimizzazione stocastica modifica ]
·         Il metodo di cross-entropia (CE) genera soluzioni candidati mediante una distribuzione di probabilità parametri. I parametri vengono aggiornati mediante minimizzazione cross-entropia, in modo da generare campioni migliori nella successiva iterazione.
·         Reattiva ottimizzazione di ricerca (RSO) sostiene l'integrazione di tecniche di apprendimento automatico sub-simbolici in euristiche di ricerca per risolvere problemi di ottimizzazione complessi. La parola accenni reattive ad una pronta risposta agli eventi durante la ricerca attraverso un ciclo di feedback on-line interno per l'auto-tuning dei parametri critici. Metodologie di interesse per Reactive Search includono machine learning e statistica, in particolare l'apprendimento per rinforzo, apprendimento attivo o query, reti neurali e meta-euristiche.
Vedi anche modifica ]
·         Propagazione dello schema
·         Universale darwinismo
·         Metaeuristiche
Riferimenti modifica ]
1.   Saltate^ Mitchell 1996 , p. 2.
2.   Vai a:un b Whitley 1994 , p. 66.
3.   Saltate^ Eiben, AE et al (1994). "Gli algoritmi genetici con ricombinazione multi-genitore". PPSN III: Atti della Conferenza Internazionale sulla Evolutionary Computation. La terza conferenza sul Problem Solving Parallel dalla Natura:. 78-87 ISBN 3-540-58484-6 .
4.   Saltate^ Ting, Chuan-Kang (2005). "Sul medio Convergenza Time of Multi-genitore Algoritmi Genetici senza selezione". Advances in Artificial Life:. 403-412 ISBN 978-3-540-28848-0 .
5.   Saltate^ Akbari, Ziarati (2010). "Un algoritmo evolutivo multilivello per ottimizzare le funzioni numeriche" IJIEC 2 (2011): 419-430 [1]
6.   Saltate^ Goldberg 1989 , p. 41.
7.   Saltate^ Taherdangkoo, Mohammad, Paziresh, Mahsa, Yazdi, Mehran, Bagheri, Mohammad Hadi (19 novembre 2012). "Un algoritmo efficiente per l'ottimizzazione funzione: algoritmo di cellule staminali modificato". Central European Journal of Engineering 3 (1): 36-50. doi : 10.2478/s13531-012-0047-8 .
8.   Saltate^ Wolpert, DH, Macready, WG, 1995. Nessun Teoremi Lunch gratuiti per l'ottimizzazione. Santa Fe Institute, SFI-TR-05-010, Santa Fe.
9.   Saltate^ Goldberg, David E. (1991). "La teoria di alfabeti virtuali" . Problem Solving Parallel dalla Natura, Lecture Notes in Computer Science 496 : 13-22. DOI : 10.1007/BFb0029726 . Estratto 2 luglio 2013 .
10. Saltate^ Janikow, CZ, Z. Michalewicz (1991). «Un confronto sperimentale di binari e Floating Point rappresentanze negli algoritmi genetici" . Atti della Quarta Conferenza Internazionale sulla Algoritmi Genetici : 31-36 .Estratto 2 luglio 2013 .
15. Saltate^ espressione genica: L'anello mancante nel calcolo evolutivo
17. Saltate^ Gross, Bill. "Un sistema di energia solare che segue il sole" . TED .Estratto 20 Novembre 2013 .
18. SaltateBarricelli, Nils Aall (1954). . "Esempi numerici di Processi di Evoluzione"Methodos : 45-68.
19. SaltateBarricelli, Nils Aall (1957). . "processi evolutivi Symbiogenetic realizzati con metodi artificiali" Methodos : 143-182.
20. SaltateFraser, Alex (1957). "Simulazione di sistemi genetici dai computer digitali automatici. I. Introduzione". Aust. J. Biol. Sci. 10 : 484-491.
21. SaltateFraser, Alex ;. Donald Burnell (1970) Computer Modelli in Genetics . New York:. McGraw-Hill ISBN  0-07-021904-4 .
22. Saltate^ Crosby, Jack L. (1973). simulazione al computer in Genetics . London: John Wiley & Sons. ISBN  0-471-18880-8 .
24. Saltate^ Fogel, David B. (a cura di) (1998). calcolo evolutivo: la documentazione fossile . New York:. IEEE Press ISBN  0-7803-3481-7 .
25. Saltate^ Barricelli, Nils Aall (1963). "Sperimentazione numerica delle teorie evolutive Parte II test preliminari di prestazioni, Symbiogenesis e l Algoritmo genetico
26. Da Wikipedia, l'enciclopedia libera
27. http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/ff/St_5-xband-antenna.jpg/220px-St_5-xband-antenna.jpg
28. http://bits.wikimedia.org/static-1.23wmf9/skins/common/images/magnify-clip.png
29. L'edizione 2006 della NASA ST5 antenna veicoli spaziali. Questa forma complicato è stato trovato da un programma di computer design evolutivo per creare il miglior modello di radiazione.
30. Nel informatica campo della intelligenza artificiale , un algoritmo genetico (GA) è una ricerca euristica che imita il processo della selezione naturale . Questa euristica (a volte chiamato anche un metaeuristica ) viene normalmente utilizzato per generare soluzioni utili per l'ottimizzazione e la ricerca dei problemi . [ 1 ] Gli algoritmi genetici appartengono alla classe più ampia dialgoritmi evolutivi (EA), che generano soluzioni per l'ottimizzazione dei problemi utilizzando tecniche ispirate naturale evoluzione, come eredità , mutazione , selezione , e di crossover .
31. Gli algoritmi genetici trovano applicazione in bioinformatica , filogenesi , scienza computazionale , ingegneria , economia , chimica , la produzione , la matematica , la fisica , pharmacometricse altri campi.
32. Contenuto
33.   [ hide ] 
62. Metodologia [ modifica ]
63. In un algoritmo genetico, una popolazione di soluzioni candidate (detti individui, creature, o fenotipi ) ad un problema di ottimizzazione è evoluta verso soluzioni migliori. Ogni soluzione candidato ha una serie di proprietà (suoi cromosomigenotipo ) che possono essere mutato e alterato;. tradizionalmente, soluzioni sono rappresentati in binario come stringhe di 0 e 1, ma altre codifiche sono possibili anche [ 2 ]
64. L'evoluzione di solito parte da una popolazione di individui generati casualmente, ed è un processo iterativo , con la popolazione in ogni iterazione chiamato generazione . In ogni generazione, l' idoneità di ogni individuo nella popolazione viene valutata l'idoneità è di solito il valore della funzione obiettivo del problema di ottimizzazione dall'essere risolto. Gli individui più adatti sono stocasticamente selezionati dalla popolazione corrente e genoma di ogni individuo viene modificata ( ricombinato e possibilmente mutato a caso) per formare una nuova generazione. La nuova generazione di soluzioni candidate viene quindi utilizzato nella successiva iterazione del algoritmo . Comunemente, l'algoritmo termina quando è stato prodotto un numero massimo di generazioni, o un livello di fitness soddisfacente è stato raggiunto per la popolazione.
65. Un algoritmo genetico tipico richiede:
66. una rappresentazione genetica del dominio soluzione,
67. una funzione di fitness per valutare il dominio soluzione.
