Επισκόπηση Μηχανική Μάθηση Γενετικοί Αλγόριθμοι Νοήμονες πράκτορες.

Slides:



Advertisements
Παρόμοιες παρουσιάσεις
Εισαγωγή Κατανόηση της φυσιολογίας και λειτουργίας του Στοματογναθικού Συστήματος (ΣΓΣ) για τον οδοντοτεχνίτη σημαίνει: Αποφυγή σφαλμάτων κατασκευής των.
Advertisements

Η αντοχή του πλοίου Διαμήκης αντοχή Εγκάρσια αντοχή Τοπική αντοχή.
Πηγές τάσης/ρεύματος R , L, C
Επιχειρηματική ηθική Υπέρβαση της ανθρώπινης ομορφίας. Προς τη θέωση…
Ορισμοί Ελαστικότητα: Η ιδιότητα ενός σώματος να επανέρχεται στην αρχική του μορφή, όταν τα φορτία που προκαλούν την παραμόρφωσή του παύουν να επιδρούν.
Τέλος Ενότητας.
Διατομή σύνθετης δοκού
Οργάνωση πληροφοριών Ταξινόμηση (Θ) Ενότητα 3: Αρχιτεκτονική της Ευρετηρίασης (α μέρος) Δάφνη Κυριάκη-Μάνεση Τμήμα Βιβλιοθηκονομίας και Συστημάτων Πληροφόρησης.
Οργάνωση πληροφοριών Ταξινόμηση (Θ) Ενότητα 9: Qualified Dublin Core Δάφνη Κυριάκη-Μάνεση Τμήμα Βιβλιοθηκονομίας και Συστημάτων Πληροφόρησης Το περιεχόμενο.
Μεταγλωττιστές (Compilers) (Θ) Ενότητα 13: Επαναληπτικό μάθημα Κατερίνα Γεωργούλη Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ Το περιεχόμενο του μαθήματος διατίθεται.
Οργάνωση πληροφοριών Ταξινόμηση (Θ) Ενότητα 11: Τύποι Ευρετηρίων Δάφνη Κυριάκη-Μάνεση Τμήμα Βιβλιοθηκονομίας και Συστημάτων Πληροφόρησης Το περιεχόμενο.
Βασικές αρχές ευρετηρίασης
Οργάνωση πληροφοριών Ταξινόμηση (Θ) Ενότητα 1: Εισαγωγή (α μέρος) Δάφνη Κυριάκη-Μάνεση Τμήμα Βιβλιοθηκονομίας και Συστημάτων Πληροφόρησης Το περιεχόμενο.
Η ανοσοαποτύπωση ως επιβεβαιωτική μέθοδος
Τριφασικά συμμετρικά δίκτυα σε συνδεσμολογία Υ (1/2)
Περιλήψεις Γιατί; Πως; Τι είναι; Ποιος τις κάνει;
Μεταγλωττιστές (Compilers) (Θ) Ενότητα 10: Παραγωγή Ενδιάμεσου Κώδικα (Σημασιολογικές ρουτίνες μετάφρασης-Μέρος Α) Κατερίνα Γεωργούλη Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής.
Αυτοματοποιημένη ευρετηρίαση
Διαμόρφωση πεδίων Περιγραφικά πεδία Διαχειριστικά πεδία Δομικά πεδία.
Μεταγλωττιστές (Compilers) (Θ) Ενότητα 11: Βελτιστοποίηση Ενδιάμεσου Κώδικα Κατερίνα Γεωργούλη Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα.
Διάνοιξη πόρων Με ακτινοβολούμενη θερμότητα. Θερμαινόμενα σίδερα.
Έλεγχος Ροής με την Εντολή Επανάληψης FOR 1/9
Καμπυλότητα Φακού P c
Τεχνολογία οφθαλμικών φακών Ι (Ε) Ενότητα 5: Έγχρωμοι φακοί Θεμιστοκλής Γιαλελής, Οπτικός, MSc, PhD candidate ΕΔΙΠ του τμήματος Οπτικής και Οπτομετρίας.
Eιδικά θέματα βάσεων χωρικών δεδομένων και θεωρία συστημάτων
Κανόνες Ασφαλείας Εργοταξίων
ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΑ ΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΤΗΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ
