Методы решения нестационарных задач

Методы, Применяемые для оптимизации нестационарных функций при помощи генетического алгоритма, условно можно разделить на несколько классов:

• § методы увеличения генетического разнообразия при изменении среды,
• § методы постоянного поддержания генетического разнообразия,
• § методы, использующие дополнительную память,
• § методы, использующие дополнительные популяции.

В этой работе, в основном, рассматривались методы, использующие дополнительную память. Использование памяти может быть явным и неявным.

Применение диплоидного и структурного представления генотипа относится к методам, неявно использующим память. Эти виды представлений являются избыточными по отношению к фенотипу особи, то есть генотипы особей содержат больше генетической информации, чем требуется для кодирования фенотипа. Чтобы отсеять избыточную часть информации генотипа, используются различные техники, в основе которых лежит принцип доминирования (для диплоидного представления) или основанные на виде представления (структурное представление).

Главной идеей методов, основанных на избыточных генотипах, является возможность сохранять генетическую информацию, определяющую высокую приспособленность особи, при изменении условий внешней среды. Принцип доминирования обеспечивает защиту генам, приносившим пользу фенотипу при предыдущих состояниях среды, но не являющихся полезными при текущем состоянии. Таким образом, полезная генетическая информация постоянно сохраняется в популяции, хотя и не является всегда доступной для выражения в фенотипе. Поэтому такие методы еще называют методами с распределенной памятью.

Преобразование генотипа в фенотип при диплоидном представлении осуществляется при помощи матрицы доминирования. Каждой возможной аллельной паре ставится в соответствие значение фенотипа, при этом одни аллели являются доминантными, то есть обязательно проявляются в фенотипе, другие являются рецессивными, то есть проявляются в фенотипе только при отсутствии в паре доминантной аллели.

Защита полезной генетической информации при смене состояния среды осуществляется при помощи механизма смены доминантности. Этот механизм преобразует доминантные формы аллелей в рецессивные и наоборот. Таким образом, аллели, проявлявшиеся в фенотипе и влиявшие на приспособленность особи в предыдущем состоянии среды, становятся нейтральными по отношению к новой целевой функции, и на них не будет оказываться селекционное давление.

Генотип структурного представления, как следует из названия, является сложной иерархической структурой, в которой гены расположены на нескольких уровнях. Гены верхних уровней являются регулирующими и могут активировать (дезактивировать) подчиняющиеся им участки генотипа. В фенотипе проявляются области генотипа, регулирующие гены которых находятся в активном состоянии. Малые изменения в генах высокого уровня, приводят к радикальным изменениям фенотипа особи, что должно обеспечивать особи высокие адаптивные свойства.

В приведенных выше методах дополнительная память «скрыта» в генотипе особи и таким образом распределена по всей популяции. Существуют также алгоритмы, которые основаны на гаплоидном представлении и используют для работы дополнительную память. Использование внешней памяти сводится к запоминанию генотипов особей с наилучшей приспособленностью при определенных состояниях среды, с целью их дальнейшего использования при появлении сходного состояния. Методы различаются, в основном, принципами выбора особей для сохранения, способами их хранения и использования в дальнейшем.