किट सिएनसिया वाई आर्टे: एल्गोरिटमो जेनेटिको (विडा आर्टिफिशियल): 6 कदम

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:22

लॉस एल्गोरिटमोस जेनेटिकोस सोन प्रोबिएंटमेंटे उना डे लास कोसास मास इंट्रेसेंट्स डे ला कंप्यूटासिओन (एन मील ओपिनियन)। बेसिक से तोमा ला आइडिया डे इवोल्यूशन डे ला बायोलोगिया, वाई से एप्लीका ए अन अल्गोरिटमो एन उना कंप्यूटाडोरा पैरा रिज़ॉल्वर अन प्रॉब्लम।

एल एल्गोरित्मो जेनेटिको एस पार्ट डे लो क्यू से कोनोस कोमो एल्गोरिटमोस इवोलुटिवोस एन एल मुंडो डे लास सिएंसियास डे ला कंप्यूटासिओन। Acá hacemos un ejemlo sencillo, con el fin de aprender sobre el algoritmo। उसामोस एल सर्किट प्लेग्राउंड (सीपी) डे एडफ्रूट पैरा हेसर एल इजेरिसियो।

इमेजिनन एल सीपी क्यू एस अन सेर विवो, वाई क्यू से देबे अडैप्टर ए लास कॉन्डिसीओनेस कैम्बियन्ट्स डी लूज। एल सीपी, देबे बसकार ला फॉर्मा मास एफिशिएन्ट डे प्रेंडर सस लेड्स, पैरा ओब्टेनर ला मेयर कैंटिडैड डी लूज पॉसिबल सेगुन सु सेंसर डी लूज। पैरा लॉगरारलो एडेमास देबे हैसेरलो एनसेनडिएन्डो ला मेनोर कैंटिडैड डे लेड पॉसिबल्स। Entonces मैक्सिमिज़ा ला लूज़, अल मिस्मो टिएम्पो क्यू मिनिमिज़ा ला कैंटिडैड डे लेड्स। Acá trataremos de hacerlo con un algoritmo genético.

विज्ञापन: एस्टे एस उन थीम पैरा एस्टुडिएंट्स अवनजादोस

चरण 1: सामग्री

सरल:

1. सर्किट खेल का मैदान (या अरुडिनो कोन एलईडी वाई सेंसर डी लूज)
2. बटेरियासी
3. केबल यूएसबी
4. एल्गो पैरा जेनर लूज वाई सोम्ब्रा पैरा प्रुबास

चरण 2: बस्क्वेडा अल अज़ारी

इमेजिनमोस उन मोनो, एप्रेटैंडो लेट्रास एन एल टेकलाडो डे उना कंप्यूटाडोरा, एल मोनो सिंपलमेंटे प्रेसिओना लास लेट्रास अल अजार। सी हाय उनस ५० लेट्र्स एन एल टेकलाडो, कैडा लेट्रा (सी एल मोनो प्रेसिओना डे मनेरा इंडिपेंडेंट कैडा वेज़), टिएन उना प्रोबेबिलिडाड डे १/५० = ०.०२ डे सेर प्रेसीनाडा।

अहोरा बिएन, डिगामोस क्यू क्वेरेमोस क्यू एल मोनो एस्क्रिबा ला पलाब्रा "बननो", पोद्रा एल मोनो एस्क्रिबिर ला पलाब्रा? ला रिस्पुएस्टा कोर्टा एस एसआई!!!

ला रेस्पुएस्टा लार्गा एस क्यू सी लो पुएडे हैसर पेरो तोमारा उन टिएम्पो लार्गो पैरा रिसोल्वर्लो। वामोस एस्टो एस्टाडिस्टिकामेंटे। ला प्रोबेबिलिडाड डी क्यू एल मोनो एस्क्रिबा "बैनानो" एस एंटोन्स ला प्रोबबिलिडैड कंजुंटा, एस्टो एस:

(1/50) x (1/50) x (1/50) x (1/50) x (1/50) x (1/50) = (1/50)^6

Esto es igual a 1 सोबर 15 625 000 000, es decir la probabilidad de que el mono escriba "banano", es 1 en 15 Millones… muy poco संभावित! डिचो डी ओट्रो मोडो, एस मुय पोको संभावित क्यू अन मोनो एस्क्रिबा ला पलाब्रा "बननो" एस्क्रिबिएन्डो टेकलास अल अजार, आह, पेरो सी तुविएरामोस 15 मिलोन्स डी मोनोस एस्क्रिबिएन्डो, एस पॉसिबल क्यू यूनो डे एलोस एस्क्रिबा ला पलाब्रा "बननो"। पोको संभावित, पेरो नो इम्पॉसिबल।