Διάρκεια της άσκησης Η διάρκεια και η ένταση της άσκησης είναι σχετικές: Μεγαλύτερο διάλειμμα κατά την άσκηση παραπέμπει σε αερόβια διαδικασία. Μικρότερο.
Εκτίμηση Φυσικής Κατάστασης
Άλλες μορφές νευρώσεων
Διαχείριση παραγωγής εντύπων 1/2
Επικοινωνιακός Προγραμματισμός Ι
Άσκηση 8 (1 από 3) Προβολές 1. Να επιλέξετε ένα θέμα βασισμένο σε κάποια παράγραφο / υποπαράγραφο του κεφαλαίου 6 των σημειώσεων και να κάνετε μια εργασία.
Υπολογιστική Γεωμετρία και Εφαρμογές στις ΒΧΔ
Βασικά δεδομένα Το σύστημα υγείας δεν αποτελεί απλά άθροισμα επιμέρους μερών. Τα επιμέρους στοιχεία του συστήματος βρίσκονται σε συνεχή αλληλεξάρτηση.
Παρουσίαση ναυπηγικών γραμμών 1/3
Υπολογιστική Γεωμετρία και Εφαρμογές στις ΒΧΔ 1/12
Ταυτότητα και περίγραμμα μαθήματος
Δίκτυα Υπολογιστών ΙΙ (Ε)
Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ιονίων Νήσων
Άσκηση 7 (1 από 5) Υπολογισμοί μηκών τόξων σφαίρας. Το έτος 2035 μ.Χ., μετά από πυρηνική καταστροφή και λόγω του φαινομένου του θερμοκηπίου, που πήρε εκρηκτικές.
ΠΡΟΤΥΠΟ ΕΛΟΤ EN ISO 3251 Ζύγιση μάζας υγρού μελανιού (m1 g)
Ενότητα 13 Αξιολόγηση μαθήματος και διδάσκοντος από την εφαρμογή της Μονάδας Ολικής Ποιότητας (ΜΟΔΙΠ) του ΤΕΙ Αθήνας Αξιολόγηση του μαθήματος Αξιολόγηση.
Άσκηση 9 (1 από 2) Ανακαλύψτε στο χάρτη σας μερικά χαρτογραφικά αντικείμενα που να ανήκουν στις παρακάτω κατηγορίες : φυσικά, τεχνητές κατασκευές, αφηρημένα.
Τοπολογικές σχέσεις 1/3 Βρείτε και περιγράψτε τις τοπολογικές σχέσεις σύμφωνα με τους (Pantazis, Donnay 1996) για τα παρακάτω γεω-γραφικά αντικείμενα:
Επιλογή φλέβας για λήψη φλεβικού αίματος 1/7
Επικοινωνιακός Προγραμματισμός Ι
Εικαστικές συνθέσεις - Χρώμα στο χώρο
Γενική και Μαθηματική Χαρτογραφία (Ε)
Οργάνωση και Διοίκηση Πρωτοβάθμιας (Θ)
Λιθογραφία – Όφσετ (Θ) Ενότητα 8.2: Εκτυπωτική Διαδικασία Μηχανής
Επικοινωνιακός Προγραμματισμός Ι
Ενότητα 9: Συστήματα Υγείας στην Ευρώπη: Σουηδία
Αισθητική Σώματος Ι (Ε)
Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας
Ειδικά θέματα βάσεων χωρικών δεδομένων και θεωρία συστημάτων -E
Γενική και Μαθηματική Χαρτογραφία (Ε)
Αισθητική Σώματος Ι (Ε)
Ενότητα 8: Συστήματα Υγείας στην Ευρώπη: Γαλλία
Eιδικά θέματα βάσεων χωρικών δεδομένων και θεωρία συστημάτων -Θ
Συστήματα Θεματικής Πρόσβασης (Θ)
Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ιονίων Νήσων
Ψυχιατρική Ενότητα 7: Συνέχεια σταδίων
Γενική και Μαθηματική Χαρτογραφία (Ε)
Οργανική Χημεία (Ε) Ενότητα 2: Προσδιορισμός σημείου τήξης
Ενότητα 1: ……………….. Όνομα Επώνυμο Τμήμα __
Αισθητική προσώπου Ι (Ε)
Αισθητική ηλεκτροθεραπεία σώματος
Ενότητα 6: Δονήσεις Γεωργία Πέττα Τμήμα Φυσικοθεραπείας
Επικοινωνιακός Προγραμματισμός Ι
Μεταγράφημα παρουσίασης:

