انگلیسی: Genetic algorithm)
تکنیک جستجو در علم رایانه برای یافتن راهحل تقریبی برای بهینهسازی مدل، ریاضی و مسائل جستجو است.
الگوریتم ژنتیک نوع خاصی از الگوریتمهای تکاملی است که از تکنیکهای زیستشناسی مانند وراثت، جهش زیستشناسی و اصول انتخابی داروین برای یافتن فرمول بهینه جهت پیشبینی یا تطبیق الگواستفاده میشود.
مسئلهای که باید حل شود دارای ورودیهایی میباشد که طی یک فرایند الگوبرداری شده از تکامل ژنتیکی به راهحلها تبدیل میشود سپس راه حلها به عنوان کاندیداها توسط تابع ارزیاب (Fitness Function) مورد ارزیابی قرار میگیرند و چنانچه شرط خروج مسئله فراهم شده باشد الگوریتم خاتمه مییابد.
بطور کلی یک الگوریتم مبتنی بر تکرار است که اغلب بخشهای آن به صورت فرایندهای تصادفی انتخاب میشوند که این الگوریتمها از بخشهای تابع برازش، نمایش، انتخاب وتغییر تشکیل میشوند.
در الگوریتمهای ژنتیک ابتدا بهطور تصادفی یا الگوریتمیک، چندین جواب برای مسئله تولید میکنیم. این مجموعه جواب را جمعیت اولیه مینامیم. هر جواب را یک کروموزوم مینامیم.
سپس با استفاده از عملگرهای الگوریتم ژنتیک پس از انتخاب کروموزومهای بهتر، کروموزومها را باهم ترکیب کرده و جهشی در آنها ایجاد میکنیم. در نهایت نیز جمعیت فعلی را با جمعیت جدیدی که از ترکیب و جهش در کروموزومها حاصل میشود، ترکیب میکنیم.
مثلاً فرض کنید گونه خاصی از افراد، هوش بیشتری از بقیه افرادِ یک جامعه یا کولونی دارند. در شرایط کاملاً طبیعی، این افراد پیشرفت بهتری خواهند کرد و رفاه نسبتاً بالاتری خواهند داشت و این رفاه، خود باعث
طول عمر بیشتر و باروری بهتر خواهد بود (توجه کنید شرایط، طبیعیست نه در یک جامعه سطح بالا با ملاحظات امروزی؛ یعنی طول عمر بیشتر در این جامعه نمونه با زاد و ولد بیشتر همراه است).
حال اگر این خصوصیت (هوش) ارثی باشد بالطبع در نسل بعدی همان جامعه تعداد افراد باهوش به دلیل زاد و ولد بیشترِ اینگونه افراد، بیشتر خواهد بود.
اگر همین روند را ادامه دهید خواهید دید که در طی نسلهای متوالی دائماً جامعه نمونه ما باهوش و باهوشتر میشود. بدین ترتیب یک مکانیزم ساده طبیعی توانستهاست در طی چند نسل عملاً افراد کم هوش را از جامعه حذف کند علاوه بر اینکه میزان هوش متوسط جامعه نیز دائماً در حال افزایش است.
بدین ترتیب میتوان دید که طبیعت با بهرهگیری از یک روش بسیار ساده (حذف تدریجی گونههای نامناسب و در عین حال تکثیر بالاتر گونههای بهینه)، توانستهاست دائماً هر نسل را از لحاظ خصوصیات مختلف ارتقاء بخشد.
1 Genetic Algorithm 2 begin 3 Choose initial population 4 repeat 5 Evaluate the individual fitness of a certain proportion of the population 6 Select pairs of best-ranking individuals to reproduce 7 Apply crossover operator 8 Apply mutation operator 9 until terminating condition 10 end
صفحه شطرنج ۸ در ۸ را در نظر بگیرید. ستونها را با اعداد ۰ تا ۷ و سطرها را هم از ۰ تا ۷ مشخص میکنیم. برای تولید حالات (کروموزومها) اولیه به صورت تصادفی وزیرها را در ستونهای مختلف قرار میدهیم. باید در نظر داشت که وجود نسل اولیه با شرایط بهتر سرعت رسیدن به جواب را افزایش میدهد (اصالت نژاد) به همین خاطر وزیر i ام را در خانهٔ تصادفی در ستون i ام قرار میدهیم (به جای اینکه هر مهرهای بتواند در هر خانه خالی قرار بگیرد). با اینکار حداقل از برخورد ستونی وزیرها جلوگیری میشود. توضیح بیشتر اینکه مثلاً وزیر اول را بطور تصادفی در
خانههای ستون اول که با ۰ مشخص شده قرار میدهیم تا به آخر. i=۰٬۱، … ۷ حال باید این حالت را به نحوی کمی مدل کرد. چون در هر ستون یک وزیر قرار دادیم هر حالت را بوسیلهٔ رشته اعدادی که عدد k ام در این رشته شمارهٔ سطر وزیر موجود در ستون i ام را نشان میدهد. یعنی یک حالت که انتخاب کردیم میتواند به صورت زیر باشد: ۶۷۲۰۳۴۲۲ که ۶ شمارهٔ سطر ۶ است که وزیر اول که شمارهٔ ستونش ۰ است میباشد تا آخر. فرض کنید ۴ حالت زیر به تصادف تولید شدهاند. این چهار حالت را به عنوان کروموزومهای اولیه بکار میگیریم.
حال نوبت به تابع برازش fitness function میرسد. تابعی را که در نظر میگیریم تابعی است که برای هر حالت تعداد برخوردها (تهدیدها) را در نظر میگیرد. هدف صفر کردن یا حداقل کردن این تابع است. پس احتمال انتخاب کروموزومی برای تولید نسل بیشتر است که مقدار محاسبه شده توسط تابع برازش برای آن کمتر باشد. (روشهای دیگری نیز برای انتخاب وجود دارد) مقدار برازش برای حالات اولیه به صورت زیر میباشد: (مقدار عدد برازش در جلوی هر کروموزوم (با
رنگ قرمز)همان تعداد برخوردهای وزیران میباشد)
پس احتمالها به صورت زیر است:
در اینجا کروموزومهایی را انتخاب میکنیم که برازندگی کمتری دارند. پس کروموزوم ۳ برای crossover با کروموزومهای ۴ و ۱ انتخاب میشود. نقطهٔ ترکیب را بین ارقام ۶ و ۷ در نظر میگیریم.
۴ و ۳:
۱ و ۳:
حال نوبت به جهش میرسد. در جهش باید یکی از ژنها تغییر کند.
فرض کنید از بین کروموزومهای ۵ تا ۸ کروموزوم شمارهٔ ۷ و از بین ژن چهارم از ۲ به ۳ جهش یابد. پس نسل ما شامل کروموزومهای زیر با امتیازات نشان داده شده میباشد: (امتیازات تعداد برخوردها میباشد)
کروموزوم ۳ کاندیدای خوبی برای ترکیب با ۶ و ۷ میباشد. (فرض در این مرحله جهشی صورت نگیرد و نقطهٔ اتصال بین ژنهای ۱ و ۲ باشد)
کروموزومهای از ۹ تا ۱۲ را نسل جدید میگوییم. بطور مشخص کروموزومهای تولید شده در نسل جدید به جواب مسئله نزدیکتر شدهاند. با ادامهٔ همین روند پس از چند مرحله به جواب مورد نظر خواهیم رسید.
wikipedia.org
درباره این سایت