68. Una rappresentazione standard di ogni soluzione candidata è come matrice di bit . [ 2 ] Matrici di altri tipi e strutture possono essere utilizzate essenzialmente nello stesso modo. La proprietà principale che rende queste rappresentazioni genetiche conveniente è che le loro parti sono facilmente allineate a causa della loro dimensione fissa, che facilita semplici di crossover operazioni. Rappresentazioni lunghezza variabile possono anche essere utilizzati, ma attuazione crossover è più complessa in questo caso. Rappresentazione ad albero sono esplorati in programmazione genetica e grafico-forma rappresentazioni sono esplorati in programmazione evolutiva , un mix di entrambi i cromosomi lineari e alberi è esplorato in programmazione genica .
69. Una volta che la rappresentazione genetica e la funzione di fitness sono definite, un GA procede per inizializzare una popolazione di soluzioni e poi migliorarlo attraverso l'applicazione ripetitiva degli operatori di mutazione, di crossover, inversione e di selezione.
70. Inizializzazione di algoritmo genetico modifica ]
71. Inizialmente molte soluzioni individuali sono (di solito) generati casualmente per formare una popolazione iniziale. La dimensione della popolazione dipende dalla natura del problema, ma tipicamente contiene diverse centinaia o migliaia di possibili soluzioni. Tradizionalmente, la popolazione viene generata casualmente, consentendo l'intera gamma delle possibili soluzioni (la spazio di ricerca ). Di tanto in tanto, le soluzioni possono essere "seminate" in aree in cui sono in grado di trovare soluzioni ottimali.
72. Selezione modifica ]
73. Articolo principale: Selection (algoritmo genetico)
74. Durante ogni generazione successiva, una parte della popolazione esistente viene selezionato per allevare una nuova generazione. Soluzioni individuali vengono selezionati attraverso una base di forma- processo, dove montatoresoluzioni (come misurato da una funzione di fitness ) sono in genere maggiori probabilità di essere selezionato. Alcuni metodi di selezione valutano l'idoneità di ogni soluzione e preferenzialmente selezionare le migliori soluzioni. Altri metodi frequenza soltanto un campione casuale della popolazione, in quanto il primo processo può essere molto tempo.
75. La funzione di fitness è definita sulla rappresentazione genetica e misura la qualità della soluzione rappresentata. La funzione di fitness è sempre un problema dipendente. Per esempio, nel problema dello zaino si vuole massimizzare il valore totale di oggetti che possono essere messi in una sacca di alcune capacità fissa. Una rappresentazione di una soluzione potrebbe essere una matrice di bit, in cui ogni bit rappresenta un oggetto diverso, e il valore del bit (0 o 1) rappresenta se l'oggetto è nello zaino. Non ogni tale rappresentazione è valida, come le dimensioni degli oggetti può superare la capacità dello zaino. L' idoneità della soluzione è la somma dei valori di tutti gli oggetti nello zaino se la rappresentazione è valido, altrimenti 0.
76. In alcuni problemi, è difficile o addirittura impossibile definire l'espressione fitness, in questi casi, una simulazione può essere utilizzata per determinare il valore della funzione di fitness di un fenotipo (es. fluidodinamica computazionaleviene utilizzato per determinare la resistenza dell'aria di un veicolo la cui forma è codificato come il fenotipo), o anche algoritmi genetici interattivi vengono utilizzati.
77. Operatori genetici modifica ]
79. Il passo successivo è quello di generare una popolazione seconda generazione di soluzioni da quelli selezionati attraverso operatori genetici : attraversamento (chiamato anche ricombinazione), e / o mutazione .
80. Per ogni nuova soluzione per essere prodotto, una coppia di soluzioni "madri" è selezionato per la riproduzione dal pool selezionato in precedenza. Producendo una soluzione "bambino" con i metodi di cui sopra di incrocio e mutazione, una nuova soluzione viene creato che condivide tipicamente molte delle caratteristiche dei suoi "genitori". I nuovi genitori sono selezionati per ogni nuovo figlio, e il processo continua fino a quando viene generata una nuova popolazione di soluzioni di dimensioni adeguate. Sebbene metodi di riproduzione che si basano sull'impiego di due genitori sono più "biologia ispirato", alcune ricerche [ 3 ] [ 4 ] suggerisce che più di due "genitori" generano cromosomi di qualità superiore.
81. Questi processi definitiva producono popolazione prossima generazione di cromosomi che è differente dalla generazione iniziale. Generalmente il benessere medio sarà aumentato di questa procedura per la popolazione, dato che solo i migliori organismi della prima generazione sono selezionati per la riproduzione, con una piccola percentuale di soluzioni meno adatti. Queste soluzioni meno adatte assicurano la diversità genetica all'interno del pool genetico dei genitori e quindi garantire la diversità genetica della successiva generazione di bambini.
82. L'opinione è divisa sull'importanza di attraversamento rispetto mutazione. Ci sono molti riferimenti a Fogel (2006) che sostengono l'importanza della ricerca basata mutazione.
83. Sebbene di crossover e mutazione sono noti come i principali operatori genetici, è possibile utilizzare altri operatori come raggruppamento, colonizzazione estinzione o migrazione in algoritmi genetici. [ 5 ]
84. Si tratta di parametri di regolazione vale la pena, come la mutazione probabilità di crossover probabilità e dimensioni della popolazione per trovare le impostazioni ragionevoli per la classe problema in lavorazione. Una piccola aliquota mutazione può portare a deriva genetica (che è non- ergodico in natura). Un tasso di ricombinazione che è troppo alto può portare a convergenza prematura dell'algoritmo genetico. Un tasso di mutazione che è troppo alto può portare alla perdita di buone soluzioni meno che non vi è la selezione elitaria. Ci sono limiti superiori e inferiori teoriche ma non ancora pratico di questi parametri che possono aiutare la selezione manuale citazione necessaria ] attraverso esperimenti (vedi tutorial ).
85. Terminazione modifica ]
86. Questo processo generazionale viene ripetuto finché è stata raggiunta una condizione di terminazione. Condizioni comuni di terminazione sono:
87. Una soluzione è trovato che soddisfa i criteri minimi
88. Numero fisso di generazioni raggiunto
89. Bilancio stanziato (tempo di calcolo / denaro) raggiunto
90. Idoneità del più alto ranking soluzione sta raggiungendo o ha raggiunto un plateau tale che iterazioni successive non producono più risultati migliori
91. L'ispezione manuale
92. Combinazioni di cui sopra
93. Il building block ipotesi [ modifica ]
94. Gli algoritmi genetici sono semplici da implementare, ma il loro comportamento è difficile da capire. In particolare è difficile capire perché questi algoritmi spesso riescono a generare soluzioni di elevata idoneità quando applicata a problemi pratici. L'ipotesi building block (BBH) è costituito da:
95. Una descrizione di una euristica che esegue l'adattamento identificando e ricombinando "building blocks", cioè ordine basso, bassa definizione lunghezza schemi con il fitness sopra la media.
96. Una ipotesi che un algoritmo genetico esegue l'adattamento implicitamente ed efficiente attuazione di questa euristica.
97. Goldberg descrive l'euristica come segue:
98. "Short, ordine basso, e molto in forma schemi vengono campionati, ricombinati [attraversato], e resampled a formare stringhe di potenzialmente più elevato fitness. In un certo senso, lavorando con questi particolari schemi [i mattoni], abbiamo ridotto la complessità del nostro problema, invece di costruire stringhe ad alte prestazioni provando tutte le combinazioni possibili e immaginabili, costruiamo sempre migliori stringhe delle migliori soluzioni parziali dei campionamenti passati.