Formalicemos एस्टा आइडिया अन पोको। एसआई (1/50)^6 एस ला प्रोबेबिलिडैड डी एस्क्रिबिर "बैनानो", एंटोन्स, 1-(1/50)^6 एस ला प्रोबेबिलिडाड डी नो एस्क्रिबिर्लो। सी अन मोनो इंटेंटा एन वेसेस, एंटोन्स, ला प्रोबेबिलिडैड पी डे नो एस्क्रिबिर ला पलाब्रा "बैनानो" एन इंटेंटोस सेरिया:

पी =[1-(1/50)^6]^ एन

एएसआई पोर उदाहरण सी इंटेंटो उना वेज़, पी = 1, सी इंटेंटो अन मिलोन डे वेसेस, पी = 0.999936, पेरो पैरा 10 मिलियन मिलोन्स, पी = 0.53, वाई मिएंट्रस मास ग्रैंड से एन, मैस मी एसरको ए पी = 0, es decir, कोन अन न्यूमेरो इनफिनिटो डी इंटेंटोस, पुएडो एस्टार सेगुरो डे क्यू एल मोनो वा ए एस्क्रिबिर ला पलाबरा "बननो"।

लो क्यू सी, नो टेनेमोस टिएम्पो इनफिनिटो, एस डेसीर से पुएडे बसकार उना सॉल्यूसिओन अल अजार, पेरो, एल अजार सोलो टार्डारिया मुचो टिएम्पो। एन पोकास पालब्रस, ला फुएर्ज़ा ब्रूटा नो एस उना फॉर्मा इफेक्टिव डे बसकार उना सॉल्यूशन

लो मारविलोसो एस क्यू ला नेचुरेज़ा बुस्का अल अजार, पेरो डी मानेरा कंस्ट्रक्टिवा, एस डेसीर, बसका डे फॉर्मा एलेटोरिया पेरो मैन्टेनिएन्डो उना बुएना सॉल्यूसिओन वाई हैसिएन्डो मॉडिफाइकोनेस ए वेसेस फ्यूरेट्स ए वेसेस पेक्वेनास डी एलास। एसा एस ला मानेरा एन क्यू एल एल्गोरिदम जेनेटिको फंकियोना, टोमांडो आइडिया डेल कोमो से जेनेरा ला वेरिएबिलिडाड जेनेटिका एन लॉस सेरेस विवोस, ई इनवेंटांडो अन एल्गोरिटमो पैरा हेसेरलो एन कंप्यूटडोरा, कॉन एल फिन डे सॉल्यूसिनार अन प्रॉब्लम। एंटॉन्स एंक्यू कॉन्टिन एलिमेंटोस डी अजार, टैम्बियन टिएन मेमोरिया वाई हैस क्यू एकेड इंटेंटो डे बसकार ला सॉल्यूसियन, नो सी इंडिपेंडेंट डेल इंटेंटो पूर्वकाल।

नोटा: बुस्केन सूचना सोबरे एल तेओरेमा डेल मोनो इनफिनिटो

चरण 3: विकास और परिभाषाएँ

ला इवोलुसियोन

अन एल्गोरिथम जेनेटिको (एजी) एस अन एल्गोरिथम क्यू परमिट एनकॉन्टरर अन सॉल्यूशन ए प्रॉब्लम अस डिफिसाइल्स डी रिज़ॉल्वर। एल एजी, से बसा एन ट्रेस प्रिंसिपियोस प्रिंसिपल्स डी हेरेंसिया डार्विनियाना:

• हेरेंसिया: लॉस हिजो रिसीबेन लास कैरेक्टरिस्टिकस डे सस पैड्रेस। एन एल एजी महत्व
• विविधता: देबे हैबर उन मैकनिस्मो पैरा परिचय विविधविज्ञापन। एन एल एजी, सिग्निफिका क्यू से देब एग्रीगर वेरिबिलिडाड डी अलगुना मानेरा पैरा एनकॉन्टर न्यूवास सॉल्यूशंस
• चयन: हे अन मेकानिस्मो एन ला क्यूल से सेलेकिओनन लॉस मेजोरस। एन एल एजी, हाय उना फंक्शन डे "फिटनेस" क्यू परमिट डिटरमिनर क्यूएल सॉल्यूशन एस मेजर

Acá no me voy ameter en los detalles de como funciona la evolución de seres vivos, sino que quiero entr de una vez a la explicación del Algoritmo Genético।