Τεχνητή Νοημοσύνη (Θ) Ενότητα 12: Γενετικοί Αλγόριθμοι Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας Τεχνητή Νοημοσύνη (Θ) Ενότητα 12: Γενετικοί Αλγόριθμοι (Genetic Algorithms) Κατερίνα Γεωργούλη Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ Το περιεχόμενο του μαθήματος διατίθεται με άδεια Creative Commons εκτός και αν αναφέρεται διαφορετικά Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

Επισκόπηση Μηχανική Μάθηση Γενετικοί Αλγόριθμοι Νοήμονες πράκτορες. Εισαγωγή, Επίλυση προβλημάτων, Αλγόριθμοι Αναζήτησης, Αναπαράσταση Γνώσης, Συστήματα βασισμένα στη γνώση, Μηχανική Μάθηση Δένδρα Απόφασης - Παραγωγής Νευρωνικά Δίκτυα Γενετικοί Αλγόριθμοι Νοήμονες πράκτορες.

Είδη μηχανικής μάθησης Μάθηση με επίβλεψη (supervised learning – learning from examples) όπου ο αλγόριθμος κατασκευάζει μια συνάρτηση που απεικονίζει δεδομένες εισόδους σε γνωστές, επιθυμητές εξόδους (σύνολο εκπαίδευσης), με απώτερο στόχο τη γενίκευση της συνάρτησης αυτής και για εισόδους με άγνωστη έξοδο Μάθηση χωρίς επίβλεψη (unsupervised learning- learning from observations) όπου ο αλγόριθμος κατασκευάζει ένα μοντέλο για κάποιο σύνολο εισόδων χωρίς να γνωρίζει επιθυμητές εξόδους Ενισχυτική μάθηση (reinforcement learning) όπου ο αλγόριθμος μαθαίνει μια στρατηγική ενεργειών για μια δεδομένη παρατήρηση Εξελικτική Μάθηση (evolutionary learning) Μίμηση αναπαραγωγικής διαδικασίας

Χαρακτηριστικά Γ.Α. Περιλαμβάνουν ένα σύνολο μεθόδων εμπνευσμένων από τη θεωρία της εξέλιξης, αρχίζοντας από ένα, συνήθως επιλεγμένο, πληθυσμό πιθανών λύσεων και επιδιώκοντας την παραγωγή λύσεων με υψηλή απόδοση.

Η ιδέα Πάρε ένα πληθυσμό πιθανών λύσεων ενός δεδομένου προβλήματος, Πάρε ένα πληθυσμό πιθανών λύσεων ενός δεδομένου προβλήματος, Χρησιμοποίησε τελεστές εμπνευσμένους από τους μηχανισμούς της γενετικής ποικιλότητας, Εφάρμοσε επιλεκτική πίεση συντήρησης προς κάποιες ιδιότητες που κρίνονται επιθυμητές, Κατάληξε σε μια πιο κατάλληλη λύση.