99. "Perché schemi altamente attacco di bassa lunghezza definire e bassa dell'ordine svolgono un ruolo importante nell'azione di algoritmi genetici, abbiamo già dato loro un nome speciale:. Blocchi di costruzione Proprio come un bambino crea magnifiche fortezze attraverso l'organizzazione di blocchi semplici legno, quindi non un algoritmo genetico cercano prestazioni quasi ottimali attraverso la giustapposizione di blocchi a breve, di ordine inferiore, ad alte prestazioni schemi, o di costruzione ". [ 6 ]
100.Limitazioni [ modifica ]
101.Ci sono limiti dell'uso di un algoritmo genetico rispetto agli algoritmi di ottimizzazione alternative:
102.Ripetute funzione di fitness di valutazione per problemi complessi è spesso il segmento più proibitivo e limitando di algoritmi evolutivi artificiali. Trovare la soluzione ottimale per complessi alti dimensionali, problemi multimodali richiede spesso molto costosi funzione di fitness valutazioni. In problemi del mondo reale come problemi di ottimizzazione strutturale, una valutazione unica funzione può richiedere diverse ore a diversi giorni di simulazione completa.Metodi di ottimizzazione tipici non possono trattare tali tipi di problemi. In questo caso, potrebbe essere necessario rinunciare una valutazione esatta e usare una forma approssimativa che è computazionalmente efficiente. E 'evidente che la fusione di modelli approssimati può essere uno degli approcci più promettenti di utilizzare al convincente GA per risolvere i complessi problemi della vita reale.
103.Gli algoritmi genetici non scala bene con la complessità. Cioè, se il numero di elementi che sono esposti a mutazione è grande vi è spesso un aumento esponenziale della dimensione dello spazio di ricerca. Questo rende estremamente difficile utilizzare la tecnica su problemi quali la progettazione di un motore, una casa o aereo. Al fine di rendere tali problemi trattabili alla ricerca evolutiva, essi devono essere suddivisi in rappresentazione più semplice possibile. Quindi noi di solito vediamo i disegni di codifica algoritmi evolutivi per pale del ventilatore invece di motori, forme edilizie invece di piani di costruzione dettagliati, profili alari invece di disegni interi aeromobili. Il secondo problema di complessità è la questione di come proteggere le parti che si sono evolute per rappresentare buone soluzioni da ulteriore mutazione distruttiva, soprattutto quando la loro valutazione di idoneità richiede loro di combinare bene con le altre parti. E 'stato suggerito da alcuni citazione necessaria ] nella comunità che un approccio di sviluppo di soluzioni evolute poteva superare alcuni dei problemi di protezione, ma questa rimane una questione di ricerca aperto.
104.La soluzione "migliore" è solo rispetto ad altre soluzioni. Come risultato, il criterio di arresto non è chiaro in ogni problema.
105.In molti problemi, gas può avere la tendenza a convergere verso ottimi locali o anche punti arbitrari piuttosto che l' ottimo globale del problema. Ciò significa che non "sa" per sacrificare il fitness a breve termine per ottenere il fitness a lungo termine. La probabilità che ciò si verifichi dipende dalla forma del paesaggio di fitness : alcuni problemi possono fornire un facile salita verso un ottimo globale, altri possono facilitare la funzione per trovare la optima locale.Questo problema può essere alleviato mediante una funzione di fitness diversa, aumentando il tasso di mutazione, o utilizzando tecniche di selezione che mantengono una popolazione diversificata di soluzioni, [ 7 ] , anche se il No Free Lunch teorema [ 8 ] si dimostra citazione necessaria ] che ci esiste una soluzione generale a questo problema. Una tecnica comune per mantenere la diversità è di imporre una "sanzione di nicchia", in cui, qualsiasi gruppo di individui di somiglianza sufficiente (raggio di nicchia) hanno una penalità aggiunto, che ridurrà la rappresentazione di quel gruppo nelle generazioni successive, permettendo altro (meno simile ) gli individui ad essere mantenuti nella popolazione. Questo trucco, però, non può essere efficace, dipende dal paesaggio del problema. Un'altra possibile tecnica sarebbe quello di sostituire semplicemente parte della popolazione con individui generati casualmente, quando la maggior parte della popolazione è troppo simili tra loro. La diversità è importante in algoritmi genetici (e programmazione genetica ), perché attraversando una popolazione omogenea non produce nuove soluzioni. Nelstrategie di evoluzione e programmazione evolutiva , la diversità non è essenziale a causa di un maggiore ricorso a mutazione.
106.Operando su insiemi di dati dinamici è difficile, come genomi cominciano a convergere presto verso soluzioni che potrebbero non essere più valide per i dati successivi. Diversi metodi sono stati proposti per porre rimedio a questa crescente diversità genetica in qualche modo e prevenire convergenza precocemente, aumentando la probabilità di mutazione quando la qualità della soluzione scende (chiamato hypermutation attivato ), o occasionalmente introducendo completamente nuovi, elementi generati casualmente nel patrimonio genetico (chiamato immigrati casuali ). Ancora una volta, le strategie di evoluzione e programmazione evolutiva possono essere implementati con un cosiddetto "strategia virgola" in cui i genitori non vengono mantenute e nuovi genitori siano selezionate solo dalla progenie. Questo può essere più efficace sui problemi dinamici.
107.Il gas non può risolvere efficacemente i problemi in cui l'unica misura di fitness è una misura di giusto / sbagliato singolo (come problemi di decisione ), in quanto non vi è alcun modo per convergere sulla soluzione (senza collina a salire). In questi casi, una ricerca casuale può trovare una soluzione più rapidamente un GA. Tuttavia, se la situazione consente la sperimentazione successo / insuccesso da ripetere dando (possibilmente) risultati diversi, allora il rapporto di successi a guasti fornisce una misura di fitness adatto.
108.Per problemi di ottimizzazione e istanze del problema specifico, altri algoritmi di ottimizzazione possono trovare soluzioni migliori di algoritmi genetici (data la stessa quantità di tempo di calcolo). Algoritmi alternativi e complementari comprendono strategie evolutive , la programmazione evolutiva , ricottura simulata , adattamento gaussiano , in salita , e swarm intelligence (es.: ottimizzazione colonia di formiche , particella ottimizzazione sciame ) e metodi basati sulla programmazione lineare intera . La domanda di cui eventuali problemi sono adatti ad algoritmi genetici (nel senso che questi algoritmi sono migliori di altri) è aperta e controversa.
109.Varianti [ modifica ]
110.Rappresentazione Cromosoma modifica ]
111.L'algoritmo più semplice rappresenta ogni cromosoma come una stringa di bit . Tipicamente i parametri numerici possono essere rappresentati da numeri interi , anche se è possibile utilizzare virgola mobile rappresentazioni. La rappresentazione in virgola mobile è naturale per le strategie di evoluzione e programmazione evolutiva . La nozione di algoritmi genetici a valori reali è stato offerto, ma è in realtà un termine improprio perché in realtà non rappresenta la teoria blocco di costruzione che è stato proposto da John Henry Holland nel 1970. Questa teoria non è però senza sostegno, sulla base dei risultati teorici e sperimentali (vedi sotto). L'algoritmo di base esegue di crossover e la mutazione a livello di bit. Altre varianti trattano il cromosoma come una lista di numeri che sono gli indici in una tabella di istruzioni, i nodi in una lista collegata , hash , oggetti , o qualsiasi altra immaginabile struttura dati . Crossover e mutazione sono realizzate in modo da rispettare i limiti dell'elemento dati. Per la maggior parte dei tipi di dati, specifici operatori variazione possono essere progettati. Diversi tipi di dati cromosomica sembrano funzionare meglio o peggio per diversi domini problematiche specifiche.
