《遗传算法》PPT课件

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1、遗传算法前言人类基因组计划启动于１９９０年。２０００年６月２６日，来自美国、英国、日本、法国、德国和中国的科学家绘制出人类基因组“工作框架图”。２００１年２月１２日，参与人类基因组计划的六国科学家共同宣布：人类基因组研究工作巳取得了实质性进展，经辽初步测定和分析，人类大约有３万到４万个基因，这些基因包含了人类生长、发育、衰老、遗传病变的全部遗传信息，巳为破译生命之谜奠定了坚实基础。笫一章生物的遗传与进化从地球上最早生命的出现到现在，经过了３０多亿年的繁衍进化，今天的自然界巳物种繁多，形态各异，姿彩万千。那么，是什么支配着地球上生物这种发

2、展变化进程的呢？主宰地球生物如此演化的因素主要有两方面：一是生命物质自身的遗传与变异功能（内因）；二是自然界环境与资源的限制（外因），使生存能力弱的生物遭到淘汰，而对自然环境适应的生物得进化。也就是说，地球上生物的发展与进化，是生命物质自身具有的功能与自然界相互作用的结果，正是这种作用使地球上的生命形式得到优化。一、生物的遗传与变异“种瓜得瓜，种豆得豆”，这句话反映了生物第一代和笫二代之间，在形态、结构和生理功能上非常相似，这就是遗传现象。子女像父母，但父母并不能把任何一个具体器官直接传给孩子，父代与子代之间传递的桥梁只能是精子和卵子细

3、胞中的染色体。（１）染色体与DNA染色体（chromosomes），顾名思义是一种可染色（容易被碱性染料染成深色）的物质，它是遗传物质的载体，主要由人们称之为DNA的分子（见图１—１）及同它所附的蛋白质组成。DNA又称脱氧核糖核酸。研究表明，ＤNA分子的作用就是携带和传递由“上一代”传下来的遗传信息。在人体数以亿计的细胞内共有２３对（计４６条）染色体，其中一对为性染色体。图１—１DNA分子DNA是一种高分子化合物。１９５３年,美国科学家沃森和英国科学家克里克提出了DNA模型（如图１—２所示），它是以两条螺旋般的长链交替相联作骨架,以碱基

4、对（A-T和C-G）作为横杠、以氢键作为联钩所构成的线状分子。五种碱基名称和配对情况是：腺嘌呤A与胸腺嘧啶T配对，鸟嘌呤G和胞嘧啶C配对，还有尿嘧啶U。如果一个链是…ATCGT…，那么另一条链就应该是…TAGCA…，这称为碱基配对法。如果碱基的顺序排错了，或有缺失、增加等现象，都会造成遗传上的差错，引起疾病，甚至死亡。因为每三个碱基为一个信息单位（密码）,而一个DNA上的碱基可多达几百万个，所以DNA上的信息多得数不清。破译密码的竞赛中，美国的尼伦伯格博士走在前面。图１—２DNA分子的“双螺旋”结构沃森DNA的天才，美国生物学家，与克里

5、克博士一起发现了DNA的双螺旋结构。１９６２年获得诺贝尔生理学和医学奖。解读人类DNA密码（２）基因（gene）生物体的每种可遗传的功能都涉及到DNA链上的一个节段，现代分子遗传学把一个有特定遗传功能的DNA节段称为一个基因(gene)。基因才是控制生物遗传的物质单元。“基因”好比是一部天书中一个一个的单词,如‘眼睛’基因、‘鼻子’基因等等。而每个基因又含有成百上千的碱基，“碱基”好比是组成单词的字母,每三个碱基组成一个密码,它们在染色体上有次序地排列，排列次序代表遗传密码信息。图１—４为氨基酸的密码。图１—４以性染色体里的基因为例，见

6、图１—５母亲的性染色体中由特定的X(1)和X(2)基因组成，父亲的性染色体由特定的X(m)和Y基因组成。两个染色体的结合是这两对基因竞争后的产物，竞争的结局可能是{X(1),X(m)}(女)，{X(1),Y}(男)，{X(2),X(m)}(女)，{X(2),Y}(男)，这一对新的结合物为子代的一对性染色体。由此可见，生男生女并不由母亲决定，而是由父亲的基因Y随机决定的。女性男性子代X(1)X(2)X(m)Y??图１—５性别基因的竞争（３）变异现象作为遗传物质的基因及其所含的核苷酸（每个核苷酸里有一个碱基）分子序列不是永远不变的，常常会发

7、生某一个核苷酸变更或移位，而使基因发生性质上的变化。称这种基因结构的变化为变异(mutation)。例如,在人体数以亿计的细胞中，有一个至少由２０个所谓原始致癌基因组成的“小集团”，这些原始致癌基因一旦遇到辐射、吸入某些化学物质，或其他环境方面的影响，就会发生突变，或者过分活跃，开始无节制地分裂，并且在人体内不断地转移、扩散，贪婪地吞噬人体的养分，直到病人死亡。二、生物的进化１９世纪５０年代，英国博物学家达尔文，综合了许多世纪以来科学和实践的成就，提出了“自然选择学说”，不仅说明物种是可变的，而且对生物的适应性作出了正确的解释。生物在发

8、展过程中，只有能适应环境的生物才能生存下来，并产生后代；而那些与环境不相适应的生物就被淘汰（简称优胜劣汰）。生物是在自然条件的作用下，从简单到复杂，从低等到高等，逐渐变化形成的。（１）自然选择（２）进化的基