Γενετικοί αλγόριθμοι Γνωστικά τεχνητά υπολογιστικά συστήματα που ακολουθούν τη συμπεριφορά της γενετικής πληθυσμών απλών βιολογικών οργανισμών κατά τη φάση της φυσικής εξέλιξης διατηρώντας τις σημαντικότερες από τις στρατηγικές αναπαραγωγής και βελτιστοποίησης (John Holland, 1975, Πανεπιστήμιο του Michigan) ΣΤΟΧΟΣ: ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ

Χαρακτηριστικά φυσικής εξέλιξης Εξέλιξη είναι μια διαδικασία που συμβαίνει στα χρωμοσώματα. Φυσική επιλογή είναι η επικράτηση των χρωμοσωμάτων που περιέχουν οι πιο ισχυρές δομές. Η εξέλιξη συντελείται κατά την αναπαραγωγή. Μπορεί να δημιουργήσει διαφορετικά χρωμοσώματα στους απογόνους συνδυάζοντας «υλικά» από τα χρωμοσώματα των γονέων. Η βιολογική εξέλιξη δεν έχει μνήμη.

Παράμετροι ορισμού Γ.Α. Κωδικοποίηση (ή αναπαράσταση), Συνάρτηση καταλληλότητας, Όριο_Καταλληλότητας: η επιθυμητή τιμή καταλληλότητας που πρέπει να επιτευχθεί από ένα χρωμόσωμα, ώστε να τερματίσει η διαδικασία. Αναπαραγωγή (Reproduction), Ν: ο αριθμός των χρωμοσωμάτων του πληθυσμού, r: το ποσοστό του πληθυσμού που αντικαθίσταται σε κάθε κύκλο.

Κωδικοποίηση Οι είσοδοι και έξοδοι του προβλήματος αναπαρίστανται σαν συμβολοσειρές (strings) σταθερού μήκους ενός συγκεκριμένου αλφαβήτου (συνήθως δυαδικού). Μια συμβολοσειρά (δομή) και έχει ρόλο αντίστοιχο του χρωματοσώματος στη γενετική.   Κάθε θέση στη συμβολοσειρά έχει ρόλο αντίστοιχο με αυτό του γενετικού υλικού στους βιολογικούς μηχανισμούς, δηλαδή γονιδίου μέσα σε χρωμόσωμα. cancerresearchuk.org

Πληθυσμός Ο ΓΑ δημιουργεί με τυχαίο τρόπο τον αρχικό πληθυσμό ο οποίος καλείται αρχική γενεά. Ο χρόνος στην εξέλιξη της διαδικασίας υπολογίζεται σε διακριτά διαστήματα - γενεές, π.χ. Ν(t): ο πληθυσμός κατά τη γενεά t. Σε οποιαδήποτε χρονική στιγμή, το όλο σύστημα περιέχει έναν πληθυσμό από Ν συμβολοσειρές που αναπαριστούν το σύνολο των πιθανών λύσεων στο πρόβλημα.

Συνάρτηση καταλληλότητας Για την αναπαραγωγή απαιτείται η ύπαρξη μιας συνάρτησης απόδοσης (συνάρτηση προσαρμογής, συνάρτηση καταλληλότητας ή αντικειμενική συνάρτηση) (fitness function). Η ορθή επιλογή της συνάρτηση απόδοσης αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα θέματα της ανάπτυξης ενός Γ.Α.

Αναπαραγωγή Η προοδευτική βελτίωση του πληθυσμού επιτυγχάνεται με τις ενέργειες των γενετικών τελεστών που επιδρούν στην αναπαραγωγή, σύμφωνα με την ικανότητα των ατόμων, εφαρμόζοντας τις τεχνικές της διασταύρωσης (crossover) και της μετάλλαξης (mutation) πάνω σε έναν πληθυσμό μιας γενεάς για τη δημιουργία απογόνων στην επόμενη γενεά.

Σχηματική λειτουργία

Αλγόριθμος λειτουργίας Γ.Α. Αρχικοποίηση ενός πληθυσμού. Εκτίμηση της απόδοσης κάθε δομής (χρωμοσώματος) στον πληθυσμό. Δημιουργία νέων δομών «ζευγαρώνοντας» επιλεγμένες υπάρχουσες δομές (γονείς) βάσει των γενετικών τελεστών. Εκτίμηση της απόδοσης των νέων δομών και εισαγωγή τους στον πληθυσμό. Διαγραφή των ανίσχυρων παλαιών δομών. Αν ο χρόνος τελείωσε ή ολοκληρώθηκε ο επιτρεπόμενος αριθμός νέων γενεών τότε τέλος διαδικασίας αλλιώς επιστροφή στο βήμα 3.

