遺傳算法入門

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1、生物只有經(jīng)過許多世代的不斷演化（evolution），才能更好地完成生存與繁衍的任務(wù)。遺傳算法也遵循同樣的方式，需要隨著時(shí)間的推移不斷成長、演化，最后才能收斂，得到針對(duì)某類特定問題的一個(gè)或多個(gè)解。因此，了解一些有關(guān)有生命的機(jī)體如何演化的知識(shí)，對(duì)理解遺傳算法的演化機(jī)制是是有幫助的。本章的開始幾頁將扼要闡述自然演化的機(jī)制（通常稱為“濕”演化算法），以及與之相關(guān)的術(shù)語。即使你當(dāng)年在中學(xué)里對(duì)生物并不擅長，也無須擔(dān)心。本章不會(huì)涉及到過深的細(xì)節(jié)，但對(duì)于理解自然演化的基本機(jī)制已經(jīng)足夠。拋開以上不論，當(dāng)你讀完本章或下一章后，我想，你也會(huì)和我一樣，深深嘆服自然母親的令人著迷！。。從本質(zhì)上說，任何生物

2、機(jī)體不過就是一大堆細(xì)胞的集合。每個(gè)細(xì)胞都包含若干組相同的DNA鏈，人們一般稱之為染色體（chromosome）。染色體中包含的DNA分為兩股，這兩股DNA鏈以螺旋狀絞合在一起，如下面圖3.1所示那樣，這就是我們所熟悉的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。圖3.1..DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)??。。單個(gè)的染色體是由稱作基因（gene）的更小的結(jié)構(gòu)模塊組成，而基因則又由稱作核苷酸（nucleotide）的物質(zhì)組成。核苷酸一共只有四種類型，即：腺嘌呤(thymine)、鳥嘌呤(adenine)、胞嘧啶(cytocine)、胸腺嘧啶(guanine)。它們常簡寫為T、A、C、G（我不知道為什么？...<一笑>）

3、。這些核苷酸相互連接起來，形成若干很長的基因鏈，而每個(gè)基因編碼了生物機(jī)體的某種特征，如頭發(fā)的顏色，耳朵的樣子，等。一個(gè)基因可能具有的不同設(shè)置（如頭發(fā)的黑色、棕色或金黃色），稱為等位基因（allele），它們沿染色體縱向所處的物理部位稱為基因的座位（locus）。。。一個(gè)細(xì)胞中的染色體組（collection）包含了復(fù)制該機(jī)體所需的全部信息。這就是克隆怎樣實(shí)行的秘密。你可以從被克隆施主（donor）身上，哪怕是一個(gè)血細(xì)胞中包含的信息，復(fù)制出整個(gè)生物機(jī)體，例如一頭羊。新的羊?qū)?huì)在每一個(gè)方面和施主羊完全相同。染色體的這一集合就稱為生物機(jī)體的基因組（genome）。在一特殊基因組中等位基因

4、的一種狀態(tài)稱為該機(jī)體的遺傳類型（genotype）。這些就是用來生成實(shí)際的生物機(jī)體?－所謂表現(xiàn)型（phenotype）－本身的硬編碼指令。你和我都是表現(xiàn)型。我們的DNA攜帶了我們的遺傳類型。如將這些術(shù)語用到其他領(lǐng)域中，則，設(shè)計(jì)汽車用的成套藍(lán)圖就是一個(gè)遺傳類型；在生產(chǎn)線上隆隆作響的成品汽車就是一個(gè)表現(xiàn)型；只有設(shè)計(jì)被定型之前的，那些完全陣舊的設(shè)計(jì)，才勉強(qiáng)稱得上是一個(gè)基因組。。。行了，行話說到此已經(jīng)足夠了?，F(xiàn)在讓我們討論，怎樣把所有這些應(yīng)用到進(jìn)化中去。如果你屬于偶爾有機(jī)會(huì)離開計(jì)算機(jī)屏幕的那種人（因?yàn)槲业呐笥迅嬖V我，我才知道外邊還有一個(gè)世界呢?。?，你可能已經(jīng)注意到，對(duì)于千千萬萬的動(dòng)物和植物

5、－小到只有在顯微鏡下才能看到的單細(xì)胞生物，大到從空間衛(wèi)星上也能見到的巨大珊瑚礁－地球是它們共同的家，不管它們的大小怎樣、形狀或顏色又怎樣。一個(gè)生物機(jī)體被認(rèn)為取得了成功，如果它得到了配偶并生下了一個(gè)子機(jī)體，而后者完全有希望來繼續(xù)進(jìn)一步復(fù)制自己。。。為了做到這一點(diǎn)，生物機(jī)體必須善長許多工作。例如，能尋找食物和水、能面對(duì)掠食者來保衛(wèi)自己、能使自己吸引潛在的配偶，等。所有這些特長在某種程度上都和生物機(jī)體的遺傳類型－生命的藍(lán)圖有關(guān)。生物機(jī)體的某些基因?qū)?huì)產(chǎn)生有助于它走向成功的屬性，而另一些基因則可能要妨礙它取得成功。一個(gè)生物的成功的量度就是它的適應(yīng)性。生物機(jī)體愈能適應(yīng)，它的子孫后代也就愈多。

6、下面轉(zhuǎn)來討論我們的關(guān)鍵部分...。。當(dāng)兩個(gè)生物機(jī)體配對(duì)和復(fù)制時(shí)，它們的染色體相互混合，產(chǎn)生一個(gè)由雙方基因組成的全新的染色體組。這一過程就叫重組（recombination）或交疊（crossover,又譯雜交,交叉,交換）。這樣就意味，后代繼承的可能大部分是上一代的優(yōu)良基因，也可能繼承了它們不少的不良基因。如果是前一種情況，后代就可能變得比它的父母更能成功（例如，它對(duì)掠食者有更強(qiáng)的自衛(wèi)機(jī)制）；如為后一種情況，后代甚至就有可能不能再復(fù)制自己。這里要著重注意的是，愈能適應(yīng)的子孫后代就愈有可能繼續(xù)復(fù)制并將其基因傳給下一個(gè)子孫后代。由此就會(huì)顯示一種趨向，每一代總是比其父母一代生存和匹配得更

7、完美。。。作為它的一個(gè)很簡捷的例子，我們?cè)O(shè)想，雌性動(dòng)物僅僅吸引大眼睛的雄性。這樣，在追求雌性配偶的雄性中，眼睛的尺寸愈大，其獲得成功的可能性也愈大。你可以說，動(dòng)物的適應(yīng)性正比于它的眼睛的直徑。因此，你就可以看到，從一個(gè)具有不同大小眼睛的雄性群體出發(fā)，當(dāng)動(dòng)物進(jìn)化時(shí)，在同位基因中，能產(chǎn)生大眼睛雄性動(dòng)物的基因，相對(duì)于產(chǎn)生小眼睛雄性動(dòng)物的基因，就更有可能被復(fù)制到下一代。由此可以推出，當(dāng)進(jìn)化幾代之后，大眼睛將會(huì)在雄性群體占據(jù)統(tǒng)治地位。過些時(shí)候，你就可以說，生物正在向一種特殊的遺