Menu

الگوریتم ژنتیک


الگوریتم ژنتیک
محمود البرزی (1388). الگوریتم ژنتیک. موسسه انتشارات علمی دانشگاه صنعتی شریف: تهران.
چاپ اول: سال 1388
آدرس ناشر:
دفتر مرکزی: خیابان آزادی – دانشگاه صنعتی شریف – تلفن 66013129-66164070-66164072
دفتر فروش: میدان انقلاب – خیابان شهید منیری جاوید (ارد یبهشت) - ساختمان 253 – طبقه چهارم – واحد 402
تلفن: 66405132-66967896

پست الکترونیکی:Mahmood_alborzi@yahoo.com

 

شرح مختصر کتاب
درسال 1859 چارلز داروین (1882-1809) كتاب بحث انگیزی را با عنوان "شرح منشاء گونه ها از طریق انتخاب طبیعی: یا حفظ نژادهای مطلوب در كشاكش حیات" منتشر نمود، كتابی كه در زمان حاضر به نام "منشاء گونه ها" شناخته می شود. او پیشنهاد كرد كه هرگونه موجود زنده ای دائماً درحال تكامل است، عقیده بحث انگیزی كه تلویحاً تكامل انسان از میمون ها را عنوان می كرد. در خلال تحقیقات، نظر داروین به تغییرات بین گونه ها جلب شد. او مشاهده كرد كه تقریباً درمیان تمامی ارگان های زنده توان بالقوه شگرفی برای تولید مثل همچون تخم گذاری، وجود دارد. لیكن تنها تعداد محدودی از تخم ها به بلوغ می رسند. همچنین مشاهده نمود كه درمیان یك جمعیت تفاوت های زیادی وجود دارد. این مشاهده ها داروین را به این نتیجه رساند كه آنهایی كه در تلاش برای رسیدن به بلوغ دوام می آورند، احتمالاً برای ادامه حیات شایسته تر هستند. با فرض اینكه تفاوت های فردی بتواند توسط زاد و ولدها به ارث برسد، داروین پدیده تكامل را در نتیجه انتخاب طبیعی تفاوت های به ارث رسیده می دید.
در همین زمان، گرگور مندل (1884-1822) موضوع توارث ویژگی ها و صفات را در آزمایش های خود با گیاه نخود تحقیق می كرد. مندل با بررسی پیوندهای مختلف رسته های گیاهی، به نتایجی در تكامل ویژگی ها دست یافت. برای مثال هنگامی كه گیاهان بلندتر را با گیاهان كوتاه تر جفت می كرد صرفنظر از اینكه گرده ها از چه نوع گیاهی گرفته شوند، تمام گونه های بدست آمده بلند بودند. مندل اعلام كرد كه ویژگیها یا ژنهای (عنوانی كه بعداً رایج گردید) مربوط به گیاهان بلندتر، غالب بوده و ژنهای گیاهان كوتاه تر مغلوب می باشند. هرچند آزمایشهای مندل مبانی مطالعات ژنتیك را پایه ریزی نمود لیكن تنها 30 سال بعد از مرگ او بود كه واتر سوتن (1916-1877) كشف كرد كه ژنها قسمتی از كروموزم های هسته سلول می باشند.
نظریه داروین، تغییرات پیوسته توسط جفت گیری و تولید مثل را در ظهور انواع گونه ها بیشتر موثر می دانست. در حالیکه تغییرات گسسته نیز در طبیعت غیر معمول نمی باشد. هوگو دو واریس (1935- 1848) مشاهده كرد كه در جمعیتی از گیاهان كاشته شده، گاه تغییرات بسیار چشمگیری مشاهده می شود. دو واریس در توضیح تغییرات گسسته نظریه جهش را مطرح نمود. در ابتدا به نظر می رسید علم جدید ژنتیك از نظریه جهشی تكامل در مقابل نظریه سنتی داروین حمایت می كند اما متخصصان ژنتیك با درك بیشتر ساختار ژنها به این باور رسیده اند كه نقش جهش بسیار اندك است. اگر هر ویژگی موجود زنده تنها توسط یك ژن معین می شد، جهش می توانست نقشی چشمگیر داشته باشد. لیكن اگر مجموعه ای از ژنها برای كنترل یك ویژگی با یكدیگر تركیب شوند جهش در یك ژن می تواند اثری ناچیز داشته باشد. بهرصورت صرفنظر از نظریه تكامل جهشی و تكامل داروین، اصل انتخاب طبیعی هم چنان پا برجا باقی مانده است.
الگوریتم های ژنتیك (GA) روش های جستجو و بهینه سازی احتمالاتی هستند كه بر اساس مفاهیم برگرفته از تكامل بیولوژیكی طبیعی مانند تولید مثل، جفت گیری و جهش ساخته می شوند. بطور كلی الگوریتم های ژنتیك جزء دسته بزرگتری از الگوریتم تكاملی (EA) هستند كه شامل برنامه تكاملی (EP)، استراتژی های تكاملی (ES) و برنامه نویسی ژنتیك (GP) نیز می باشد. الگوریتم ژنتیك ارتباط تنگاتنگی با سیستم های هوش مصنوعی و داده کاوی داشته و در ساختار مدل های هوش مصنوعی مانند شبكه های عصبی، منطق فازی و غیره كاربرد موثری دارد.
الگوریتم های تكاملی برای حل یك مسأله با جمعیتی از جواب های بالقوه شروع شده، آنگاه این جمعیت را تحت فرایند تنازع بقاء قرارداده و با استفاده از عملیات تولید مثل و جهش هر بار جمعیت شایسته تری را ایجاد كرده و به تدریج به تقریب های بهتری از جواب بهینه مسأله نزدیك می شوند. در هر مرحله از تكرار، الگوریتم های تكاملی توسط فرآیندهای انتخاب و تكرار، جمعیتهای جدیدی از تقریب ها را خلق می نمایند. جمعیت های ایجاد شده به تدریج نسبت به جمعیت های اولیه با محیط خود و دامنه مسأله مورد نظر سازگاری بیشتری دارند و این عمل درست مشابه آن فرآیندی است كه در تطابق طبیعی روی می دهد.
این كتاب جنبه های مختلف الگوریتم ژنتیك را مورد بحث قرار می دهد. بخش هایی از نوشته های این كتاب از منابع مختلف ترجمه و جمع آوری شده كه فهرست آنها در پیوست كتاب آمده است. علاوه بر آن فهرست انتخابی تعدادی از منابع و ماخذ كلی در زمینه آلگوریتم ژنتیك، فهرست انتخابی تعدادی از ژورنال ها و نشریات علمی در زمینه آلگوریتم ژنتیك و فهرست انتخابی تعدادی از كنفرانس های سالیانه و دو سالیانه در زمینه آلگوریتم ژنتیک به ترتیب در پیوست کتاب آمده است. تعدادی از سایت ها، آدرس های اینترنتی وگروه های خبری و گفتمان در زمینه الگوریتم ژنتیك که در زمان نگارش این کتاب فعال بوده اند نیز در پیوست کتاب گنجانده شده است. انتخاب و تدوین مطالب بنحوی صورت گرفته است كه بتواند در مقاطع مختلف دانشگاهی در رشته های مهندسی، مدیریت و همچنین در طرح ها و پروژه های اجرا یی سازمان ها و صنایع مورد استفاده قرار گیرد.