Плоидность
Материал из MachineLearning.
м (→Соотношение понятия с естественной генетикой) |
|||
| Строка 12: | Строка 12: | ||
=== Гипотезы === | === Гипотезы === | ||
# Полиплоидность увеличивает информационную “ёмкость” популяции, позволяя обходиться меньшим размером популяции; | # Полиплоидность увеличивает информационную “ёмкость” популяции, позволяя обходиться меньшим размером популяции; | ||
| - | # Полиплоидность позволяет накопить пул мутаций, которые сделают популяцию менее подверженной “скатыванию в локальный экстремум” | + | # Полиплоидность позволяет накопить пул мутаций, которые сделают популяцию менее подверженной “скатыванию в локальный экстремум”; |
# Полиплоидность ускоряет поиск, разбивая гены на стабильные (доминантные) и на нестабильные (рецессивные). | # Полиплоидность ускоряет поиск, разбивая гены на стабильные (доминантные) и на нестабильные (рецессивные). | ||
| + | |||
| + | == Введение n-плоидности в генетический алгоритм == | ||
| + | # Хранение: Каждая особь популяции владеет n-кратным набором генов (или цепочками ДНК, или n набором хромосом); | ||
| + | # Скрещивание: Из популяции каким-либо образом выбираются будущие родители. От каждой родительской особи, путём [[классический генетический алгоритм|кроссинговера]] родительских наборов генов, получаем новый набор генов будущего потомка. Наборы генов потомка собираются в новой особи, которая объявляется потомком; | ||
| + | # Экспрессия: Фенотип особи определяется согласно всем наборам генов, из которых эта особь состоит. | ||
| + | |||
| + | Рассмотрим эти три пункта поподробнее: | ||
| + | |||
| + | # ''Хранение: Каждая особь популяции владеет n-кратным набором генов (или цепочками ДНК, или n набором хромосом)'' | ||
| + | : Число n обычно равно двум. Не ясно, имеет ли смысл его брать больше этого значения. В природе оно почти всегда есть 2. Кроме самих генов, необходимо также хранить информацию о доминантности/рецессивности для каждого гена из каждого набора генов, что обычно даёт 2n-кратный рост памяти, занимаемой особью по сравнению с гаплоидной версией. ''Информация о доминантности сцеплена с геном.'' Она, также как и гены, подвергается мутациям и перемешивается в процессе кроссинговера. Без этой информации полиплоидность, возможно, бессмысленна. | ||
| + | |||
| + | # ''Скрещивание: Из популяции каким-либо образом выбираются будущие родители. От каждой родительской особи, путём [[классический генетический алгоритм|кроссинговера]] родительских наборов генов, получаем новый набор генов будущего потомка. Наборы генов потомка собираются в новой особи, которая объявляется потомком'' | ||
| + | : Число родителей имеет смысл брать равным величине плоидности. Т.к. в этом случае родители фактически друг с другом не взаимодействуют, лишь поставляя гаметы (гаплоидные половые клетки) своему потомку. В отличии от [[классический генетический алгоритм|классического генетического алгоритма]], здесь [[классический генетический алгоритм|кроссинговер]] происходит внутри родительских особях, а не между ними. Это может быть дополнительным подспорьем в распараллеливании при реализации алгоритма. | ||
| + | |||
| + | # ''Экспрессия: Фенотип особи определяется согласно всем наборам генов, из которых эта особь состоит'' | ||
| + | : qwe | ||
| + | |||
| + | |||
=== Источники информации === | === Источники информации === | ||
Версия 23:12, 5 февраля 2011
Пло́идность (полиплоидность, n-плоидность) – число самодостаточных наборов генов в каждой особи популяции генетического алгоритма. Плоидность является дальнейшим усовершенствованием классического генетического алгоритма (в котором все особи гаплоидны, то есть несут в себе одиночный набор генов), которое, возможно, улучшает его поисковые способности.