112.Quando si utilizzano rappresentazioni di stringa di bit di numeri interi, codifica Grigio è spesso impiegato. In questo modo, piccole variazioni del numero intero possono essere facilmente effettuati tramite mutazioni o crossover. Questo è stato trovato per aiutare a prevenire convergenza prematura in cosiddette pareti Hamming , in cui troppe mutazioni simultanee (o eventi di crossover) deve avvenire in modo da cambiare il cromosoma di una soluzione migliore.
113.Altri approcci comportano l'uso di matrici di numeri reali a valori invece di stringhe di bit per rappresentare i cromosomi. I risultati della teoria di schemi indicano che, in generale, più piccolo l'alfabeto, migliori sono le prestazioni, ma era inizialmente sorprendente per i ricercatori che i buoni risultati sono stati ottenuti da usare cromosomi a valori reali. Questo è stato spiegato come l'insieme dei valori reali in una popolazione finita di cromosomi di formare un alfabeto virtuale (ove selezione e ricombinazione sono dominanti) con una cardinalità molto inferiore a quanto previsto dalla rappresentazione in virgola mobile. [ 9 ] [ 10 ]
114.Elitarismo modifica ]
115.Un grande successo (leggera) variante del processo generale di costruzione di una nuova popolazione è consentire alcuni dei migliori organismi della generazione corrente di riportare al successivo, inalterato. Questa strategia è nota come selezione elitista .
116.Implementazioni parallele modifica ]
117.Implementazioni parallele di algoritmi genetici sono di due tipi. Algoritmi genetici paralleli grana grossa assumono una popolazione su ciascuno dei nodi informatici e migrazione di individui tra i nodi. Algoritmi genetici paralleli a grana fine assumono un individuo su ciascun nodo processore che agisce con le persone vicine per la selezione e la riproduzione. Altre varianti, come algoritmi genetici per problemi di ottimizzazione on line, introducono tempo-dipendenza o rumore in funzione di fitness.
118.GA Adaptive modifica ]
119.Gli algoritmi genetici con parametri adattivi (algoritmi genetici adattivi, Agas) è un'altra variante importante e promettente di algoritmi genetici. Le probabilità di attraversamento (pc) e mutazione (pm) determinano notevolmente il grado di accuratezza della soluzione e la velocità di convergenza che gli algoritmi genetici possono ottenere. Invece di utilizzare valori fissi di pc e pm, AGAs utilizzare le informazioni di popolazione in ogni generazione e adattivo regolare il pc e pm per mantenere la diversità popolazione e per sostenere la capacità di convergenza. In AGA (algoritmo genetico adattivo), [ 11 ] l'adeguamento dei pc e pm dipende dai valori di idoneità delle soluzioni. In CAGA (algoritmo genetico adattivo basato clustering), [ 12 ] attraverso l'utilizzo di analisi di clustering per giudicare gli stati di ottimizzazione della popolazione, l'adeguamento dei pc e pm dipende da questi stati di ottimizzazione. Può essere molto efficace per combinare GA con altri metodi di ottimizzazione. GA tende ad essere abbastanza bravo a trovare generalmente buone soluzioni globali, ma piuttosto inefficiente a trovare gli ultimi mutazioni per trovare il migliore in assoluto. Altre tecniche (come semplice hill climbing) sono abbastanza efficienti nel trovare ottimale assoluto in una regione limitata. Alternando GA e in salita può migliorare l'efficienza di GA superando la mancanza di robustezza di salita.
120.Ciò significa che le regole della variazione genetica possono avere un significato diverso nel caso naturale. Per esempio - a condizione che i passi sono memorizzati in ordine consecutivo - attraversando può sommare una serie di passi da DNA materno aggiunta di una serie di passi da DNA paterno e così via. Questo è come aggiungere i vettori che più probabilmente possono seguire un crinale nel paesaggio fenotipica. Pertanto, l'efficienza del processo può essere aumentata di molti ordini di grandezza. Inoltre, l' operatore di inversione ha la possibilità di inserire passaggi in ordine consecutivo o qualsiasi altro ordine idoneo a favore della sopravvivenza o di efficienza. (Si veda ad esempio [ 13 ] o esempio nel problema del commesso viaggiatore , in particolare l'uso di un operatore ricombinazione bordo .)
121.Una variante, dove la popolazione nel suo complesso è evoluto anziché singoli membri, è noto come piscina ricombinazione genica.
122.Un certo numero di varianti sono stati sviluppati per tentare di migliorare le prestazioni di gas per problemi con un elevato grado di epistasi fitness, cioè dove l'idoneità di una soluzione costituita da interagire sottoinsiemi delle sue variabili. Tali algoritmi mirano a imparare (prima di sfruttare) queste interazioni fenotipiche benefiche. Come tali, essi sono allineati con la Building Block ipotesi nella riduzione adattativo ricombinazione dirompente. Esempi importanti di questo approccio includono la SMG, [ 14 ] GEMGA [ 15 ] e LLGA. [ 16 ]
123.Domini di problema [ modifica ]
124.Problemi che sembrano essere particolarmente appropriato per soluzione mediante algoritmi genetici sono di calendario e di pianificazione problemi, e molti pacchetti software di programmazione si basano sul gas citazione necessaria ] .Gas sono stati applicati anche per l'ingegneria . Gli algoritmi genetici sono spesso applicati come un approccio per risolvere ottimizzazione globale dei problemi.
125.Come regola generale degli algoritmi genetici pollice potrebbe essere utile in domini di problema che hanno un complesso paesaggio di fitness miscelazione, cioè, mutazione in combinazione con incrocio , è progettato per muoversi popolazione distanti ottimi locali che un tradizionale hill climbing algoritmo potrebbe bloccarsi dentro Osservare che gli operatori di crossover di uso comune non può cambiare qualsiasi popolazione uniforme. Sola mutazione può fornire ergodicità del processo complessivo algoritmo genetico (visto come una catena di Markov).
