遺傳算法與蛋白質摺疊

1、遺傳算法概述

1950s,將進化原理應用於計算機科學的初步努力。

50年代末到60年代初,Holland應用模擬遺傳算子研究適應性。

1967年,Bagley的論文中首次提出了遺傳算法這一術語。

1975年,Holland的經典著作《自然和人工系統中的適應性》出版,系

統闡述了遺傳算法的基本理論和方法。

1975年,DeJong的博士論文《遺傳自適應系統的行為分析》,將Holland

的模式理論與他的計算試驗結合起來。

1983年,Holland的學生Goldberg將遺傳算法應用於 管道煤氣系統的優

取得了很好的效果。生物與演化

2、生物的演化

經由生殖所傳遞的遺傳現象。圖可知,在古代的長頸鹿脖子是長短不一的,而經由交配,過度繁殖而導致的生存競爭,以及天擇.因而導致最後只有長頸的長頸鹿在競爭中生存下來。

3、演化的機制與過程

遺傳變異
交配:由親代的基因行減數分裂產生配子精子、卵子),經授精作用,親代的基因經由精子與卵子而遺傳給子代。各個體間完全以隨機的方式結合。

突變:

基因產生變異而影響到生物的遺傳性狀,這樣的變異稱為突變.任何基因都可能發生突變,但突變並不常發生,且通常對生物個體是有害的。

 

天擇:


產生變異:產生變異的因素,是突變及遺傳物質在組合。遺傳物質在組合是指生物經由有性生殖使遺傳


過度繁殖:因生物的生殖潛力而使族群不斷增加。


生存競爭:當族群變大後,面臨到食物、空間及其他資源的限制,因而發生生存競爭,有時會經遺傳特殊化來完成適應作用。


適者生存:在同種的生物競爭後,只有適應環境特質的個體存活下來也就是使某些基因型繼續生殖,在族群中的比例增加使另一些基因型遭到淘汰而失去一些變異,這就是天擇的結果。

、演化與程式

交配:有兩個方法


任選兩個基因,以相同比例重組。
/1,0,0,1,-1 -1,1,0,1/ /1,0,0,1,-1, 0,1,0,-1/ 
產生子代
/1,0,0,1,-1 0,1,0,-1/ /1,0,0,1,-1, -1,1,0,1/  
共產生M個子代
隨機選取兩個基因,以不同比例重組。
/1,0 0,1,-1,0 1,0,-1/ /1,0, -1,1,0,0, 1,0,-1/ 
產生子代
/-1,0 -1,1,0,0 1,0,1/ /-1,0, 0,1,-1,0, 1,0,1/ 
共產生N個子代
突變:隨機單一個基因產生突變。
/1,0,0,1,-1,-1,1,0,1/
↓產生新的基因
/1,0,0,1,0 ,-1,1,0,1/
最後得到P個子代
天擇:因為過度繁殖,產生L+M+N+P個基因
最後選取最穩定的L個基因

5、步驟

    step1:隨機產生L個基因,做為基因庫,並畫在螢幕上

    step2:從產生的基因庫中,隨機挑選2個基因交配

    step3產生個子代

    step4(親代)+N(子代)選取個最穩定的基因留下

 

、遺傳算法的應用

  應用領域

     控制:煤氣管道控制,防避導彈控制,機器人控制

     規劃:生產規劃

     圖像處理:模式識別,特徵抽取信號處理濾波器設計

     機器人:路徑規劃

     人工生命:生命的遺傳,蛋白質摺疊

 

、結論

  遺傳演算法是同時由很多個點(解)出發去求解,藉著這些解的互相競爭,好的解被留下來且可以經重組作用產生後代,壞的解則被淘汰,藉著這樣類似自然界的一代一代的演化過程後,我們可以找到接近最佳解,或甚至就是最佳的解。 

 


學生:朱祐苓 指導老師:鄒忠毅

跟新日期:2005/10

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