每人写一份20页的遗传算法综述,包括如下内容

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●每人写一份20页的遗传算法综述,包括如下内容:

–起源和发展分支

–重要人物和经典文章

–算法结构

–最新研究成果

–在自己的过去专业学科的应用以及代表性文章

●A4纸20页,小4号宋体、英文为12号Time New Roma, double space;做幻灯片PPT

遗传算法(Genetic Algorithm GA)综述

——张广网络工程05374038 遗传算法(Genetic Algorithm GA)是模拟达尔文的遗传选择和自然淘汰、适者生存的生物进化过程的计算模型,是由美国Michigan大学的J.Holland教授于1975年首先提出的,是搜索最优解的一种随机化的方法。其主要特点是群体搜索策略和群体中个体之间的信息交换,是近十多年来备受关注的一种算法。○1一,遗传算法的起源和发展分支。

遗传算法(Genetic Algorithm)是一类借鉴生物界的进化规律(适者生存,优胜劣汰遗传机制)演化而来的随机化搜索方法。它是由美国的J.Holland教授1975年首先提出,其主要特点是直接对结构对象进行操作,不存在求导和函数连续性的限定;具有内在的隐并行性和更好的全局寻优能力;采用概率化的寻优方法,能自动获取和指导优化的搜索空间,自适应地调整搜索方向,不需要确定的规则。遗传算法的这些性质,已被人们广泛地应用于组合优化、机器学习、信号处理、自适应控制和人工生命等领域。它是现代有关智能计算中的关键技术之一。

1,遗传算法与自然选择

达尔文的自然选择学说是一种被人们广泛接受的生物进化学说。这种学说认为,生物要生存下去,就必须进行生存斗争。生存斗争包括种内斗争、种间斗争以及生物跟无机环境之间的斗争三个方面。在生存斗争中,具有有利变异的个体容易存活下来,并且有更多的机会将有利变异传给后代;具有不利变异的个体就容易被淘汰,产生后代的机会也少的多。因此,凡是在生存斗争中获胜的个体都是对环境适应性比较强的。达尔文把这种在生存斗争中适者生存,不适者淘汰的过程叫做自然选择。它表明,遗传和变异是决定生物进化的内在因素。自然界中的多种生物之所以能够适应环境而得以生存进化,是和遗传和变异生命现象分不开的。正是生物的这种遗传特性,使生物界的物种能够保持相对的稳定;而生物的变异特性,使生物个体产生新的性状,以致于形成新的物种,推动了生物的进化和发展。

遗传算法是模拟达尔文的遗传选择和自然淘汰的生物进化过程的计算模型。它的思想源于生物遗传学和适者生存的自然规律,是具有“生存+检测”的迭代过程的搜索算法。遗传算法以一种群体中的所有个体为对象,并利用随机化技术指导对一个被编码的参数空间进行高效搜索。其中,选择、交叉和变异构成了遗传算法的遗传操作;参数编码、初始群体的设定、适应度函数的设计、遗传操作设计、控制参数设定五个要素组成了遗传算法的核心内容。作为一种新的全局优化搜索算法,遗传算法以其简单通用、鲁棒性强、适于并行处理以及高效、实用等显

著特点,在各个领域得到了广泛应用,取得了良好效果,并逐渐成为重要的智能算法之一。

2,遗传算法的特点

遗传算法作为一种快捷、简便、容错性强的算法,在各类结构对象的优化过程中显示出明显的优势。与传统的搜索方法相比,遗传算法具有如下特点:

搜索过程不直接作用在变量上,而是在参数集进行了编码的个体。此编码操作,使得遗传算法可直接对结构对象(集合、序列、矩阵、树、图、链和表)进行操作。

搜索过程是从一组解迭代到另一组解,采用同时处理群体中多个个体的方法,降低了陷入局部最优解的可能性,并易于并行化。

采用概率的变迁规则来指导搜索方向,而不采用确定性搜索规则。

对搜索空间没有任何特殊要求(如连通性、凸性等),只利用适应性信息,不需要导数等其它辅助信息,适应范围更广。

3,遗传算法的研究历史与现状

遗传算法研究的兴起是在80年代末和90年代初期,但它的历史起源可追溯至60年代

初期。早期的研究大多以对自然系统的计算机模拟为主。如Fraser的模拟研究,他提出了和现在的遗传算法十分相似的概念和思想。Holland和DeJong的创造性研究成果改变了早期遗传算法研究的无目标性和理论指导的缺乏。其中,Holland于1975年出版的著名著作<<自然系统和人工系统的适配>>系统地阐述了遗传算法的基本理论和方法,并提出了对遗传算法的理论研究和发展极为重要的模式理论。这一理论首次确认了结构重组遗传操作对于获得隐并行性的重要性。

同年,DeJong的重要论文<<遗传自适应系统到的行为分析>>将Holland的模式理论与他的计算实验结合起来,并提出了诸如代沟等新的遗传操作技术。可以认为,DeJong所作的研究工作是遗传算法发展过程中的一个里程碑。