परिभाषाएं

पैरा पोडर फैसिलिटर एक्सप्लिकर एल एल्गोरिटमो, डेबेमोस डेफिनिर एल्गुनास कोसास एंटिस। एस्टास डेफिनिसियोनेस सोन कॉम्यून्स एन क्यूएलक्वियर एक्सप्लिसिओन डी एल्गोरिटमो जेनेटिको क्यू एनक्यूएंट्रेन, वाई लेस फैसिलिटारा एंटेंडर ला लिटरेटुरा एन लास रेड्स।

1. यूनो डे लॉस प्रिमेरोस पासोस एस "कोडिफर" एल प्रॉब्लम, एस्टो क्वियर डेसीर क्यू डेबेमोस टेनर उना रिप्रेजेंटेशन डे एल समस्याए पैरा पोडर ट्रैबजार्लो एन एल सीपी। एका लो हेसमोस डे मानेरा सेन्सिला। कोमो से मुएस्ट्रा एन ए फोटो, टेनेमोस 10 एल ई डी क्यू पुएडेन एस्टार एन्सेन्डिडोस "1" या अपागाडोस "0", एनटोन्स टेनेमोस अन अरेग्लो कॉन 10 एलिमेंटोस 0 वाई 1. एएसआई एनटोन्स 101000000 सिग्निफिका क्यू लॉस लेड्स 0 वाई 2 एस्टेन एन्सेन्डिडोस, वाई एल अपागाडोस वाई ००१००११०१०, क्यू लॉस एल ई डी २, ५, ६ वाई ८ एस्टन एन्सेन्डिडोस
2. Una Población es un conjunto de posibles Combinaciones de leds encendidos (ver la imagen de población), estas pueden ser iguales o diferentes। से ले लामा उन क्रोमोसोमा ए अन एलिमेंटो एन ला पोब्लासिओन। एंटोन्सेस अन क्रोमोसोमा, नो एस मैस क्यू उना रिप्रेजेंटेशन डे लॉस एल ई डी एनसेन्डिडोस वाई अपागाडोस डेल सीपी
3. उना परिवर्तन, एस कैंबियार अल अजार उन ओ विभिन्न एल ई डी, कोमो से म्यूस्ट्रा एन ला फोटो, डोंडे आर्बिट्रारिमेंट ला स्थिति 5 कैम्बिया डे अपागाडो ए एन्सेन्डिडो
4. ला रीकॉम्बिनेशन, कंसिस्टे एन टॉमस डॉस क्रोमोसोमा, एस्कोगर अन पुंटो डे क्रुज़ामिएंटो, ई इंटरकैम्बियर ला इंफॉर्मेशन एंट्रे एम्बोस (देखें एल डायग्राम)
5. उना फ़ंक्शन डी मूल्यांकन ओ फिटनेस, एस अन क्राइटेरियो क्यू परमिट मूल्यांकन मूल्यांकन क्यू टैन ब्यूनस सोन कैडा यूनो डे लॉस क्रोमोसोमस डे ला पोब्लासिओन पैरा चयनकर्ता एल मेजर। एन एस्टे कासो, वोय ए ट्रैबजर कोन ला इंटेन्सिडाड डे डे लूज वाई ला कैंटिडाड डे लेड्स एन्सेन्डिडोस

चरण 4: एल एल्गोरिटमो

पासो ए पासो

1. क्रेयर उना पोब्लासिओन डे मुचोस क्रोमोसोमस इनिशियलज़ादोस अल अज़ारी
2. मूल्यांकन क्यूएल एस एल मेजोर कोन ला फनसिओन डे "फिटनेस"
3. कॉपियर एल मेजोर रीकॉम्बिनैंडो कोन एल सेगुंडो मेजोर अल रेस्टो डे ला पोब्लासिओन
4. एप्लिकर उत्परिवर्तन ए टोडा ला पोब्लासिओन
5. 2

उदाहरण

कोमो एक्सप्लिके एन लास डेफिनिसियोनेस, उना टीरा (क्रोमोसोमा) 1000101010, रिप्रेजेंटा लॉस लेड्स एन्सेन्डिडोस "1" और अपागाडोस "0", एन एल सर्किट खेल का मैदान। "फिटनेस" कोमो:

फिटनेस = (लेक्टुरा डी लूज) x ०.५ - (एनमेरो डी लेड्स) x ०.५

नोट कोमो रेस्टामोस एल न्यूमेरो डे लेड्स एन ला फॉर्मुला, पुएस क्वेरेमोस ला मेजोर लूज कोन ला कैंटिडाड मेनोर डे लेड्स, एनटोन्स सी उना सॉल्यूसिओन एस समान एन लूज पेरो कॉन मेनोस लेड्स, सेलेकिओनेरेमोस एसा।

अहोरा ने एन्टेन्डेमोस लॉस लेड्स कॉरस्पॉन्डेंट्स ए कैडा क्रोमोसोमा वाई एवलुआमोस सु फिटनेस, कोमो से मुएस्ट्रा एन ला फिगुरा में प्रवेश किया। नोट कोमो एन एल उदाहरण टेनेमोस:

0011100000 फिटनेस = 98.5

१०१११०००१ फिटनेस = १०२.५

१०१०१०१०११ फिटनेस = १०२

लॉस डी फिटनेस मास ऑल्टो बेटा 102.5 वाई 102, सेलेकिओनामोस एसोस, वाई हैसेमोस रीकॉम्बिनेशन वाई म्यूटासीन कोमो से म्यूस्ट्रा एन ला इमेजन, लो क्यू नो परमिट टर्मिनर को उना न्यूवा पोब्लासिओन, 1011100001

0011101011

1010100011

इस्ता नुएवा पोब्लासियॉन नुएवामेंटे मूल्यांकन और फिटनेस और निरंतर जारी रखें। ए मेडिडा क्यू लेलेगा ए उना सॉल्यूशन ऑप्टिमा, ऑंक सिग प्रोबेंडो, से मैन्टिएन हस्ता क्यू हया कैंबियोस एन एल एम्बिएंट।

चरण 5: एल कोडिगो

एल कोडिगो लो पुएडेन डेसकारगर एन मि गिटहब। नो वॉय ए एक्सप्लिकर लॉस डिटेल्स डे ला लाइब्रेरिया "क्रोमोसोम.एच", सिनो नाडा मास एल एल्गोरिटमो जेनेटिको, कॉमो एस यूटिलिजाडो एन एल कोडिगो प्रिंसिपल।

कोडिगो प्रिंसिपल

एल सिगुएंटे कोडिगो क्रे उना पोब्लासिओन डी 20 क्रोमोसोम:

#डिफाइन एन २०

जनसंख्या पॉप (एन);

एल ओब्जेटो एस जनसंख्या और लो हेमोस लामाडो पॉप। एस्टो इनमेडिएटामेंटे एक्ट्रे उना पोबैसिओन डी २० क्रोमोसोमस, इनिशियलाइज़डोस कॉन टोडोस सेरोस। अन्य सेटअप, अग्रगमोस ला लाइनिया:

पॉप.म्यूटेटक्रोमोसोम(०.५, ०);

पैरा कैंबियार एलेटोरियामेंट कैडा क्रोमोसोमा को उना प्रोबेबिलिडैड डी 0.5, इनिसियांडो डेसडे एल क्रोमोसोमा 0. एन एल लूप टेनेमोस एल अल्गोर्टिमो, प्रिमेरो हेसमोस क्रॉसओवर:

पॉप.कॉपीक्रॉसओवर(2);

लुएगो एप्लिकामोस म्यूटासिओन को उन प्रोबेबिलिडैड बाजा (0.05), ई इनिसिएंडो डेल क्रोमोसोमा 1 पैरा मैन्टेनर एल मेजोर क्यू हेमोस ओब्टेनिडो एन ला पोब्लासिओन (एल क्रोमोसोमा 0 एस एल मेजोर)

पॉप.म्यूटेटक्रोमोसोम(0.05, 1);

और मूल्यांकन करें

मूल्यांकन करना();

लुएगो ऑरडेनमोस लॉस क्रोमोसोमस डी मेयर ए मेनोर फिटनेस (उसांडो बबल सॉर्ट), एस्टो फैसिलिटा एल प्रोसेसो डी रीकॉम्बिनेशन, पॉप.सॉर्ट ();

एली एस्टा टूडू। अहोरा वीमोस ला फनसिओन डे इवैल्युअशियोन क्यू एस महत्वपूर्ण

फनसिओन डी इवैल्यूएशियोन

एल कोडिगो डी मूल्यांकन () तों:

शून्य मूल्यांकन () {

के लिए (int i = 0; i <pop.n; i++) {setPixels(i); // देरी को चालू करने के लिए एलईडी समय देता है (100); फिटनेस (मैं); } }