Παράδειγμα Σε ένα πρόβλημα βελτιστοποίησης της λειτουργίας μιας συσκευής με πέντε διακόπτες εισόδου και μια έξοδο θα μπορούσε να γίνει η παρακάτω κωδικοποίηση για μια αρχική σειρά πιθανών καταστάσεων των διακοπτών (όπου 0=κλειστός και 1=ανοικτός): 01101 11000 {αρχικός πληθυσμός μεγέθους 4} 01000 10011 Δομικό κομμάτι ή σχήμα δομής: λίστα από συνδυασμούς χαρακτήρων του επιλεχθέντος αλφαβήτου και από το σύμβολο *.. Για παράδειγμα η δομή 01101 περιέχει 32 σχήματα μεταξύ των άλλων και τα εξής: 0**0* 0**** 011*1 ***** 0*1*1 01101 Η θεωρία των σχημάτων λέει πως σχήματα με τιμή απόδοσης πάνω του μέσου όρου τείνουν να επικρατήσουν, ενώ αντίθετα σχήματα με τιμή κάτω του μέσου όρου τείνουν να εξαλειφθούν.

Επιλογή γονέων Ρουλέτα γονικής επιλογής: Τεχνική της γονικής επιλογής για την αναπαραγωγή των ισχυρότερων γονικών χρωμοσωμάτων στη νέα γενεά. Σκοπός: να δοθούν περισσότερες πιθανότητες αναπαραγωγής σε εκείνα τα μέλη του πληθυσμού που είναι ισχυρότερα βάσει της εκτίμησης της συνάρτησης απόδοση.

Βήματα αλγορίθμου επιλογής Άθροισε την απόδοση όλων των μελών του πληθυσμού. Κάλεσε το άθροισμα συνολική απόδοση. Δημιούργησε έναν τυχαίο αριθμό n μεταξύ 0 και της συνολικής απόδοσης. Επέστρεψε το πρώτο μέλος του πληθυσμού του οποίου η απόδοση προστιθέμενη στην απόδοση των προηγούμενων μελών είναι μεγαλύτερη ή ίση με το n. Επανάλαβε τη διαδικασία τόσες φορές όσες ο πληθυσμός

Τιμές προσαρμογής Α/Α ΜΕΛΟΣ ΤΙΜΗ ΠΡΟΣΑΡΜΟΓΗΣ % ΤΟΥ ΣΥΝΟΛΟΥ 1 2 3 4 01101 11000 01000 10011 169 576 64 361 14.4 49.2 5.5 30.9 ΣΥΝΟΛΟ: 1170 100.0

Ρουλέτα γονικής επιλογής Α/Α ΜΕΛΟΣ ΤΙΜΗ ΠΡΟΣΑΡΜΟΓΗΣ % ΤΟΥ ΣΥΝΟΛΟΥ 1 2 3 4 01101 11000 01000 10011 169 576 64 361 14.4 49.2 5.5 30.9 ΣΥΝΟΛΟ: 1170 100.0 1 14.4% 4 30.9% 2 49.2% 100% Τυχαίο σημείο επιλογής 5.5% 3

Παράδειγμα ρουλέτας γονικής επιλογής Παράδειγμα ρουλέτας γονικής επιλογής Μέλη (δομές) 1 (01101) 2 (11000) 3 (01000) 4 (10011) Αποδόσεις (f(x)=x2) 169 576 64 361 Προοδευτικό άθροισμα αποδόσεων 745 809 1170 Τυχαίος αριθμός n 150 343 610 1000 Επιλεγμένη δομή 1 2 4 Νέα μέλη 01101 11000 10011

Παράδειγμα εφαρμογής γενετικού αλγόριθμου Α/Α Αρχικός πληθυσμός τυχαία δημιουργημένος ΔεκαδικήΑξία Τιμή x F(x) = x2 Πιθανότητα επιλογής F(i) /F Αναμ/νος αριθμός απογόνων F(i)/f Πραγματικός αριθμός απογόνων 1 01101 13 169 0.14 0.85 2 11000 24 576 0.49 1.97 3 01000 8 64 0.06 0.22 4 10011 19 361 0.31 1.23 Άθροισμα Μέσος όρος Μέγιστο 1170 293 1.00 0.25 4.00 4.0 1.0 2.0

