如何确定基因组的特征？

Question

在人工智能中，是否有任何简单和/或非常直观的例子来说明如何将基因组应用到模拟中？

基本上，我正在做一个简单的演练（不是教程，而是总结性质的东西），它详细介绍了如何实现一个基因组，该基因组在总结中改变了“个体”的特征。

这些基因不会是这样的东西：

• 质量、
• 强度
• 、长度
• 等。

相反，它们应该是定义上述东西，从基因组的实际特征中抽象出基因组。模拟的居民。

我足够清楚自己想要什么吗？

无论如何，如果有任何你尝试过的方法那就更好了，并且以 的形式实现进化这些性游泳者，那么无论如何，请继续发布它！灵感越有趣越好:)

Answer 1

如果您自己实现“个体”，那么任何对象都可以充当您的基因组。

特征

进一步简化此过程的一种方法是将特征转换为枚举。通过这种方式，您可以通过选择特征来对父母的基因进行简单的重组，并通过随机选择特征的枚举值之一来进行基因的突变。

一旦它起作用，您就可以对值范围进行更细致的了解，但是使用枚举可以帮助我首先让事情变得清晰。

健身

然后，为了赋予这些特征，您需要一个描述表现的健身函数。特征之间的关系取决于您，因此您可以用任何有意义的方式对其进行描述。这只是提供了一种比较两个基因组的一致方法。

模拟

然后，要运行模拟，只需从几个父母开始，并生成一堆孩子来相互完成。这当然可以自动化，但为了清楚起见，这里有一个明确的示例。

Java 示例

import java.util.PriorityQueue;

class Genome implements Comparable<Genome> {

    public enum Mass {
        LIGHT(1),
        AVERAGE(2),
        HEAVY(3);

        final Integer value;
        Mass(Integer value) {
            this.value = value;
        }
    }

    public enum Strength {
        WEAK(1),
        AVERAGE(2),
        STRONG(3);

        final Integer value;
        Strength(Integer value) {
            this.value = value;
        }

    }

    public enum Length {
        SHORT(1),
        AVERAGE(2),
        LONG(3);

        final Integer value;
        Length(Integer value) {
            this.value = value;
        }
    }

    private final Mass mass;
    private final Strength strength;
    private final Length length;

    public Genome(Mass mass, Strength strength, Length length) {

            this.mass = mass;
            this.strength = strength;
            this.length = length;
    }

    private Integer fitness() {

        return strength.value * length.value - mass.value * mass.value;
    }

    @Override public int compareTo(Genome that) {

        // notice the fitter is less in precedence
        if(this.fitness() > that.fitness())
            return -1;
        else if(this.fitness() < that.fitness())
            return 1;
        else // this.fitness() == that.fitness()
            return 0;
    }

    public static Genome recombine(Genome... parents) {

        if(parents.length < 1)
            return null;

        // Select parents randomly and then characteristics from them
        Mass mass = parents[(int)(Math.random() * parents.length)].mass;
        Strength strength = parents[(int)(Math.random() * parents.length)].strength;
        Length length = parents[(int)(Math.random() * parents.length)].length;;

        return new Genome(mass, strength, length);
    }

    public static Genome mutate(Genome parent) {

        // Select characteristics randomly
        Mass mass = Mass.values()[(int)(Math.random() * Mass.values().length)];
        Strength strength = Strength.values()[(int)(Math.random() * Strength.values().length)];
        Length length = Length.values()[(int)(Math.random() * Length.values().length)];

        return new Genome(mass, strength, length);
    }

    public static void main() {

        PriorityQueue<Genome> population = new PriorityQueue<Genome>();

        Genome parent1 = new Genome(Mass.LIGHT, Strength.STRONG, Length.SHORT);
        Genome parent2 = new Genome(Mass.AVERAGE, Strength.AVERAGE, Length.AVERAGE);
        Genome parent3 = new Genome(Mass.HEAVY, Strength.WEAK, Length.LONG);

        population.add(parent1);
        population.add(parent2);
        population.add(parent3);