进入80年代,遗传算法迎来了兴盛发展时期,无论是理论研究还是应用研究都成了十分热门的课题。尤其是遗传算法的应用领域也不断扩大。

目前遗传算法所涉及的主要领域有自动控制、规划设计、组合优化、图象处理、信号处理、人工生命等。可见,遗传算法的应用研究已从初期的组合优化求解拓展到了许多更新。更工程化的应用方面。○2

4,遗传算法的分支和研究热点○4

·收敛性证明

·新型高效的遗传算子设计

·遗传算法与局部优化算法的结合

·遗传算法在各领域的应用研究

·软计算与计算智能中的遗传算法

二,重要人物和经典文章

当前科学技术正进入多学科互相交叉、互相渗透、互相影响的时代,生命科学与工程科学的交叉、渗透和相互促进是其中一个典型例子,也是近代科学技术发展的一个显著特点。遗传算法的蓬勃发展正体现了科学发展的这一特点和趋势。制造机器智能一直是人类的梦想,人们为此付出了巨大的努力。人工智能技术的出现,就是人们得到的成果。但是,近年来,随着人工智能应用领域的不断拓广,

传统的基于符号处理机制的人工智能方法在知识表示、处理模式信息及解决组合爆炸等方面所碰到的问题已变得越来越突出,这些困难甚至使某些学者对强人工智能提出了强烈批判,对人工智能的可能性提出了质疑。

众所周知,在人工智能领域中,有不少问题需要在复杂而庞大的搜索空间中寻找最优解或准优解。像货朗担问题和规划问题等组合优化问题就是典型的例子。在求解此类问题时,若不能利用问题的固有知识来缩小搜索空间则会产生搜索的组合爆炸。因此,研究能在搜索过程中自动获得和积累有关搜索空间的知识,并能自适应地控制搜索过程,从而得到最优解或准有解的通用搜索算法一直是令人瞩目的课题。遗传算法就是在这种背景下产生并经实践证明特别有效的算法。

遗传算法(Genetic Algorithm, GA)是近年来迅速发展起来的一种全新的随机搜索与优化算法,其基本思想是基于Darw in的进化论和Mendel的遗传学说。该算法由密执安大学教授Holland及其学生于1975年创建。此后,遗传算法的研究引起了国内外学者的关注。自1985年以来.国际上已召开了多次遗传算法的学术会议和研讨会.国际遗传算法学会组织召开的

ICGA( International Conference on Genetic Algorithms)会议和FOGA( Workshop on Foundation of Genetic Algorithms)会议。为研究和应用遗传算法提供了国际交流的机会。

作为一种通用的问题求解方法,遗传算法采用简单的编码技术来表示各种复杂的结构并通过对一组编码表示进行简单的遗传操作和优胜劣汰的自然选择来指导学习和确定搜索的方向。

近年来,遗传算法已被成功地应用于下业、经济答理、交通运输、工业设计等不同领域.解决了许多问题。例如,可靠性优化、流水车间调度、作业车间调度、机器调度、设备布局设计、图像处理以及数据挖掘等。本文将从遗传算法的理论和技术两方而概述目前的研究现状。描述遗传算法的主要特点、基木原理以及各种改进算法,介绍遗传算法的程序设计。

遗传程序设计是借鉴生物界的自然选择和遗传机制,在遗传算法的基础上发展起来的搜索算法,它己成为进化计算的一个新分支。在标准的遗传算法中,由定长字符串(问题的可行解)组成的群体借助于复制、交叉、变异等遗传操作不断进化找到问题的最优解或次优解。遗传程序设计运用遗传算法的思想,常采用树的结构来表示计算机程序,从而解决问题。对于许多问题,包括人工智能和机器学习上的问题都可看作是需要发现一个计算机程序,即对特定输入产生特定输出的程序,形式化为程序归纳,那么遗传程序设计提供了实现程序归纳的方法。

把遗传算法和计算机程序结合起来的思想出现在遗传算法中,Holland把产生式语言和遗传算法结合起来实现分类系统,还有一些遗传算法应用领域的研究者将类似于遗传算法的遗传操作施加于树结构的程序上。

近年来,遗传程序设计运用遗传算法的思想自动生成计算机程序解决了许多问题,如预测、分类、符号回归和图像处理等,作为一种新技术它己经与遗传算法并驾齐驱。1996年,举行了第1次遗传程序设计国际会议,该领域己引起越来越多的相关学者们的兴趣。

1967年,Holland的学生J.D.Bagley在博士论文中首次提出“遗传算法(Genetic Algorithms)”一词。此后,Holland指导学生完成了多篇有关遗传算法研究的论文。1971年,R.B.Hollstien在他的博士论文中首次把遗传算法用于函数优化。1975年是遗传算法研究历史上十分重要的一年。这一年Holland 出版了他的著名专著《自然系统和人工系统的自适应》