126.Esempi di problemi risolti da algoritmi genetici includono: specchi progettati per incanalare la luce solare per un collettore solare, [ 17 ] antenne progettato per raccogliere i segnali radio nello spazio, citazione necessaria ] . ei metodi per figure di computer cammina citazione necessaria ] Molti di loro Le soluzioni sono state molto efficaci, a differenza di tutto ciò che un ingegnere umano avrebbe potuto produrre, e imperscrutabile di come sono arrivati ​​a questa soluzione.citazione necessaria ]
127.Storia [ modifica ]
128.Le simulazioni al computer di evoluzione iniziato già nel 1954 con il lavoro di Nils Aall Barricelli , che stava usando il computer presso l' Institute for Advanced Study di Princeton, New Jersey . [ 18 ] [ 19 ] La sua pubblicazione 1954 non è stato ampiamente notato. A partire dal 1957, [ 20 ] il genetista quantitativa australiano Alex Fraser ha pubblicato una serie di documenti sulla simulazione di selezione artificiale di organismi con più loci che controllano una caratteristica misurabile. Da questi inizi, simulazione al computer di evoluzione dai biologi è diventato più comune nel 1960, e le modalità sono state descritte nei libri da Fraser e Burnell (1970) [ 21 ] e Crosby (1973). [ 22 ] Le simulazioni di Fraser incluse tutte le elementi essenziali degli algoritmi genetici moderni. Inoltre, Hans-Joachim Bremermann pubblicato una serie di documenti nel 1960, che ha inoltre adottato una popolazione di soluzione ai problemi di ottimizzazione, in fase di ricombinazione, mutazione e selezione. La ricerca di Bremermann comprendeva anche gli elementi di algoritmi genetici moderni. [ 23 ] Altri pionieri degni di nota includono Richard Friedberg, George Friedman, e Michael Conrad.Molti dei primi documenti sono ristampati da Fogel (1998). [ 24 ]
129.Sebbene Barricelli, in opera ha riferito nel 1963, aveva simulato l'evoluzione della capacità di giocare un gioco semplice, [ 25 ] evoluzione artificiale è diventato un metodo di ottimizzazione ampiamente riconosciuto come un risultato del lavoro di Ingo Rechenberg e Hans-Paul Schwefel nel 1960 e primi anni 1970 - il gruppo di Rechenberg stato in grado di risolvere problemi di ingegneria complessi attraverso strategie di evoluzione . [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] Un altro approccio è stata la tecnica di programmazione evolutiva di Lawrence J. Fogel , che è stato proposto per la generazione di intelligenza artificiale. programmazione evolutiva originariamente utilizzato macchine a stati finiti per prevedere gli ambienti, ed utilizzato variazione e selezione per ottimizzare le logiche predittive. Gli algoritmi genetici, in particolare, è diventato popolare grazie al lavoro di John Holland nei primi anni 1970, e in particolare il suo libro Adattamento in naturale e sistemi artificiali (1975). Il suo lavoro nasce con studi di automi cellulari , condotti da Holland ed i suoi studenti presso l' Università del Michigan . Holland ha introdotto un quadro formalizzato per predire la qualità della prossima generazione, noto come Schema Teorema di Holland . La ricerca nel settore del gas è rimasto in larga misura teorica fino alla metà degli anni 1980, quando la prima Conferenza Internazionale sulla Algoritmi Genetici si è tenuta aPittsburgh, in Pennsylvania .
130.Come interesse accademico è cresciuto, il drammatico aumento della potenza di calcolo del desktop consentito per l'applicazione pratica della nuova tecnica. Alla fine del 1980, General Electric ha iniziato a vendere il primo prodotto algoritmo genetico del mondo, un toolkit basato su mainframe progettato per i processi industriali. Nel 1989, Axcelis, Inc. ha rilasciato Evolver , primo prodotto GA commerciale del mondo per i computer desktop. The New York Timestecnologia scrittore John Markoff ha scritto [ 30 ] su Evolver nel 1990, e rimase l'unico algoritmo genetico commerciale interattiva fino al 1995. [ 31 ] Evolver è stata venduta a Palisade nel 1997, tradotto in diverse lingue, ed è attualmente alla sua sesta versione. [ 32 ]
131.Tecniche correlate [ modifica ]
133.Campi Genitore modifica ]
134.Gli algoritmi genetici sono un sottocampo di:
140.Campi correlati modifica ]
141.Algoritmi evolutivi modifica ]
142.http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/thumb/9/99/Question_book-new.svg/50px-Question_book-new.svg.png
143.Questa sezione deve citazioni supplementari per la verifica . prega di contribuire a migliorare questo articolo da aggiungendo citazioni da fonti affidabili . Senza fonte materiale può essere contestato e rimosso. (Maggio 2011)
144.Algoritmi evolutivi è un sub-campo di calcolo evolutivo .
145.Strategie Evolution (ES, vedi Rechenberg, 1994) si evolvono individui per mezzo di mutazione e ricombinazione intermedio o discreta. Algoritmi ES sono progettati particolarmente per risolvere i problemi nel dominio reale valore.Usano autoadattamento per regolare i parametri di controllo della ricerca. De-randomizzazione di auto-adattamento ha portato alla contemporanea covarianza Matrix Adaptation Strategy Evolution ( CMA-ES ).
146.Programmazione evolutiva (EP) coinvolge popolazioni di soluzioni con in primo luogo la mutazione e la selezione e rappresentazioni arbitrarie. Usano l'auto-adattamento per regolare i parametri, e possono includere altre operazioni di variazione come combinare informazioni provenienti da più genitori.
147.Programmazione di espressione genica (GEP) utilizza anche le popolazioni di programmi per computer. Questi programmi informatici complessi sono codificati in semplici cromosomi lineari di lunghezza fissa, che vengono poi espresse come alberi di espressione. Alberi di espressione o programmi informatici evolvono perché i cromosomi subiscono mutazione e ricombinazione in un modo simile al canonico GA. Ma grazie alla speciale organizzazione dei cromosomi GEP, queste modifiche genetiche risultano sempre i programmi informatici validi. [ 33 ]
148.Programmazione genetica (GP) è una tecnica correlata popolare da John Koza in cui i programmi per computer, piuttosto che parametri di funzione, sono ottimizzati. Programmazione genetica utilizza spesso basati su alberi internestrutture dati per rappresentare i programmi per computer per l'adattamento al posto delle lista strutture tipiche degli algoritmi genetici.
149.Raggruppamento algoritmo genetico (GGA) è un'evoluzione del GA in cui l'attenzione si sposta dalle singole voci, come in Classical Gas, a gruppi o sottoinsieme di elementi. [ 34 ] L'idea alla base di questa evoluzione GA proposto da Emanuel Falkenauer è che risolvere alcuni problemi complessi, alias di clustering o partizionamento problemi in cui un insieme di elementi deve essere diviso in gruppo disgiunta di elementi in modo ottimale, sarebbe meglio essere raggiunti facendo caratteristiche dei gruppi di voci equivalenti ai geni. Questo tipo di problemi includono bin imballaggio , il bilanciamento di linea, il clustering rispetto ad una misura di distanza, pari pali, ecc, in cui il gas classico dimostrato di scarso rendimento. Fare geni equivalente ai gruppi implica cromosomi che sono in generale di lunghezza variabile, e operatori genetici speciali che manipolano interi gruppi di articoli. Per bin imballaggio, in particolare, un GGA ibridato con il criterio della posizione dominante di Martello e Toth, è probabilmente la tecnica migliore per data.
150.Algoritmi evolutivi interattive sono algoritmi evolutivi che utilizzano valutazione umana. Di solito sono applicati a domini in cui è difficile progettare una funzione di fitness di calcolo, per esempio, in evoluzione immagini, musica, disegni artistici e forme per adattarsi preferenza estetica degli utenti.
151.Swarm intelligence modifica ]
152.Swarm intelligence è un sub-campo di calcolo evolutivo .
153.Ottimizzazione colonia di formiche (ACO) utilizza molte formiche (o agenti) per attraversare lo spazio delle soluzioni e trovare aree localmente produttive. Mentre di solito inferiore agli algoritmi genetici e altre forme di ricerca locale, è in grado di produrre risultati in problemi in cui nessuna prospettiva globale o up-to-date può essere ottenuta, e quindi gli altri metodi non può essere applicato. citazione necessaria ]
154.Ottimizzazione sciame di particelle (PSO) è un metodo di calcolo per l'ottimizzazione multi-parametro che utilizza anche l'approccio basato sulla popolazione. Una popolazione (sciame) di soluzioni candidate (particelle) si muove nello spazio di ricerca, e il movimento delle particelle è influenzato sia dalla propria posizione più noto e posizione più noto globale di sciame. Come algoritmi genetici, il metodo PSO dipende condivisione delle informazioni tra i membri della popolazione. In alcuni problemi il PSO è spesso più computazionalmente efficiente del gas, soprattutto in problemi non vincolati con variabili continue. [ 35 ]
155.Gocce d'acqua intelligenti o l'algoritmo IWD [ 36 ] è un algoritmo di ottimizzazione ispirati alla natura ispirata da gocce d'acqua naturali che cambiano il loro ambiente per trovare il percorso ottimale o ottimale vicino alla loro destinazione. La memoria è il letto del fiume e ciò che viene modificato dalle gocce d'acqua è la quantità di terreno sul letto del fiume.
