Генетические алгоритмы и эволюционное программирование

ВВЕДЕНИЕ

Природа удивляет своей сложностью и богатством всех своих проявлений.
Примеры включают сложные социальные системы, иммунные и нейронные системы и
сложные взаимоотношения между видами. Это лишь некоторые из чудес, которые стали
более очевидными, когда мы начали более глубоко исследовать себя и окружающий мир.
Наука - одна из последовательных систем убеждений, с помощью которых мы пытаемся
объяснить то, что наблюдаем, изменяя себя, чтобы адаптироваться к новой информации,
полученной из внешнего мира. Многое из того, что мы видим и наблюдаем, можно
объяснить одной теорией: теорией эволюции через наследственность, изменчивость и
отбор.
Теория эволюции повлияла на изменение мировоззрения людей с момента своего
создания. Теория, которую Чарльз Дарвин изложил в своей работе, известной как
«Происхождение видов» в 1859 году, стала началом этого изменения. Многие области
научного знания сегодня пользуются свободой мысли в атмосфере, которая во многом
обязана революции, вызванной теорией эволюции и развития. Но Дарвин, как и многие
его современники, полагавшие, что естественный отбор лежит в основе развития, не мог
не ошибаться. Например, он не может показать механизм наследования, при котором
сохраняется изменчивость. Его гипотеза пангенезиса оказалась ошибочной. Это было за
пятьдесят лет до того, как теория наследственности начала распространяться по миру, и за
тридцать лет до того, как «эволюционный синтез» укрепил связь между теорией эволюции
и относительно молодой наукой генетикой. Однако Дарвин определил основной механизм
развития: отбор в сочетании с изменчивостью, или, как он называл это, «спуск с
модификацией». «Во многих случаях особенности развития через изменчивость и отбор
все же не являются бесспорными, но основные механизмы объяснить невероятно широкий
спектр явлений, наблюдаемых в Природе.
Так что неудивительно, что компьютерные ученые обратились к теории эволюции
за вдохновением. Возможность того, что компьютерная система, наделенная простыми
механизмами изменчивости и отбора, могла функционировать по аналогии с законами
эволюции в естественных системах, была очень привлекательной. Эта надежда привела к
появлению ряда компьютерных систем, основанных на принципах естественного отбора.
История эволюционных вычислений началась с разработки нескольких различных
независимых моделей. Основными из них были генетические алгоритмы и системы
классификации Нидерландов, опубликованные в начале 1960-х годов и получившие

всеобщее признание после выхода книги, ставшей классикой в ​​этой области: «Адаптация
в естественных и искусственных системах» («Адаптация в естественных и искусственных
системах»). Естественные и искусственные системы », 1975). В 70-е годы в рамках теории
случайного поиска Л. А. Растригин. Были предложены различные алгоритмы,
использующие идеи бионического поведения людей. Развитие этих идей нашло отражение
в серии произведений И. Л. Букатовой. по эволюционному моделированию. Развивая идеи
М.Л. Цетлина о своевременном и оптимальном поведении стохастических автоматов,
Ю.И. Неймарк предложил искать глобального экстрима в группе независимых автоматов,
моделирующих процессы развития и уничтожения особей. Фогель и Уолш внесли
большой вклад в развитие эволюционного программирования. Несмотря на различие в
подходах, каждая из этих «школ» взяла за основу ряд принципов, существующих в
природе, и упростила их до такой степени, что их можно было реализовать на
компьютере.