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文档简介

进化算法

——李天翔1120162787世上最精妙的事物？建筑？计算机？你！生命是大自然最伟大的杰作，可能也蕴含着宇宙的终极奥秘。现在人们可以上天入地，可以随心所欲地改造地球甚至进入宇宙，但对于人类本身却知之甚少。回过头来细细考量生命这个世上最精妙的事物，我们可以从中得到很多启发。进化论达尔文的进化论目前被认为是最为正确的理论。把世界看成一个问题，每个生物都尝试给出自己的解，大自然的目标便是从这无数的解中寻找出最优解。大自然是如何做到的呢？其核心为：基因突变与基因重组，优胜劣汰与自然选择。基因突变与基因重组要想得到最优解，首先要保证样本的多样性与丰富性。生物体在孕育下一代的时候，通过基因突变与基因重组在所有的解空间内以一定概率随机地生成新的生命。由于是完全随机的，什么样的解都可能生成，保证了样本的多样性与丰富性。优胜劣汰与自然选择每一代都在所有解空间的随机地生成若干解，如何选择？大自然会一视同仁，谁更能适应当前环境谁生存下来的概率就更大，但是任何生命活下来的概率都大于零。进化基因突变与基因重组提供了充足的样本，自然选择使更优秀的个体更容易活下来，从而使生物整体在不断地进化，每一代都比上一代更适合环境。进化算法问题环境候选解个体适应度评估自然选择逐渐逼近最优解进化遗传操作基因突变与基因重组进化算法初始化进化（逐渐逼近最优解）得到最优解初始化：随机得到一些解。进化：不断利用随机算法和上一代的解得到下一代的解，再利用评价函数使新的解分别以不同的概率被选择留下从而生成新的一代的解。得到最优解：当评价函数认为当前解足够优或者已进化足够的次数时结束算法，得到最优解。进化算法的核心初始化：就像牛顿迭代法，不同的初始值会得到不同的解；不同的是进化算法无论初值为何都可能得到最优解，只是概率不同。很像模拟退火算法，当初值比较平均地分布在解空间时得到最优解的概率更大。遗传操作：确保整个解空间都有可能取到，同时使取到较优解得概率较大。评估函数：理想的评估函数不止是看到目前该解与最优解的差距，更应该看到当前解达到最优解的概率大小，同时给它合适的选择概率，使达到最优解的概率尽量大。一些常见的进化算法DNA计算作为生命的核心——DNA自然也有其奇妙之处。高信息储存：每一个不同的碱基序列都对应不同的信息，可存储的信息数量随着DNA链长度指数增加。低能耗：DNA的配对，重组等操作可由ATP供能，能耗极低。优秀的化学性质：四种脱氧核糖核酸两两配对，双螺旋结构可随意延伸。并行性好：每一个DNA链可代表一组解，而每个链体积极小并可同时

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