Большая техническая энциклопедия
2 7
A V W
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я
ЭВ ЭК ЭЛ ЭМ ЭН ЭП ЭТ ЭФ

Эволюционная адаптация

 
Эволюционная адаптация системы транспорта О2 к температуре, так же как и сезонная, характеризуется большими изменениями в концентрации гемоглобина.
Алгоритмы эволюционной адаптации, описанные в этой главе, по сути своей моделируют эволюцию, а формально являются модификациями случайного перебора. Именно это последнее обстоятельство накладывает существенные ограничения, так как всякий перебор, даже очень усеченный, связан с экспоненциальным ростом затрат.
Здесь блок эволюционной адаптации - это специальный блок, который на основе обратных связей с учетом синергетических и гомеостатических принципов позволяет управлять процессом генетического поиска. Согласно данной схемы на первом этапе случайным, направленным или комбинированным методом получают некоторое подмножество решений Р рассматриваемой задачи.
Взаимодействия подсистем интеллектуальной ИС с изменяющимися генерациями.| Взаимодействие подсистем интеллектуальной ИС. ИС выполняется под управлением блока эволюционной адаптации с синергетическими принципами и внешней среды. ИС выполняется только под управлением внешней среды.
В этой главе рассмотрены основные алгоритмы эволюционной адаптации и описано их применение для решения задач агрегации графов, адаптации дисциплин обслуживания в вычислительных сетях, адаптации структуры решающих правил и синтеза оптимальных планов эксперимента для факторной модели объекта.
И наконец, это типичная задача эволюционной адаптации ( см. § 1.5), так как при незначительном изменении агрегации ( например, при перебросе одной вершины) минимизируемая функция изменится также незначительно, что позволяет воспользоваться поисковым методом при отыскании оптимальной агрегации.
Размещение графа G ( L ( G 16.| Оптимальное размещение графа G в линейке. Отметим, что в алгоритме на основе блока эволюционной адаптации возможны обратные связи для управления поиском после каждого генетического оператора. Так, например, для лучшей хромосомы р выполним направленный оператор мутации.
Если их число велико, то надо использовать алгоритмы эволюционной адаптации, описанные в следующей главе.
Модель параллельного взаимодействия ГА и ПГА. Возможно большое количество комбинаций и модификаций этих подходов с учетом блока эволюционной адаптации, причем эффективность их устанавливается в основном эмпирически.
Комбинированная схема принятия решений.| Модифицированная схема принятия решения. На рис. 4.16 приведена архитектура принятия решения генетического поиска с использованием блока эволюционной адаптации. Блоки сумматор, редуктор и фильтр позволяют повысить эффективность реализации эволюции и скорость принятия решения. Следует отметить, что в инженерных задачах большой размерности процесс решения резко усложняется, но параллельное выполнение ГА на порядок снижает время реализации алгоритма. Схемы с подобными обратными связями присутствуют в ЕС и эффективно функционируют.
Таким образом, результаты проведенных экспериментальных исследований показывают, что предложенный алгоритм эволюционной адаптации плана эффективно решает задачу построения оптимальных факторных планов эксперимента. Особенно перспективно применение этого алгоритма в случае, когда значения параметров плана т и N велики.

Здесь стоит упомянуть еще об одном факте - о том, что сезонная акклимация и эволюционная адаптация редко приводят к полной, совершенной компенсации влияния температуры на интенсивность обмена. Например, хотя у полярных рыб при низких температурах их естественной среды уровень обмена выше, чем можно было бы предсказать, экстраполируя данные для метаболизма тропических рыб на область температур около 0 С, он все-таки ниже, чем у тропической рыбы при более высокой температуре ее обычного местообитания.
Эволюционная адаптация алгоритма поиска связана с представлением алгоритма поиска в виде графа.
