人工智能-遗传算法

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1、5.1遗传算法请不要外传遗传算法概述v遗传算法是模仿生物遗传学和自然选择机理，通过人工方式所构造的一类优化搜索算法，是对生物进化过程进行的一种数学仿真，是进化计算的最重要的形式。v遗传算法为那些难以找到传统数学模型的难题指出了一个解决方法。湘潭大学《人工智能》2其思想----进化论和遗传学v遗传算法的基本思想是基于Darwin进化论和Mendel的遗传学说的。vDarwin进化论最重要的是适者生存原理。vMendel遗传学说最重要的是基因遗传原理。湘潭大学《人工智能》3进化举例鸟和蜜蜂v生物只有经过许多世代的进化，才能使生存与繁衍的任务获得更大

2、成功。遗传算法也遵循同样的方式，需要经过长时间的成长、演化，最后才能收敛得到针对某类特定问题的一个或多个解。因此，了解一些有关有生命机体如何演化的知识，对理解遗传算法如何工作是有帮助的。湘潭大学《人工智能》4v从本质上说，任何生物机体不过就是一大堆细胞的集合。每个细胞都包含着称作染色体的相同集合的DNA链。染色体中包含的DNA分成为两股，它们以螺旋形状缠绕在一起，这就是人们所熟悉的DNA双螺旋结构，如图3.1所示。湘潭大学《人工智能》5v单个的染色体是由称作基因（gene）的更小的结构模块组成，而基因则又由称作核苷酸（nucleotide）的物

3、质组成。核苷酸一共只有4种类型，即腺嘌呤（thymine）、鸟嘌呤（adenine）、胞嘧啶（cytocine）、胸腺嘧啶（guanine）。它们常简写为T、A、C、G。这些核苷酸相互连接起来，形成若干很长的基因链，而每个基因编码了生物机体的某种特征，如头发的颜色，耳朵的样子等。一个基因可能具有的不同设置（如头发的棕色、黑色或金黄色），称为等位基因（allele），它们沿染色体纵向所处的物理部位称为基因座位（locus）。湘潭大学《人工智能》6v重要注释：等位基因不一定就限于物理形状特性的设置，某些等位基因将用来产生不同的行为模式，例如鸟类或大

4、马哈鱼的本能性的回归行为，母亲具有抚育其新生一代的天性。v一个细胞中的染色体组（collection）包含了复制该机体所需的全部信息。这就是克隆怎样实行的秘密。你可以从被克隆施主（donor）身上，哪怕是一个血细胞中包含的信息，复制出整个生物机体。湘潭大学《人工智能》7v当两个生物机体配对和复制时，它们的染色体相互混合，产生一个由双方基因组成的全新的染色体组。这一过程就叫重组（recombination）或杂交（crossover）。这样就意味着后代继承的大部分可能是上一代的优良基因，也可能继承了它们的不良基因。如果是前一种情况，后代就可能变得

5、比它的父母更能成功（例如，它对掠食者有更强的自卫机制）；如为后一种情况，后代甚至就有可能不能再复制自己。这里要着重注意的是，愈能适应环境的子孙后代就愈有可能继续复制并将其基因传给下一个子孙后代。由此就会显示一种趋向，每一代总是比其父母一代生存和匹配得更完美。湘潭大学《人工智能》8v举一个简单的例子，假设雌性动物仅仅青睐大眼睛的雄性。这样，在追求雌性配偶的雄性中，眼睛的尺寸愈大，其获得成功的可能性也愈大。可以说动物的适应性正比于它的眼睛的直径。因此就会看出从一个具有不同大小眼睛的雄性群体出发，当动物进化时，在同位基因中，能产生大眼睛雄性动物的基因

6、，相对于产生小眼睛雄性动物的基因，就更有可能被复制到下一代。由此可以推出，当进化几代之后，大眼睛将会在雄性群体占据统治地位。这样就可以说生物正在向一种特殊的遗传类型收敛。湘潭大学《人工智能》9v但是，有些读者可能已经意识到，如果这是繁殖期间惟一进行的事情，那么，即使经历成千上万代后，适应能力最强的成员的眼睛尺寸也只能像初始群体中的最大眼睛一样。而根据对自然的观察中可以看到，人类的眼睛尺寸实际存在一代比一代大的趋势。之所以会发生这种情况，是因为当基因传递给子孙后代的过程中，会有很小的概率发生差错，从而使基因得到微小的改变。v中国古老的耳语传话游戏

7、：在一队人中，把一条消息一个个地传递下去，第一个人对着第二人的耳朵低声讲一个故事，第二个人再低声地把此故事传向第三个人，等等，直到最后那个人再把听到的故事讲出来。通常这都会弄出很多笑话，最后一个人讲出来的故事已经与原来的面目全非。这种类型的差错在把信息从一个系统传给其下一系统时实际都会发生。湘潭大学《人工智能》10右图显示的一列图画是一个令人惊讶的例子。这是一次测试的结果，第一个人画出了一只鸟的图（见左上角）交给第二人，第二人看了以后重复画一个给他的下一个人，这样下去直到最后画出来的就会显现出“异化”。湘潭大学《人工智能》11v在前面讲的例子中

8、，能使动物引起眼睛直径变大的基因突变就是一种有利的突变，它将使该动物与群体其余动物相比显得更加突出。这种趋势需要基因参与，才能使眼睛变得越来越大。当进