Σχήματα -Shemata Ένα τεμπλέϊτ, μια κανονική έκφραση που περιγράφει ένα σύνολο συμβολοσειρών, π.χ. 11****00 To σύνολο συμβολοσειρών που αναπαρίσταται από ένα δεδομένο σχήμα χαρακτηρίζει το σύνολο των πιθανών λύσεων που μοιράζονται το σχήμα αυτό Χαρακτηριστικά: Μήκος (8 στο παράδειγμα - 11****00 ) Σειρά (4 στο παράδειγμα - 11****00 )

Διασταύρωση (γενετική μείωση) (Crossover) Η αναπαραγωγή μέσω διασταύρωσης αποτελεί συνδυασμένη πληροφορία από δυο γονείς για το σχηματισμό νέων απογόνων. Αν αφαιρεθεί από τον αλγόριθμο, τότε αυτός παύει να είναι γενετικός αλγόριθμος. Ο μηχανισμός της γονικής επιλογής μαζί με τη διασταύρωση έχουν σαν αποτέλεσμα τα καλύτερα σχήματα να επικρατούν στον πληθυσμό και ο συνδυασμός τους να παράγει υψηλής ποιότητας σχήματα.

Διασταύρωση Εκτελείται σε δυο βήματα: Τα strings επιλέγονται σε ζεύγη τυχαία, μέσω της ρίψης ενός νομίσματος και Επιλέγεται επίσης τυχαία η θέση της διασταύρωσης. Παραδείγματα Διασταύρωση ενός σημείου πριν τη διασταύρωση x1 0 0 1 |1 1 1 0 0 x2 1 0 0 |0 0 1 1 1 μετά τη διασταύρωση x1' 0 0 1 0 0 1 0 0 x2' 1 0 0 1 1 1 1 1   Διασταύρωση δυο σημείων πριν τη διασταύρωση x1 0 0 1 |1 1 1| 0 0 x2 1 0 0 |0 0 1| 1 1   μετά τη διασταύρωση x1' 0 0 1 0 0 1 0 0 x2' 1 0 0 1 1 1 1 1 Σημείο 3 Σημεία 3 & 6

Διασταύρωση ενός σημείου για φυσικούς αριθμούς   (5,3,4,6,2) (2,4,6,3,5) (4,3,6,5,2) (2,3,4,6,5) (4,3,6,2,5) (3,4,5,2,6) (3,5,4,6,2) (4,5,3,6,2) (5,4,2,3,6) (4,6,3,2,5) (3,4,2,6,5) (3,6,5,1,4) (3,4,5,6,2)

Άλλα είδη διασταύρωσης Ομοιόμορφη διασταύρωση Άλλα είδη διασταύρωσης Ομοιόμορφη διασταύρωση Μάσκα: 0110011100 (τυχαία δημιουργία) Γονείς: 1010001110 0011010010 Απόγονοι: 0011001110 1010010010

Άλλα είδη διασταύρωσης Κυκλική Διασταύρωση Άλλα είδη διασταύρωσης Κυκλική Διασταύρωση Πριν τη διασταύρωση x1 1 2 3 5 4 6 8 7 x2 8 7 5 6 3 1 4 2 βήμα 1 x1 1 _ _ _ _ _ _ 7 x2 8 _ _ _ _ _ _ _ βήμα 2, 3,… x1 1 _ 3 5 _ _ _7 .. x2 8_ _ _ 3 _ 4 _ βήμα í-1 x1 1 _ 3 5 4 6 _ 7 x2 8_5 6 3 1 4 _ βήμα í x1 1 8 3 5 4 6 2 7

