进化动力学谱分析中的开放性问题
在进化算法的研究领域,我们常常面临诸多挑战,尤其是在设计和理解其性能方面。进化的动力学可以通过定义其动态的算子谱来完全表征,无论是在无限种群还是有限种群中,在广泛的选择和遗传算子类别下都是如此。然而,关于这些谱仍存在一些开放性问题。
1. 研究背景与问题提出
一般来说,进化算法的性能和设计的通用理论很难实现。即使在最简单的“规范”模型中,由于其非线性结构和随机动力学,也会遇到困难。不过,通过一些简化假设,如恒定选择和单亲遗传,可以得到线性动力学系统,其轨迹和吸引子可以用特征值和特征向量谱来描述。
但实际的进化算法在两个重要方面偏离了这种理想情况:有限种群和双亲(或多亲)重组。重组是遗传算法的主要创新,它将无限种群模型的动力学从线性变为二次。有限种群算法通常使用伯努利采样,这使得模型从确定性变为随机性,成为一个马尔可夫链,其状态空间维度大大增加。
基于此,有三个主要的开放性问题值得探讨:
- 什么是用于找到搜索空间全局最优解的最优传输矩阵?
- 无限种群模型的谱与有限种群模型的谱之间有什么关系?
- 卡林关于算子强度影响的关键定理能否推广?
2. 规范模型
规范模型是指在恒定适应度系数和广义单亲遗传下,具有离散、非重叠世代的无限种群进化模型。设 $x$ 是种群中不同类型频率的向量,满足一定条件处于单纯形中。其递归关系为:
[x_{t + 1}=\frac{W T x_{t}}{\bar{w} {t}}]
其中,$x {t + 1}$ 是下一个时间步的频率向量,$W$ 是适应度系数的对角矩阵,$\bar{w}_{t}$
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