2、进化计算：从生物进化到实际应用

进化计算：从生物进化到实际应用

1. 眼睛进化的模拟

通过模拟发现，像鱼类那种密集梯度型眼睛从最初未发育阶段进化出来，甚至不需要 400,000 代。在正常生物中，一代大约为一年，这意味着进化时间在 500,000 年或更短，从进化尺度来看这并非难题。而对于果蝇，一代仅 28 天，进化时间约为 7,700 年。这种计算机模拟证实了复杂眼睛的进化。

2. 进化计算基础

2.1 进化计算概述

进化计算是一种模仿生物进化机制的工程方法，用于数据结构的变形、合成和选择，旨在解决优化问题并生成有益结构。常见的计算算法有遗传算法（GA）和遗传编程（GP）。

2.2 基本数据结构

进化计算中的信息由 PTYPE 和 GTYPE 两层结构组成：
- GTYPE（基因型，也称为遗传密码，等同于细胞内的染色体）是低层次、局部调节的集合，是后续进化计算操作的对象。
- PTYPE 是表现型，在 GTYPE 环境中发展，表达广泛区域的行为和结构的出现。适应度由 PTYPE 对环境的适应程度决定，选择依赖于 PTYPE 的适应度。通常，适应度得分越高越好，例如适应度为 1.0 的个体比 0.3 的个体更能适应环境，更容易生存。

2.3 进化计算基本框架

以包含几只狗的集合为例，设为第 t 代。每只狗都有 GTYPE 遗传代码，其适应度由生成的 PTYPE 决定。适应度越高，繁殖的后代越多；适应度越低，越容易灭绝。经过繁殖，下一代（t + 1 代）个体的适应度预计会比上一代更好，整个集合的适应度也会提高。重复这个过程，集合整体不断改进，这就是进化计算的基本机制。