156.Altri algoritmi di calcolo evolutivo modifica ]
157.Computazione evolutiva è un sotto-settore delle metaeuristica metodi.
158.Ricerca Harmony (HS) è un algoritmo imitando il comportamento dei musicisti nel processo di improvvisazione.
159.Algoritmo memetica (MA), spesso chiamato algoritmo genetico ibrido tra gli altri, è un metodo basato sulla popolazione, in cui sono anche soggette a fasi di miglioramento locali soluzioni. L'idea di algoritmi memetici viene da memi, che a differenza di geni, può adattarsi. In alcune aree problematiche che sono indicati per essere più efficiente di algoritmi evolutivi tradizionali.
160.Algoritmi batteriologici (BA) ispira ecologia evolutiva e, più in particolare, l'adattamento batteriologica. Ecologia evolutiva è lo studio degli organismi viventi nel contesto del loro ambiente, con l'obiettivo di scoprire come si adattano. Il suo concetto di base è che in un ambiente eterogeneo, non è possibile trovare un individuo che si adatta tutto l'ambiente. Quindi, è necessario ragionare a livello di popolazione. E 'anche BAs creduto potesse essere applicato con successo a problemi complessi di posizionamento (antenne per telefoni cellulari, pianificazione urbana, e così via) o di data mining. [ 37 ]
161.Algoritmo culturale (CA) comprende la componente popolazione quasi identica a quella dell'algoritmo genetico e, in aggiunta, un componente di conoscenza chiamato spazio credenza.
162.Differenziale algoritmo di ricerca (DS) ispirato dalla migrazione di superorganismi. [ 38 ]
163.Adattamento gaussiana (normale o naturale adattamento, abbreviato NA per evitare confusione con GA) è destinato per la massimizzazione del rendimento produzione di sistemi di elaborazione dei segnali. Può essere utilizzato anche per l'ottimizzazione parametrica ordinaria. Essa si basa su un certo teorema valido per tutte le regioni di accettabilità e di tutte le distribuzioni di Gauss. L'efficienza di NA si basa sulla teoria dell'informazione e un certo teorema di efficienza. La sua efficacia è definita come informazioni diviso per il lavoro necessario per ottenere le informazioni. [ 39 ] Perché NA massimizza il fitness piuttosto che l'idoneità dei singoli media, il paesaggio viene livellato in modo tale che le valli tra i picchi possono scomparire. Quindi ha una certa "ambizione" per evitare picchi locali nel paesaggio fitness. NA è anche bravo a arrampicata creste affilate per adattamento della matrice momento, perché NA può massimizzare il disturbo ( informazioni media ) della gaussiana contemporaneamente mantenendo la forma fisica media costante.
164.Altri metodi metaeuristica modifica ]
165.Metodi metaeuristica ampiamente rientrano stocastico metodi di ottimizzazione.
166.Ricottura simulata (SA) è una tecnica di ottimizzazione globale correlato che attraversa lo spazio di ricerca testando mutazioni casuali su una soluzione individuale. Una mutazione che aumenta la fitness è sempre accettata. Una mutazione che riduce fitness è accettata probabilisticamente basato sulla differenza di fitness e un parametro temperatura decrescente. In SA gergo, si parla di cercare la più bassa energia invece del massimo fitness. SA può essere utilizzato anche all'interno di un algoritmo standard GA iniziando con un tasso relativamente elevato di mutazione e decrescente nel tempo lungo un determinato programma.
167.Ricerca Tabu (TS) è simile a ricottura simulata dal fatto che sia attraversare lo spazio soluzione testando mutazioni di una soluzione individuale. Mentre annealing simulato genera una sola soluzione mutato, tabu search genera molte soluzioni mutato e si sposta verso la soluzione con la più bassa energia di quelli generati. Per evitare bicicletta e favorire una maggiore movimento attraverso lo spazio delle soluzioni, una lista tabu viene mantenuta di soluzioni parziali o complete. E 'vietato passare a una soluzione che contiene elementi della lista tabu, che viene aggiornato come la soluzione attraversa lo spazio delle soluzioni.
168.Ottimizzazione estremale (EO) a differenza del gas, che funzionano con una popolazione di soluzioni candidate, EO si evolve una soluzione unica e rende locali, modifiche ai componenti peggiori. Ciò richiede che una rappresentanza adeguata selezionata che permette di singoli componenti della soluzione deve essere assegnato un provvedimento di qualità ("fitness"). Il principio di base dietro questo algoritmo è quello di emergente miglioramento attraverso rimuovere selettivamente componenti di bassa qualità e la loro sostituzione con un componente selezionato in modo casuale. Questo è decisamente in contrasto con un GA che seleziona buone soluzioni nel tentativo di rendere le soluzioni migliori.
169.Altri metodi di ottimizzazione stocastica modifica ]
170.Il metodo di cross-entropia (CE) genera soluzioni candidati mediante una distribuzione di probabilità parametri. I parametri vengono aggiornati mediante minimizzazione cross-entropia, in modo da generare campioni migliori nella successiva iterazione.
171.Reattiva ottimizzazione di ricerca (RSO) sostiene l'integrazione di tecniche di apprendimento automatico sub-simbolici in euristiche di ricerca per risolvere problemi di ottimizzazione complessi. La parola accenni reattive ad una pronta risposta agli eventi durante la ricerca attraverso un ciclo di feedback on-line interno per l'auto-tuning dei parametri critici. Metodologie di interesse per Reactive Search includono machine learning e statistica, in particolare l'apprendimento per rinforzo, apprendimento attivo o query, reti neurali e meta-euristiche.
172.Vedi anche [ modifica ]
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239.Collegamenti esterni [ modifica ]
240.Risorse modifica ]
241.Algoritmi Genetici Index Fornisce un elenco di risorse nel campo degli algoritmi genetici
242.Tutorials modifica ]
244.Un tutorial online interattivo GA per un lettore di praticare o imparare come funziona un GA : Imparare passo dopo passo o guardare convergenza globale in batch, cambiare la dimensione della popolazione, i tassi di crossover / limiti, tassi di mutazione / limiti e meccanismi di selezione e aggiungere vincoli.
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·         Whitley, Darrell (1994). "Un algoritmo esercitazione genetica". Statistica e informatica 4 (2):. 65-85 doi : 10.1007/BF00175354 .
·         Hingston, Filippo, Barone, Luigi, Michalewicz, Zbigniew (2008). Design by Evolution: Advances in Evolutionary design . Springer. ISBN  978-3540741091 .
·         Eiben, Agoston,. Smith, James (2003), Introduzione alla Evolutionary Computing . Springer. ISBN  978-3540401841 .
Collegamenti esterni modifica ]
Risorse modifica ]
·         Algoritmi Genetici Index Fornisce un elenco di risorse nel campo degli algoritmi genetici
Tutorials modifica ]
·         Un tutorial online interattivo GA per un lettore di praticare o imparare come funziona un GA : Imparare passo dopo passo o guardare convergenza globale in batch, cambiare la dimensione della popolazione, i tassi di crossover / limiti, tassi di mutazione / limiti e meccanismi di selezione e aggiungere vincoli.