वीन क्यू सिंपलमेंटे प्रेंडेमोस लॉस लेड्स कॉरस्पॉन्डेंट्स अल क्रोमोसोमा (एसो एस लो क्यू हैस सेटपिक्सल्स ()), वाई मूल्यांकन सु फिटनेस, कोन ला फंकियोन, शून्य फिटनेस (int a) {

पॉप.फिटनेस [ए] = 0.5 * फ्लोट (सर्किटप्लेग्राउंड। लाइट सेंसर ()) - 0.5 * फ्लोट (पॉप.काउंटबिट्स (ए)); }

अल्मासेनमोस एल वेलोर डी फिटनेस डी कैडा क्रोमोसोमा और पॉप.फिटनेस

चरण 6: फंकियोनैंडो वाई रेटोस

फंकियोनांडो

एन एल वीडियो से वे कोमो वा एडाप्टेंडो डी अपोको ए लास डिफेरेंटेस कॉन्डिसीओनेस डी लूज। सीमप्रे इनक्यूएंट्रा उना बुएना सॉल्यूशन। सी लॉग्रास्ट एंटेन्डर एस्टे इंस्ट्रक्शनेबल, ते फेलिसिटो, लॉस एल्गोरिटमोस जेनेटिक्स सोन अन थीम डिफिसिल एन कंप्यूटेसिओन, पेरो एसो एस लो क्यू लो हेस मास इमोशनेंट।

डी अल्गुना मरिया अल डेजर फंकियोनांडो एल सीपी कोन एल एल्गोरिटमो, पारेस कैसी कोमो उन सेर विवो एक्सप्लोरैंडो लास कंडिशन्स वाई इवोल्यूशनंडो पैरा मेजर। एन इस्ट कासो इस्टन ऑक्यूरिएन्डो मचस इटेरैसिओनेस डे इओव्लुसिओन एन पोको टिएम्पो, पैरा अन ऑर्गैमो विवो सोन मुचो मास लेंटस

de cierto modo el algoritmo sirve para encontrar la mejor solución, dadas ciertas condiciones. से पुएडे कोररर एल एल्गोरिटमोस पैरा डिटरमिनर लो मेजर एन कैडा सिचुएशन, वाई लुएगो डेजर एस्टास डेफिनिडास एन एल सीपी, पेरो एन एस्टे इजेम्प्लो डीजामोस क्यू एल एल्गोरिदम सिएमप्रे एस्ट एक्सप्लोरैंडो।

सी से डीजन मुतास म्यूटासिओनेस, वेरन कोमो एल एल्गोरित्मो एस एल्गो इनेस्टेबल वाई ले वा ए कोस्टार लेगर ए उना सिचुएशन ऑप्टिमा।

कॉमेंटेरियो फाइनल

एल उदाहरण यूटिलिज़ैडो एस इलुस्ट्रेटिवो, वाई एस पैरा फैसिलिटर एल यूसो डे ला लाइब्रेरिया। एल रेटो प्लांटेडो डे मेजोरार ला लूज कोन एल मेनोर नोमेरो डी एल ई डी, एस सिंपल वाई हस्ता ट्रिविअल, क्यू संभावितमेंट से पुएडे सॉल्यूसिनार डे मानेरा मास रैपिडा को ओट्रोस मेटोडोस। सिन एम्बार्गो, सी लो वेमोस डेसडे एल पुंटो डे विस्टा डे सेरेस विवोस, ला इवोलुसिओन ऑर्गेनाइजा, यूटिलिजा एल्गो कॉमो अन एल्गोरिटमो जेनेटिको पैरा बेसक्वेडास नो लिनिलेस, एनटोन्स, एल्गो कोमो ऑप्टिमिजर ला लूज, एस अन प्रॉब्लमा डिस्के एन लाईडो si me puse espeso!)

रेटोस

• बस्कर अन प्रॉब्लमा डे ऑप्टिमिज़ेसिओन मैस कॉम्प्लीकाडो कॉन उना फंशियोन डे "फिटनेस" मैस कॉम्पलेजा
• मेजोरारा एल डेसेम्पेनो, कैंबियन्डो प्रोबेबिलिडाड डी म्यूटासीओन, री-कॉम्बिनेशन, ऑमेंटांडो ला पोब्लासिओन, कैम्बियनडो टिएम्पोस (एसोस डिले पोर एली मेटिडोस)
• अप्लिकर अ रोबोट
• एस्टुडियर अर्धसूत्रीविभाजन, पैरा अप्रेंडर
• एस्टुडीर ए फोंडो लॉस एल्गोरिटमॉस जेनेटिकोस (हे लिब्रोस कॉम्पलेटोस एन एल थीम)