Παράδειγμα διασταύρωσης ΠΛΗΘΥΣΜΟΣ ΖΕΥΓΗ ΘΕΣΗ ΔΙΑΣΤΑΥ-ΡΩΣΗΣ ΝΕΟΣ ΠΛΗΘΥ-ΣΜΟΣ F(x) 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 2 1 4 3 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 144 625 729 256

Γενετικοί τελεστές – μετάλλαξη (Mutation) Υλοποιείται μέσω της τυχαίας αλλαγής κάποιων γονιδίων του χρωματοσώματος. Οι αλλαγές που επιφέρονται στα σχήματα από τη μετάλλαξη δεν έχουν σχέση με την απόδοση τους. Ομοιόμορφη μετάλλαξη πριν τη διασταύρωση x1 1 2 3 4 5 6 7 8 x2 8 6 4 2 7 5 3 1 Μετά τη μετάλλαξη με 50% τυχαίες επεμβάσεις Κρατά από το x1 τα 2,3,5,6 και από το x2 τα 8,2,3,1. Τα υπόλοιπα τα ταξινομεί βάσει της θέσης τους στο άλλο χρωμόσωμα x1' 8 2 3 4 5 6 7 1 x2' 8 4 5 2 6 7 3 1 Απλή μετάλλαξη πριν τη μετάλλαξη x1 0 0 1 |1| 1 1 0 0 μετά τη μετάλλαξη x1' 0 0 1 0 1 1 0 0

Άλλα είδη μετάλλαξης Απλή μετάλλαξη Scrabble sublists mutation: Πριν τη μετάλλαξη x1 1 2 3 4 5 6 7 8 τυχαία επιλογή αποκοπής τυχαία σειρά 4 2 3 5 Μετά τη μετάλλαξη x1' 1 4 2 3 5 6 7 8 Τυχαία ανταλλαγή Πριν τη μετάλλαξη x1 1 2 3 4 5 6 7 8 Μετά τη μετάλλαξη τυχαία ταξινόμηση x1' 1 5 3 4 2 6 7 8

Γενετικοί τελεστές- ιδιαιτερότητες Οι τελεστές υποστηρίζουν ο ένας τον άλλον ως εξής: Αν αφαιρεθεί η διασταύρωση, το σύστημα χρησιμοποιεί τη μετάλλαξη για την ανίχνευση μιας συγκεκριμένης περιοχής χωρίς τη δυνατότητα σχεδιασμού καλύτερων σχημάτων και σημείων της περιοχής αυτής, που οδηγεί αυτονόητα το σύστημα σε μειωμένη απόδοση. Αν η μετάλλαξη καταργηθεί, ο αλγόριθμος συγκλίνει γρήγορα ενώ λείπουν σημαντικά σχήματα.

Γενετικοί τελεστές – ελιτισμός Η εφαρμογή μιας εκλεκτικής στρατηγικής αποβλέπει στην παραμονή του άριστου χρωμοσώματος στην επόμενη γενεά ακόμα και αν η εφαρμοζόμενες τεχνικές αναπαραγωγής απαιτήσουν την εξάλειψή του. Προσθήκη του τρέχοντος καλύτερου χρωματοσώματος στην επόμενη γενεά: Μόνο εάν δεν υπάρχει ήδη. Ούτως ή άλλως χωρίς αντικατάσταση κάποιου άλλου χρωματοσώματος (αύξηση πληθυσμού). Στη θέση ενός τυχαία επιλεγμένου παλαιού χρωματοσώματος. Στη θέση του χρωματοσώματος με τη μικρότερη απόδοση.

Παράδειγμα: Το πρόβλημα του πλανόδιου πωλητή Εύρεση της σειράς με την οποία ένας πωλητής πρέπει να περάσει από όλες τις πόλεις ενός συνόλου πόλεων και να επιστρέψει στην αρχική, ώστε να έχει το μικρότερο δυνατό κόστος, όπως αυτό εκφράζεται κάθε φορά. Αναπαράσταση με διανύσματα ακεραίων αριθμών μήκους ίσου με το πλήθος των πόλεων. Έτσι, για παράδειγμα, ένα χρωμόσωμα θα έχει τη μορφή v=i1i2…in, όπου i1, i2, ..., in  1..n και ijiκγια jk. Δημιουργία αρχικού πληθυσμού με τυχαίο τρόπο. Απλή συνάρτηση καταλληλότητας. Αναπαραγωγή: Μπορεί να προκύψουν μη-έγκυρα χρωμοσώματα! Έλεγχος των απογόνων και επιδιόρθωση των μη-έγκυρων χρωμοσωμάτων. Τροποποιημένες τεχνικές διασταύρωσης και μετάλλαξης, οι οποίες δίνουν πάντα έγκυρα χρωμοσώματα.

