84. Генетическое программирование. Особенности реализации генетического программирования. Практические примеры построения систем управления с использованием генетических алгоритмов.

В искусственном интеллекте генетическое программирование (ГП) — автоматическое создание или изменение программ с помощью генетических алгоритмов. С помощью этой методологии «выращиваются» программы всё лучше и лучше (в соответствии с определенной функцией приспособленности для хромосом), решающие полученную компьютерную задачу.

Кодирование алгоритма

Выбор способа кодирования программы в генетическом алгоритме — один из основных вопросов генетического программирования. Программа должна быть закодирована в таком виде, чтобы легко было автоматически вносить случайные изменения (оператор мутации) и объединять два алгоритма в один (оператор скрещивания).

Способы кодирования можно разделить на два класса:

• Прямое кодирование — генетический алгоритм работает с программой в явном виде.

• Косвенное кодирование — генетический алгоритм работает не с самим кодом программы, а с правилами его построения. То есть генетический алгоритм работает с программой, которая генерирует нужную нам программу.

Древовидное

Функция, представленная в древовидной форме

В древовидном кодировании каждый узел дерева содержит функцию, а каждый лист — операнд. Выражения, представленное в виде дерева может быть легко рекурсивно посчитано. Традиционное ГП легче использовать для выращивания программ, написанных на языках, естественным образом воплощающих древовидную структуру. Имеются в виду Lisp, Haskell, F# и другие функциональные языки программирования.

Недревовидные представления программ также были предложены и успешно реализованы, например линейное генетическое программирование, подходящее для традиционных императивных языков.

Оператор скрещивания

Оператор скрещивания для древовидного представления программ

В древовидном представлении оператор скрещивания реализуется обменом между двумя деревьями какими-либо узлами вместе с их потомками (поддеревьями).

Пример:

individual.Children[randomChildIndex] = otherIndividual.Children[randomChildIndex];

Оператор мутации

Оператор мутации в отличие от оператора скрещивания затрагивает только одну хромосому. В древовидном представлении он может быль реализован изменением информации в узле или добавлением, удалением узла или целого поддерева. При этом, конечно, надо следить за корректностью результатов оператора.

Пример:

individual.Information = randomInformation();

или

individual = generateNewIndividual();

[править]

Метагенетическое программирование

Метагенетическое программирование — это ГП, в котором изменяется и, тем самым, «выращивается» не только заданная компьютерная программа, но и сами применяемые операторы скрещивания и мутации.