Как бы в промежутке со следующим блоком обобщений ( разд. Это вызывает эволюционные адаптации, в том числе ведет к развитию систем управления, соотносящих работу отдельных реагентов и стабилизирующих их параметры. Этот закон объясняет внутренние побудительные механизмы возникновения адаптации, тенденцию к эволюционным переменам. Внутренние процессы сложно взаимодействуют с процессами, вызываемыми внешними причинами, в рамках четырехединства биологических систем: их целостности, преобразуемости, саморегуляции и воспроизводимости.
Наиболее длительный процесс приспособления к среде - тот, который зависит от приобретения новой генетической информации, детерминирующей новые адаптивные фенотипические признаки. Это процесс эволюционной адаптации, который, разумеется, требует многих поколений.
Реализация точного решения (2.4.4) связана в той или иной степени с перебором, что не позволяет решать задачи даже средней сложности. Однако применение эвристических процедур эволюционной адаптации дает возможность получать вполне применимые оценки точного решения U за допустимое время.
Итак, адаптация фруктозодифосфатазы долгохвоста ( Согу-phaenoides) к давлению связана прежде всего с точной взаимной компенсацией изменений числа оборотов и регуляторных эффектов. По-видимому, в процессе длительной эволюционной адаптации к высоким давлениям отбор вместо этого так отрегулировал сродство фермента данного представителя Coryphaenoides к фруктозо-дифосфату, что он может функционировать при физиологических концентрациях субстрата независимо от давления. Но для ферментов, ингибируемых давлением, аналогичная стратегия должна приводить к компенсаторным реакциям противополож ного типа. Встречаются ли они в действительности.
Эта цель характеризует как эволюционную адаптацию, так и сезонную акклимацию. Если из-за высокой степени температурной модуляции сродство будет слишком сильно варьировать, это может серьезно нарушить ре-гуляторные функции фермента, жизненно важные для организма. На рис. 89 показано, почему колебания сродства ферментов к субстратам должны удерживаться в сравнительно узких пределах.
Другие проблемы адаптации к солености, связанные, например, с переходом рыб из пресной воды в соленую или обратно, требуют выработки различных функциональных вариантов солевых АТФаз в процессе аккламации. Так же как и при эволюционной адаптации, ключевыми изменяемыми параметрами являются: 1) сродство к Na, 2) специфичность в отношении противоионов и 3) полярность; все эти признаки специфичны для АТФаз организмов, адаптированных соответственно к пресной или к морской воде.
Когда путь оказывается тупиковым, производится случайный выбор вершины или же выбор ближайшей вершины из числа не рассмотренных. Он может быть задан ЛПР, блоком эволюционной адаптации или ЭС.
Не удовлетворившись попытками понять познание человека посредством одного только рационального размышления, Жан Пиаже предпринял уникальный и оказавшийся очень влиятельным подход. Он решил, что поскольку интеллект подобно всем биологическим функциям является продуктом эволюционной адаптации, его удобнее всего объяснять с точки зрения биологической эволюции.
Если структуру дисциплины обслуживания определить трудно, то эту задачу следует решать методом структурной адаптации. Здесь возможно использовать оба подхода, описанных в § 1.5, - альтернативную и эволюционную адаптацию.
Стохастически-итерационный метод заключается в следующем. На основе генетического поиска определяются стартовые точки для направленного поиска, причем направленный поиск осуществляется совместно с генетическими операторами на основе блока эволюционной адаптации.
Другое важное обобщение, основанное на изучении биохимической адаптации, касается связи между фактором времени и адаптивной стратегией, которую использует или может использовать организм. Сырой материал для адаптации разного временного масштаба различен. В основе эволюционной адаптации могут лежать механизмы изменения последовательности оснований в ДНК. При более быстрой адаптации, происходящей в течение жизни отдельной особи, организм располагает меньшими возможностями. В его геном уже не может быть введена информация для новых видов макромолекул или для перестроек в системе управления транскрипцией. Однако избирательная активация генов позволяет синтезировать новые макромолекулы из числа уже закодированных в геноме, по крайней мере в тех случаях, когда организм располагает для адаптивной реакции временем, измеряемым часами.
Рассмотренным выше сезонным изменениям сродства гемоглобина к кислороду на эволюционном уровне соответствует генетическая адаптация эктотермных организмов к различным температурным режимам. Гемоглобины эктотермных видов способны присоединять и отдавать кислород именно при тех условиях температуры и содержания Оз в среде, которые типичны для местообитания данного вида. Это обусловлено сильным давлением отбора в пользу таких величин РЫ, которые достаточно низки для того, чтобы кислород мог эффективно связываться у дыхательных поверхностей, но еще достаточно высоки, чтобы он мог легко освобождаться в более глубоких тканях. Так же как и в случае эволюционной адаптации ферментов к температуре, где отбор благоприятствует ферментам с подходящими величинами / См или 50 5, выработка хорошо адаптированных гемоглобинов, по-видимому, требует изменений в первичной структуре их полипептидных цепей. Попутно следует заметить, что гем оказался одним и тем же во всех исследованных гемоглобинах.
Последними выполняются операторы кроссинговера. На рисунке OK - одноточечный, ОК2 - двухточечный, ОКз - упорядоченный, ОК4 - циклический и OKs - модифицированный. Наилучшие результаты показывают жадные, фрактальные и дихотомические стратегии. В данной схеме порядок выполнения генетических операторов зависит от внешней среды, блока эволюционной адаптации и может иметь любой установленный порядок. Блок эволюционной адаптации может задать хаотичный ( случайный) порядок выполнения генетических операторов.

Последними выполняются операторы кроссинговера. На рисунке OK - одноточечный, ОК2 - двухточечный, ОКз - упорядоченный, ОК4 - циклический и OKs - модифицированный. Наилучшие результаты показывают жадные, фрактальные и дихотомические стратегии. В данной схеме порядок выполнения генетических операторов зависит от внешней среды, блока эволюционной адаптации и может иметь любой установленный порядок. Блок эволюционной адаптации может задать хаотичный ( случайный) порядок выполнения генетических операторов.
В случае AI популяция решений ( заданных размещений) формируется случайным образом. В случае АЗ популяция решений получается путем неоднократного применения последовательного алгоритма. Формирование популяции АЗ производится совместно случайным и направленным образом. Отметим, что ЛПР на основе блока эволюционной адаптации может создавать любое число популяций другими способами. После формирования популяции к каждому ее элементу применяется оператор мутации, причем ОМ может выполняться независимо для каждого элемента популяции.
Заметим, что такая стратегия позволяет быстрее находить локально-оптимальные результаты. Это связано с параллельной обработкой множества альтернативных решений, причем в такой схеме возможно концентрировать поиск на получение более перспективных решений. Отметим, что периодически в каждой итерации ГА можно проводить различные изменения в перспективных, неперспективных и в других решениях. Временная сложность таких алгоритмов в основном совпадает со сложностью быстрых итерационных алгоритмов и лежит в пределах О ( п) ч - 0 ( п3), где п - число входов алгоритмов. Такая сложность обещает перспективность использования ГА с блоком эволюционной адаптации при решении инженерных задач.
На примере сообществ растительноядных насекомых особенно хорошо прослеживается, как низкая скорость заселения в сочетании с недостаточным для эволюции временем приводит к сильной обедненности энтомофауны изолированных видов растений. В одной работе приведены результаты обследования трех древесных пород, произрастающих как в Великобритании, так и в Южной Африке: березы плакучей ( Betula pendula), дуба черешчатого ( Quercus robur) и будлеи ( Buddlea spp. Береза и дуб в Великобритании - представители местной флоры, а в Южную Африку они интро-дуцированы; для будлеи ситуация обратная. Сообщество может быть неполностью насыщенным из-за недостатка времени не только для заселения, но и для эволюции. