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发信人: China_Heart (崛龙祝你新年好),原信区: ustcbbs
标  题: 一种最优化算法(请行家指正).(一)
发信站: 中国科大BBS站 (Mon, 30 Dec 1996 14:52:10),站内信件

这学期,9310的最优化课中举行了一场激烈生动的论文答辨,模拟自然的进化算
法反响很大,是争论的焦点之一。现将有关此算法的一篇文章转贴于此,欢迎各位老
师,同学不吝赐教。

                  达尔文进化论与模拟自然进化之最优化算法
  DARWINIAN EVOLUTIONARY THEORY & SIMULATION EVOLUTIONARY ALGORITHMS
                     中国科技大学自动化系  金文龙
[ABSTRACT]
   In this short paper,three main topics are included:
   1.Darwinian Evolutionary Theory,disgussed esp. whth the eye of
     engineering.
   2.Simulation Evolutionary Optimization Algorithms:Enegetic
     Algorithms,Evolutionary Strategies,and Evolutionary Programming.
   3.An example solved by Enegetic Algorithm in Matlab Langurage.
[KEYWORDS]
   达尔文进化论(Darwinian Evolutionary Theory)
   模拟进化(Simulation Evolution)
   基因算法(Enegetic Algorithm)
   进化策略(Evolutionary Strategies)
   进化程序算法(Evolutionary Programming)
   模拟进化最优化(Simulated Evolutionary Optimization)

                              一.达尔文进化论

§1.传统的达尔文进化论
    生物区别于非生物,就在于其是热力学动态的,处于持续的动态发展过程中。同时,
外界环境也是千变万化的,要使一个种系,群体或生物个体能不断适应当前环境,他们就
必须具有维持其结构为非平衡耗散结构的能力。那生物是怎样获得这种能力的呢?
    达尔文进化论回答了这个问题。生物学上是这样描述达尔文进化论的:
    ⑴世界是进化的,而不是静止的。
    ⑵生物进化是逐渐和连续的,其中不存在不连续的变异或突变。
    ⑶生物之间都有一定的亲缘关系。
    ⑷自然选择是变异的最重要途径,有差异的生殖能力是选择的重要因素。
    自然选择是达尔文进化论的核心,近代生物学家对其概念,给予了更为充分的讨论,
具有代表性的如E.Mayr认为自然选择是“不同基因型的有差异的延续”,“自然选择是一
个统计学现象,它只是意味着较好的基因型有‘较好’的延续的机会”。

§2.从工程学角度进一步讨论达尔文进化论
    当人们已经习惯于在电视节目中观赏动植物时,若偶尔接触一下自然,就会为其和谐
及生物的高度自律性而震撼。而这种和谐或者说高度稳定性(robust)正是工程师们梦寐以
求的。于是,在众人普遍致力于用经典优化方法校正,优化系统时,人们想到了自然,想
到了自然界的优化进程-进化。
    为了很好的利用这些,在许多人的努力下,终于从工程学的角度重新给达尔文进化论
以诠释。其显著特点有以下几条:
    ⑴进化不是一种力量,而是一种过程。
    ⑵与进化过程紧密联系的是学习,它和进化过程本身都差别甚微。学习都是通过实验
      到出错这一随机形式进行的。总的来说,自然界有三种学习模式:
          ①种系学习,是通过整个种系不断积累已学得的行为。
          ②群体学习,是指一个群体不断积累文化的过程。
          ③个体学习,指一个个体在一生中不断积累合适行为。
      三个层次的学习的最小改变单位分别是:一个基因对,一个共享的社会经验和神经
      激素的刺激。
    ⑶达尔文进化论是一个最优化算法。
    ⑷自然的生物繁殖是一种近似的复制,但复制错误是不可避免的,而生存空间的有限
      性决定了进化优化的必然性。
    ⑸达尔文进化论有五个因素:
          ①有界的生存空间。
          ②最终将越出生存空间范围的自然群体。
          ③热动力学决定的不可避免的复制错误。
          ④各种变异体之间的空间竞争。
          ⑤排除那些适应能力差的变异。
    ⑹达尔文进化论算法并不是一个有事先目的指导的自觉过程。
    ⑺选择仅作用于过量的群体中最不合适的行为。
    ⑻当前环境下行为适应性差异是竞争选择的唯一衡量标准。
    ⑼提高优化速度和群体适应性的自然进化机制有三种:
          ①基因代码的进化。
          ②个体行为的进化。
          ③生物体各组织结构的进化。
          ④错误修复或忽略基因的进化。
    ⑽由于pleiotropy(同一基因同时影响几种特性)和polygeny(同一特性由几个基因决
      定)的同时存在,所以所有复杂系统的进化都是连续的。


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※ 来源: 中国科大BBS站 [bbs.ustc.edu.cn]


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