Γεια σας παιδιά!

Οι έννοιες της "εξέλιξης" και της "προσαρμογής" είναι πανταχού παρούσες στα Πολύπλοκα Συστήματα.

Όπως θα δούμε σε επόμενες ενότητες, οι μηχανισμοί της Δαρβινικής φυσικής επιλογής

σχετίζονται όχι μόνο με βιολογικούς οργανισμούς,

αλλά αποδεικνύονται και βασικοί μηχανισμοί, τόσο για τα κοινωνικά όσο και για τα τεχνολογικά συστήματα.

Οι επιστήμονες των υπολογιστών έχουν ενδιαφερθεί να προσομοιώσουν τη Βιολογία,

από τότε που υπάρχουν οι υπολογιστές.

Στη ενότητα αυτή, θα περιγράψω μία προσέγγιση στην συνδεόμενη-με-τη-Βιολογία χρήση των υπολογιστών.

που λέγεται "γενετικοί αλγόριθμοι".

Οι αλγόριθμοι αυτοί αναπτύχθηκαν αρχικά, σαν ένας τρόπος μοντελοποίησης της εξέλιξης

και της προσαρμογής σε διάφορες επιστήμες, αλλά επίσης αποδείχτηκαν

πολύ επιτυχημένοι ως μέθοδοι τεχνητής νοημοσύνης,

ως ένας τρόπος δηλαδή να εξελίσσουμε προγράμματα και άλλα υπολογιστικά αντικείμενα,

χωρίς να χρειάζεται να τα κατασκευάζουμε οι ίδιοι.

Πολλές φορές, τα αποτελέσματα αυτών των αλγορίθμων είναι πολύ εντυπωσιακά.

Δίνουν πράγματα που κανένας άνθρωπος δεν θα τα είχε σκεφτεί.

Και καμιά φορά, οι λύσεις που δίνουν

είναι πιο επιτυχημένες από τις λύσεις που σχεδιάζουν οι άνθρωποι.

Σε αυτήν την ενότητα θα ασχοληθώ με το πώς δουλεύουν οι γενετικοί αλγόριθμοι,

και με το πώς έχουν χρησιμοποιηθεί στον αληθινό κόσμο.

Ας ξεκινήσουμε με το να δώσουμε τις βασικές αρχές της εξέλιξης μέσω φυσικής επιλογής.

Κατ' αρχήν, οι οργανισμοί κληρονομούν χαρακτηριστικά από τους γονείς τους.

Τα χαρακτηριστικά αυτά κληρονομούνται με κάποιες αλλαγές,

μέσω της μετάλλαξης, του σεξουαλικοιύ ανασυνδυασμού, και άλλων μηχανισμών που προκαλούν μεταβολές.

Αλλά, λόγω του ανταγωνισμού για τους περιορισμένους πόρους, εκείνοι οι οργανισμοί

που προσαρμόζονται καλύτερα στο περιβάλλον τους, τείνουν να παράγουν τους περισσότερους απογόνους.

Αυτή ήταν η θέση του Δαρβίνου πάνω στην ιδέα της φυσικής επιλογής.

Η επιλογή οφείλεται στον ανταγωνισμό.

Με τον τρόπο αυτό, εκείνα τα κληρονομικά χαρακτηριστικά που παράγουν προσαρμόσιμα άτομα, εξαπλώνονται μέσα στον πληθυσμό.

Αρκετά νωρίς, κάποιοι επιστήμονες των υπολογιστών που εμπνέονταν από τη Βιολογία,

είδαν ότι όλο αυτό μπορούσε να συμβαίνει όχι μόνο στη Φύση,

αλλά επίσης και μέσα στους υπολογιστές, όπου οι "υπολογιστικοί οργανισμοί",

όπως τα προγράμματα, θα μπορούσαν να παίξουν το ρόλο των αληθινών, βιολογικών οργανισμών,

και να εξελίσσονται μέσω της Δαρβινικής εξέλιξης.

Ένας από τους πρώτους ανθρώπους που ανέπτυξαν αυτήν την ιδέα με κάθε λεπτομέρεια,

ήταν ένας επιστήμονας των υπολογιστών, ο John Holland,

ο οποίος, στο Πανεπιστήμιο του Μίτσιγκαν στις δεκαετίες του 1960 και του 1970,

ανέπτυξε την ιδέα των γενετικών αλγορίθμων, επίσης γνωστών και ως GA's (Genetic Algorithms).

Ο Holland εισήγαγε την έννοια των GA's στο βιβλίο του:

"Η Προσαρμογή στα Φυσικά και Τεχνητά Συστήματα", που δημοσιεύτηκε το 1975.

Αυτό το βιβλίο παρουσίαζε ένα μαθηματικό πλαίσιο για την κατανόηση

της προσαρμογής με έναν πολύ γενικό τρόπο, έναν τρόπο που εκτεινόταν πέρα από

τα όρια της βιολογικής προσαρμογής και συμπεριελάμβανε την κοινωνική, την τεχνολογική και

την τεχνητή προσαρμογή σε υπολογιστές.

Αυτή η τελευταία πτυχή οδήγησε στην ανάπτυξη των γενετικών αλγορίθμων και στην μετέπειτα

εφαρμογή τους σε πολλά προβλήματα του πραγματικού κόσμου.

Να μερικά παραδείγματα της χρήσης των γενετικών αλγορίθμων στον πραγματικό κόσμο.

Αυτά δίνονται απλά για να έχετε μία αίσθηση της ποικιλίας των εφαρμογών.

Οι GA's έχουν χρησιμοποιηθεί για την σχεδιάση τμημάτων των αεροσκαφών, από την General Electric και την Boeing.

Έχουν επίσης χρησιμοποιηθεί από τη NASA για να σχεδιαστούν κεραίες για τα διαστημικά σκάφη.

Οι John Deree & Company έχουν χρησιμοποιήσει γενετικούς αλγορίθμους για να βελτιστοποιήσουν

τον προγραμματισμό των γραμμών συναρμολόγησης.

Έχουν επίσης χρησιμοποιηθεί από πολλές εταιρείες για να βοηθήσουν στην αυτόματη ανίχνευση φαρμακευτικών ουσιών.

Οι GA's έχουν χρησιμοποιηθεί για τον εντοπισμό τυχόν απάτης

σε χρηματικές συναλλαγές και σε εμπορικές δοσοληψίες.

Έχουν χρησιμοποιηθεί για την ανάπτυξη προγραμμάτων αυτοματοποιημένης ανάλυσης

εικόνων από δορυφόρους, στο Los Alamos,

και έχουν επίσης χρησιμοποιηθεί για να δημιουργήσουν

ρεαλιστικά σχέδια από υπολογιστή σε πολλές κινηματογραφικές ταινίες,

όπως είναι "Ο Άρχοντας των Δακτυλιδιών" και η "Τροία".