Содержание |
Соотношение понятия "плоидность" с естественной генетикой
Понятие плоидности, как и сам генетический алгоритм, пришло из биологии и теории эволюции. В норме у большинства организмов, для которых известен половой процесс, в жизненном цикле происходит правильное чередование гаплоидной и диплоидной фаз, т.е. фаз, во время которых организм имеет одиночный и двойной набор хромосом.
Родительские половые клетки являются гаплоидными. При слиянии они образуют диплоидную клетку – потомка. Совместная экспрессия генов в цепочках ДНК каждого из родителей влияет на фенотип. Но очень часто каждый из параллельных генов в цепочках может доминировать (либо быть затенённым, то есть быть рецессивным) по отношению к другому гену. Тем самым влиять либо нет на финальный фенотип. Механизмы доминантности/рецессивности генов очень разнообразны и до сих пор плохо изучены.
В природе практически все более или менее сложные формы организмов большую часть своего времени проводят в диплоидной форме. Зачем такое усложнение – точно не ясно. Уверенность есть лишь в том, что это даёт какое-то эволюционное преимущество, ведь намного легче хранить в каждой клетке одинарный набор генов.
Гипотезы
- Полиплоидность увеличивает информационную “ёмкость” популяции, позволяя обходиться меньшим размером популяции;
- Полиплоидность позволяет накопить пул мутаций, которые сделают популяцию менее подверженной “скатыванию в локальный экстремум”;
- Полиплоидность ускоряет поиск, разбивая гены на стабильные (доминантные) и на нестабильные (рецессивные).
Введение n-плоидности в генетический алгоритм
- Хранение: Каждая особь популяции владеет n-кратным набором генов (или цепочками ДНК, или n набором хромосом);
- Скрещивание: Из популяции каким-либо образом выбираются будущие родители. От каждой родительской особи, путём кроссинговера родительских наборов генов, получаем новый набор генов будущего потомка. Наборы генов потомка собираются в новой особи, которая объявляется потомком;
- Экспрессия: Фенотип особи определяется согласно всем наборам генов, из которых эта особь состоит.
Рассмотрим эти три пункта поподробнее:
- Хранение: Каждая особь популяции владеет n-кратным набором генов (или цепочками ДНК, или n набором хромосом)
- Число n обычно равно двум. Не ясно, имеет ли смысл его брать больше этого значения. В природе оно почти всегда есть 2. Кроме самих генов, необходимо также хранить информацию о доминантности/рецессивности для каждого гена из каждого набора генов, что обычно даёт 2n-кратный рост памяти, занимаемой особью по сравнению с гаплоидной версией. Информация о доминантности сцеплена с геном. Она, также как и гены, подвергается мутациям и перемешивается в процессе кроссинговера. Без этой информации полиплоидность, возможно, бессмысленна.
- Скрещивание: Из популяции каким-либо образом выбираются будущие родители. От каждой родительской особи, путём кроссинговера родительских наборов генов, получаем новый набор генов будущего потомка. Наборы генов потомка собираются в новой особи, которая объявляется потомком
- Число родителей имеет смысл брать равным величине плоидности. Т.к. в этом случае родители фактически друг с другом не взаимодействуют, лишь поставляя гаметы (гаплоидные половые клетки) своему потомку. В отличии от классического генетического алгоритма, здесь кроссинговер происходит внутри родительских особях, а не между ними. Это может быть дополнительным подспорьем в распараллеливании при реализации алгоритма.
- Экспрессия: Фенотип особи определяется согласно всем наборам генов, из которых эта особь состоит
- qwe
Источники информации
- Статья "Плоидность" в Википедии
- Демон Дарвина... -- Отлично рассмотрен с точки зрения математики накопительный эффект от рецессивности (см. выше "плоидность");
- Г. К. Вороновский и др., Генетические алгоритмы, искусственные нейронные сети и проблемы виртуальной реальности -- пример положительного эффекта диплоидности на качество схождения ГА в глобальном экстремуме.