·         A Genetic Algorithm Tutorial Darrell Whitley Informatica Dipartimento di Colorado State University Un'esercitazione eccellente con un sacco di teoria
·         "Essentials of Metaheuristics" , 2009 (225 p). Testo aperto libero da Sean Luca.


.TEMI RILEVANTI

---- STUDI (72) ---- RICERCHE (55) ---- SCOPERTE (45) ---- F O X P 2 (39) ANTROPOLOGIA DELLA COMUNICAZIONE (33) ---- evoluzione (20) ---- DNA (13) ---- INFO (13) ---- geografia Umana in adeguamento (13) ---- INFO foxp2 (12) ---- TEORIA EVOLUTIVA - NEWS (12) ---- INFO influenza suina (8) ---- STUDI. ---- mutazioni (8) ---- EVOLUZIONE rapidita della (7) Studi (7) Scoperte (6) ---- Antropologia culturale (5) ---- Biologia (5) ---- MUTAZIONI (5) ---- NUOVE TEORIE (5) ---- PROTEINE (5) ---- RIPRODUZIONE (5) ---- analisi comportamentali (5) ---- genetica (5) Evoluzione (5) ---- Conferme (4) ---- UCCELLI ---- MUTAZIONI (4) ---- antropologia evolutiva (4) ---- empatia. (4) ---- FIORI (3) ---- MIGRAZIONE UMANA (3) ---- Paleontologia (3) ---- Uccelli (3) ---- alimentazione (3) ---- arte e cultura (3) ---- attivarazione dei geni (3) ---- esperimenti (3) ---- legami genetici (3) ---- origini delle varie popolazioni umane (3) ----gene che determina il colore (3) Algoritmi per l'evoluzione (3) F O X P 2 (3) FOXP2 Origine della forma moderna del gene (3) Neandertal (3) Teoria evolutiva (3) analisi comportamentali (3) ---- Alzheimer (2) ---- Charles Darwin (2) ---- Dinosauri (2) ---- FOTO (2) ---- RNA (2) ---- SPAZIO (2) ---- algoritmi per l'evoluzione (2) ---- cooperazione (2) ---- denti (2) ---- evoluzione ----- due milioni di anni (2) ---- evoluzione del sesso (2) ---- paleontologia. ---- geologia (2) ----- due milioni di anni (2) ----Homo floresiensis---- (2) ----MATRIMONI (2) ----Neanderthal (2) ----Psicologia (2) ----studi (2) Analisi (2) Charles Darwin (2) Creazione di una cellula batterica controllata da una sintesi chimica del Genoma (2) Esplorazione (2) L'origine e l'evoluzione del genere Homo (2) Linguistica evolutiva (2) Oskar mRNA (2) Periodi di tempi geologici (2) Periodi evolutiuvi (2) Ricerche (2) archivio (2) cancro (2) geni che controllano i tratti e che influenzano pertanto il processo di speciazione (2) geni ruolo (2) geni tipo di (2) geografia Umana in adeguamento (2) gusto (2) lotta contro il cancro (2) mutazioni in geni attivi (2) organismi: capacita di adattarsi ai cambiamenti ambientali (2) sapore (2) scenari evolutivi e le forze di base. (2) ---- tirannosauri (1) ---- 100.000 di anni fà (1) ---- 4 (1) ---- 47 milioni di anni fa (1) ---- 700000 anni più vicini agli albori della stirpe umana (1) ---- ANALISI (1) ---- ANTICHI LIBRI. (1) ---- Acoelomorpha (1) ---- Altruismo (1) ---- Cervello (1) ---- Dolore. (1) ---- ENERGIA (1) ---- Ecco come i geni di lavoro. (1) ---- GRUPPI ETNICI (1) ---- Megafossili (1) ---- NEURONI (1) ---- Origini Celtiche (1) ---- PROCESSORI QUANTISTICI (1) ---- STUDI ----MATRIMONI (1) ---- Sesso (1) ---- Smalto (1) ---- Tyrannosaurus rex (1) ---- astronomia (1) ---- datazione della terra (1) ---- ereditarieta (1) ---- filosofia (1) ---- infezioni (1) ---- info news genomica (1) ---- linkage disequilibrium (LD) (1) ---- morte di Lévi-Strauss (1) ---- organi rudimentali (1) ---- pericoli (1) ---- pesci (1) ---- prove (1) ---- provincia meridionale cinese di Guangxi (1) ---- rove (1) ---- studio del dolore (1) ----- Funghi Antichi (1) ----- processi decisionali (1) -----Fair play (1) -----L'assunzione di rischi (1) -----lattasi (1) ----3 (1) ----Ardi. (1) ----Coordinamento (1) ----Homo ergaster (1) ----Homo habilis (1) ----Homo heidelbergensis (1) ----Homo rudolfensis (1) ----L'origine e l'evoluzione del genere Homo (1) ----Late Homo (1) ----Medio Homo (1) ----Nbs1 (1) ----Primi Homo (1) ----RNA (1) ----Storia vertrebati (1) ----complesso MRN (1) ----comunicazione nel cervello (1) ----energia oscura (1) ----genoma di un cavallo domestico (1) ----hobbit (1) ----mappatura del genoma (1) ----meccanismo che impedisce a due specie di riprodursi (1) ----motore che sposta i cromosomi (1) ----uomo moderno (1) 0 milioni di anni fa (1) 1 (1) 3 (1) 4 milioni di anni fa (1) Actina (1) Amore (1) Analisi sui Social (1) Anoiapithecus brevirostris (1) Antropologia culturale (1) Azendohsaurus come Bizarre Reptile Early (1) Biodiversita (1) Cannibalismo (1) Charles Darwin e la teoria Alfred Russel Wallace (1) DNA mutazione (1) Dinosauri (1) Elenco dei periodi archeologici (1) GENETICA PROVE (1) GenePRIMP (1) HMP-microbioma umano (1) Homo sapiens origine. (1) INFO foxp2 (1) Intelligenza emotiva (EI) (1) La lingua come un mezzo universale simbolica (1) La mutazione in corso. (1) Linguaggio (1) Linguisti (1) Migrazione umano (1) News (1) Nosmips che vivevano in Africa quasi 37 milioni di anni fa. (1) Qualità di prova per la famiglia-genoma (1) RIicerca (1) Software come GenePRIMP (1) Srna (1) Studio del dolore (1) TRANSIZIONE EVOLUTIVA (1) amare dal punto di vista antropologico evolutivo. (1) analisi 2010. (1) batteri (1) c (1) cellula sintetica (1) cellula staminali nel cervello umano in sviluppo (1) co-evoluzione della vita e ambiente. (1) comportamenti (1) cooperazione; Scienze della Terra; Meteorologia (1) e resistenti contro gli effetti delle mutazioni. (1) energia naturale (1) evoluzione del sesso (1) evoluzione e vegetali (1) evoluzione primati (1) gene procariotico (1) genomi microbici (1) interazioni (1) interazioni preda simili sulla terra e negli oceani (1) la selezione sessuale e un run-via dell'evoluzione del linguaggio (1) milioni di anni fa (1) motocondri (1) nuova era (1) nuovi metodi statistici per l'analisi genetica e analizzare i dati dagli esseri umani e altri organismi. (1) origine della vita (1) passaggio dall'acqua alla terra (1) percezione della vita (1) pesci (1) predisposizioni cognitive e fisiche per la lingua (1) reciprocità (1) sRNAs (1) selezione ha un ruolo importante da svolgere per l'evoluzione e il livello di diversità (1) studio dei collegamenti sulla variazione genetica di empatia individuale (1) telomeri sono "brevi" tratti di DNA specializzati (1)

