当进化论遇到算法，能够用来做甚么？

火腿歪歪

大家都知道动物和植物的进化
但你知道
工程师也能够利用这类天然进程
来创造货色吗？
植物和动物在艰巨繁杂的环境中
需求不停进化来顺应
正所谓物竞天择，适者生存
长时间以来，生物学家始终在钻研进化是如何运作的，而数学家和计算机迷信家与生物学家协作，创立了能够改进设计的计算机顺序，来帮忙工程师创造货色——这被称为进化优化算法，它们能够用来设计更快的飞机、更坚硬的桥梁，乃至更好的游戏。
究竟甚么是进化？
进化是咱们用来形容动物和植物在很长一段时间内如何变动的词。
好比，一个孩子会有点像他的父母。或许孩子和母亲有同样的头发色彩，和父亲同样高。这类类似性在代际之间的传递被称为遗传。
孩子和父母之间也会有纤细的差别，多是更大的鼻子或者更好的视力。这些差别被称为渐变。


在天然界中，巨大的渐变可能象征着动动物的生与死之间的差别。例如，假如两匹斑马正在押离一只正在寻觅午饭的狮子，那末跑得最快的将是逃脱并幸存上去的那只。幸存的斑马将可以生下昆裔，可能会承继父母的奔驰速度。疾速斑马宝宝也更有可能生存并本人生孩子，因此跟着时间的推移，斑马种群将成为疾速奔驰者。这个进程就是天然选择。
物种进化是为了在他们的环境中生存，这是遗传、渐变和天然选择的结合。
生物以惊人的形式进化，做着不成思议的事件——从能够改动色彩以回避捕食者的飞蛾到能够经过皮肤喝水的蜥蜴。
那末，咱们能否利用这些来自卑天然的设法来发明创造？
进化优化算法
对于这个问题，有几位计算机迷信家提出了进化优化算法的设法。
在1950年到1960年之间，进化优化算法可用于各种事件，例如设计飞机，在视频游戏中构建关卡，乃至创作艺术。
当初，让咱们想象咱们正在尝试设计一座桥：


首先，咱们需求设定一个指标。例如咱们但愿桥梁尽量多地接受重量。一旦肯定了指标，咱们就能对比两种桥梁设计——哪一个是能承载最重的阿谁，哪一个就更好。
下一步是创立一些起始桥接设计。这能够用计算机随机实现，或者咱们能够花一些时间本人设计它们。经过在计算机上运转仿真，咱们能够预测每个桥梁设计能够接受多少重量。利用这些信息，咱们能够按照设计的品质对设计进行排序。


一旦咱们知道哪些设计能够接受最大的重量，咱们就能选择他们作为“父母”——相似于天然界中的状况，还记得吗？只要最快的斑马能力生孩子。
固然，桥梁实际上不成能有“孩子”，但迷信家能够编写计算机顺序，可以将两种好的设计结合起来，发生一个新的“孩子”设计，同享“父母”单方的特点。


不停使用承继和渐变生成新的设计，而后对这些新设计进行仿真，肯定哪些设计最佳，而后反复该进程。一切这些都是由计算机自动实现的。在很长一段时间内，多是几周或几个月，就可以找到愈来愈好的桥梁设计。
进化优化算法的优缺陷
当咱们需求设计新的货色而且不知道从哪里开始时，进化优化算法十分有用。
但是，进化优化算法存在随机性，这类随机性致使一些工程师不信赖进化优化算法，随机性还象征着设计人员需求屡次运转进化优化算法，以确保他们获取最好设计。重复运转进化优化算法可能需求很长期，乃至比教训丰硕的工程师坐上去本人设计一些货色所需的时间还要长。


在某些状况下，进化优化算法会挣扎。例如通常要斟酌的指标不止一个，添加更多指标象征着进化优化算法需求更长的时间能力找到解决计划。
进化优化算法需求破费数小时来“进化”出好的设计，而工程师只需破费几秒钟就可以意想到仿真是过错的，当这类状况产生时，迷信家和工程师需求修复过错。因此，虽然进化优化算法是有用的工具，但它们永久不会取代人类设计师。
责编：咕噜