        Genome child1 = Genome.recombine(parent1, parent2);
        Genome child2 = Genome.recombine(parent1, parent2);
        Genome child3 = Genome.recombine(parent1, parent3);
        Genome child4 = Genome.recombine(parent1, parent3);
        Genome child5 = Genome.recombine(parent2, parent3);
        Genome child6 = Genome.recombine(parent2, parent3);
        Genome child7 = Genome.recombine(parent1, parent2, parent3);
        Genome child8 = Genome.recombine(parent1, parent2, parent3);
        Genome child9 = Genome.recombine(parent1, parent2, parent3);

        child1 = Genome.mutate(child1);
        child2 = Genome.mutate(child2);
        child4 = Genome.mutate(child4);
        child8 = Genome.mutate(child8);

        population.add(child1);
        population.add(child2);
        population.add(child3);
        population.add(child4);
        population.add(child5);
        population.add(child6);
        population.add(child7);
        population.add(child8);
        population.add(child9);

        // and the winner is...
        Genome fittest = population.peek();
    }
}

编码

因为听起来您想要将特征编码到序列中，该序列具有序列中明确的一些特征以及从这些特征派生的其他特征。

您可以将您的值范围（如上面的枚举）编码为一个整数，其中的块表示您的显式特征。

例如，如果您有两个显式特征，每个特征有四个可能值，则可以将集合编码为 00XX + XX00 形式的整数。例如，0111 可能对应于质量 01 和长度 11。这样做的目的是让您通过更改序列本身内的位来进行变异。

Java 示例

import java.util.PriorityQueue;

class Genome implements Comparable<Genome> {

    private final Integer sequence;

    private static final Integer bitmaskChunk = 3; // ...0011

    private static final Integer shiftMass = 0; // ...00XX
    private static final Integer shiftLength = 2; // ...XX00

    private static final Integer shiftModulus = 4; // ...0000

    private Integer getMass() {

        return (sequence >>> shiftMass) & bitmaskChunk;
    }

    private  Integer getLength() {

        return (sequence >>> shiftLength) & bitmaskChunk;
    }

    public Integer getStrength() {

        return getMass() * getLength();
    }

    public Genome(Integer sequence) {

        this.sequence = sequence % (1 << Genome.shiftModulus);
    }

    private Integer fitness() {

        // Some performance measure
        return getStrength() * getLength() - getMass() * getMass();
    }

    @Override public int compareTo(Genome that) {

        // notice the fitter is less in precedence
        if(this.fitness() > that.fitness())
            return -1;
        else if(this.fitness() < that.fitness())
            return 1;
        else // this.fitness() == that.fitness()
            return 0;
    }

    public static Genome recombine(Genome... parents) {

        if(parents.length < 1)
            return null;

        Integer sequence = 0;

        // Select parents randomly and then characteristics from them
        sequence += parents[(int)(Math.random() * parents.length)].getMass() << Genome.shiftMass;
        sequence += parents[(int)(Math.random() * parents.length)].getLength() << Genome.shiftLength;

        return new Genome(sequence);
    }

    public static Genome mutate(Genome parent) {

        Integer sequence = parent.sequence;

        // Randomly change sequence in some way
        sequence *= (int)(Math.random() * (1 << Genome.shiftModulus));

        return new Genome(sequence);
    }

    public static void main() {

        PriorityQueue<Genome> population = new PriorityQueue<Genome>();

        Genome parent1 = new Genome((int)(Math.random() * (1 << Genome.shiftModulus)));
        Genome parent2 = new Genome((int)(Math.random() * (1 << Genome.shiftModulus)));
        Genome parent3 = new Genome((int)(Math.random() * (1 << Genome.shiftModulus)));

        population.add(parent1);
        population.add(parent2);
        population.add(parent3);

        Genome child1 = Genome.recombine(parent1, parent2);
        Genome child2 = Genome.recombine(parent1, parent2);
        Genome child3 = Genome.recombine(parent1, parent3);
        Genome child4 = Genome.recombine(parent1, parent3);
        Genome child5 = Genome.recombine(parent2, parent3);
        Genome child6 = Genome.recombine(parent2, parent3);
        Genome child7 = Genome.recombine(parent1, parent2, parent3);
        Genome child8 = Genome.recombine(parent1, parent2, parent3);
        Genome child9 = Genome.recombine(parent1, parent2, parent3);

        child1 = Genome.mutate(child1);
        child2 = Genome.mutate(child2);
        child4 = Genome.mutate(child4);
        child8 = Genome.mutate(child8);

        population.add(child1);
        population.add(child2);
        population.add(child3);
        population.add(child4);
        population.add(child5);
        population.add(child6);
        population.add(child7);
        population.add(child8);
        population.add(child9);

        // and the winner is...
        Genome fittest = population.peek();
    }
}

我希望这就是您正在寻找的内容。祝你好运。