Εφαρμογές Εύρεση μέγιστης τιμής αριθμητικών συναρτήσεων Επεξεργασία εικόνων Συνδυαστική βελτιστοποίηση (καταμερισμός εργασιών, ωρολόγιο πρόγραμμα, πλανόδιος πωλητής κλπ) Σχεδίαση (λύση+βελτιστοποίηση+νέες ιδέες κατασκευής) Μηχανική Μάθηση (ανακάλυψη κανόνων) Ειδική κατηγορία Γ.Α.: Γενετικός προγραμματισμός Στόχος: αυτόματη κατασκευή προγραμμάτων Η/Υ

Γενετικός προγραμματισμός Αναπαράσταση Αυτόματη κατασκευή προγραμμάτων υπολογιστών. Οι υποψήφιες λύσεις είναι προγράμματα υπολογιστών. sin 𝑥 + 𝑥 2 +𝑦 ⁡

Γενετικός προγραμματισμός Διασταύρωση

Τέλος Ενότητας

Σημειώματα

Σημείωμα Αναφοράς Copyright Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Αθήνας, Κατερίνα Γεωργούλη 2014. Κατερίνα Γεωργούλη. «Τεχνητή Νοημοσύνη (Θ). Ενότητα 12: Γενετικοί Αλγόριθμοι (Genetic Algorithms)». Έκδοση: 1.0. Αθήνα 2014. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: ocp.teiath.gr.

Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Μη Εμπορική Χρήση Παρόμοια Διανομή 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό. Οι όροι χρήσης των έργων τρίτων επεξηγούνται στη διαφάνεια «Επεξήγηση όρων χρήσης έργων τρίτων». Τα έργα για τα οποία έχει ζητηθεί άδεια αναφέρονται στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου, για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό όφελος (π.χ. διαφημίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί.

Επεξήγηση όρων χρήσης έργων τρίτων Δεν επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου, παρά μόνο εάν ζητηθεί εκ νέου άδεια από το δημιουργό. © διαθέσιμο με άδεια CC-BY Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου και η δημιουργία παραγώγων αυτού με απλή αναφορά του δημιουργού. διαθέσιμο με άδεια CC-BY-SA Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού, και διάθεση του έργου ή του παράγωγου αυτού με την ίδια άδεια. διαθέσιμο με άδεια CC-BY-ND Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού. Δεν επιτρέπεται η δημιουργία παραγώγων του έργου. διαθέσιμο με άδεια CC-BY-NC Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού. Δεν επιτρέπεται η εμπορική χρήση του έργου. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού και διάθεση του έργου ή του παράγωγου αυτού με την ίδια άδεια. Δεν επιτρέπεται η εμπορική χρήση του έργου. διαθέσιμο με άδεια CC-BY-NC-SA διαθέσιμο με άδεια CC-BY-NC-ND Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού. Δεν επιτρέπεται η εμπορική χρήση του έργου και η δημιουργία παραγώγων του. διαθέσιμο με άδεια CC0 Public Domain Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου, η δημιουργία παραγώγων αυτού και η εμπορική του χρήση, χωρίς αναφορά του δημιουργού. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου, η δημιουργία παραγώγων αυτού και η εμπορική του χρήση, χωρίς αναφορά του δημιουργού. διαθέσιμο ως κοινό κτήμα χωρίς σήμανση Συνήθως δεν επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου.

Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς το Σημείωμα Αδειοδότησης τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει) μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους.

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στo πλαίσιo του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.