ORDINE ALFABETICO

---- tirannosauri (1) ---- 100.000 di anni fà (1) ---- 4 (1) ---- 47 milioni di anni fa (1) ---- 700000 anni più vicini agli albori della stirpe umana (1) ---- Acoelomorpha (1) ---- algoritmi per l'evoluzione (2) ---- alimentazione (3) ---- Altruismo (1) ---- Alzheimer (2) ---- ANALISI (1) ---- analisi comportamentali (5) ---- ANTICHI LIBRI. (1) ---- Antropologia culturale (5) ---- antropologia evolutiva (4) ---- arte e cultura (3) ---- astronomia (1) ---- attivarazione dei geni (3) ---- Biologia (5) ---- Cervello (1) ---- Charles Darwin (2) ---- Conferme (4) ---- cooperazione (2) ---- datazione della terra (1) ---- denti (2) ---- Dinosauri (2) ---- DNA (13) ---- Dolore. (1) ---- Ecco come i geni di lavoro. (1) ---- empatia. (4) ---- ENERGIA (1) ---- ereditarieta (1) ---- esperimenti (3) ---- evoluzione (20) ---- evoluzione ----- due milioni di anni (2) ---- evoluzione del sesso (2) ---- EVOLUZIONE rapidita della (7) ---- F O X P 2 (39) ---- filosofia (1) ---- FIORI (3) ---- FOTO (2) ---- genetica (5) ---- geografia Umana in adeguamento (13) ---- GRUPPI ETNICI (1) ---- infezioni (1) ---- INFO (13) ---- INFO foxp2 (12) ---- INFO influenza suina (8) ---- info news genomica (1) ---- legami genetici (3) ---- linkage disequilibrium (LD) (1) ---- Megafossili (1) ---- MIGRAZIONE UMANA (3) ---- morte di Lévi-Strauss (1) ---- MUTAZIONI (5) ---- NEURONI (1) ---- NUOVE TEORIE (5) ---- organi rudimentali (1) ---- Origini Celtiche (1) ---- origini delle varie popolazioni umane (3) ---- Paleontologia (3) ---- paleontologia. ---- geologia (2) ---- pericoli (1) ---- pesci (1) ---- PROCESSORI QUANTISTICI (1) ---- PROTEINE (5) ---- prove (1) ---- provincia meridionale cinese di Guangxi (1) ---- RICERCHE (55) ---- RIPRODUZIONE (5) ---- RNA (2) ---- rove (1) ---- SCOPERTE (45) ---- Sesso (1) ---- Smalto (1) ---- SPAZIO (2) ---- STUDI (72) ---- STUDI ----MATRIMONI (1) ---- STUDI. ---- mutazioni (8) ---- studio del dolore (1) ---- TEORIA EVOLUTIVA - NEWS (12) ---- Tyrannosaurus rex (1) ---- Uccelli (3) ---- UCCELLI ---- MUTAZIONI (4) ----- due milioni di anni (2) ----- Funghi Antichi (1) ----- processi decisionali (1) -----Fair play (1) -----L'assunzione di rischi (1) -----lattasi (1) ----3 (1) ----Ardi. (1) ----complesso MRN (1) ----comunicazione nel cervello (1) ----Coordinamento (1) ----energia oscura (1) ----gene che determina il colore (3) ----genoma di un cavallo domestico (1) ----hobbit (1) ----Homo ergaster (1) ----Homo floresiensis---- (2) ----Homo habilis (1) ----Homo heidelbergensis (1) ----Homo rudolfensis (1) ----L'origine e l'evoluzione del genere Homo (1) ----Late Homo (1) ----mappatura del genoma (1) ----MATRIMONI (2) ----meccanismo che impedisce a due specie di riprodursi (1) ----Medio Homo (1) ----motore che sposta i cromosomi (1) ----Nbs1 (1) ----Neanderthal (2) ----Primi Homo (1) ----Psicologia (2) ----RNA (1) ----Storia vertrebati (1) ----studi (2) ----uomo moderno (1) 0 milioni di anni fa (1) 1 (1) 3 (1) 4 milioni di anni fa (1) Actina (1) Algoritmi per l'evoluzione (3) amare dal punto di vista antropologico evolutivo. (1) Amore (1) Analisi (2) analisi 2010. (1) analisi comportamentali (3) Analisi sui Social (1) Anoiapithecus brevirostris (1) Antropologia culturale (1) ANTROPOLOGIA DELLA COMUNICAZIONE (33) archivio (2) Azendohsaurus come Bizarre Reptile Early (1) batteri (1) Biodiversita (1) c (1) cancro (2) Cannibalismo (1) cellula sintetica (1) cellula staminali nel cervello umano in sviluppo (1) Charles Darwin (2) Charles Darwin e la teoria Alfred Russel Wallace (1) co-evoluzione della vita e ambiente. (1) comportamenti (1) cooperazione; Scienze della Terra; Meteorologia (1) Creazione di una cellula batterica controllata da una sintesi chimica del Genoma (2) Dinosauri (1) DNA mutazione (1) e resistenti contro gli effetti delle mutazioni. (1) Elenco dei periodi archeologici (1) energia naturale (1) Esplorazione (2) Evoluzione (5) evoluzione del sesso (1) evoluzione e vegetali (1) evoluzione primati (1) F O X P 2 (3) FOXP2 Origine della forma moderna del gene (3) gene procariotico (1) GenePRIMP (1) GENETICA PROVE (1) geni che controllano i tratti e che influenzano pertanto il processo di speciazione (2) geni ruolo (2) geni tipo di (2) genomi microbici (1) geografia Umana in adeguamento (2) gusto (2) HMP-microbioma umano (1) Homo sapiens origine. (1) INFO foxp2 (1) Intelligenza emotiva (EI) (1) interazioni (1) interazioni preda simili sulla terra e negli oceani (1) L'origine e l'evoluzione del genere Homo (2) La lingua come un mezzo universale simbolica (1) La mutazione in corso. (1) la selezione sessuale e un run-via dell'evoluzione del linguaggio (1) Linguaggio (1) Linguisti (1) Linguistica evolutiva (2) lotta contro il cancro (2) Migrazione umano (1) milioni di anni fa (1) motocondri (1) mutazioni in geni attivi (2) Neandertal (3) News (1) Nosmips che vivevano in Africa quasi 37 milioni di anni fa. (1) nuova era (1) nuovi metodi statistici per l'analisi genetica e analizzare i dati dagli esseri umani e altri organismi. (1) organismi: capacita di adattarsi ai cambiamenti ambientali (2) origine della vita (1) Oskar mRNA (2) passaggio dall'acqua alla terra (1) percezione della vita (1) Periodi di tempi geologici (2) Periodi evolutiuvi (2) pesci (1) predisposizioni cognitive e fisiche per la lingua (1) Qualità di prova per la famiglia-genoma (1) reciprocità (1) Ricerche (2) RIicerca (1) sapore (2) scenari evolutivi e le forze di base. (2) Scoperte (6) selezione ha un ruolo importante da svolgere per l'evoluzione e il livello di diversità (1) Software come GenePRIMP (1) Srna (1) sRNAs (1) Studi (7) studio dei collegamenti sulla variazione genetica di empatia individuale (1) Studio del dolore (1) telomeri sono "brevi" tratti di DNA specializzati (1) Teoria evolutiva (3) TRANSIZIONE EVOLUTIVA (1)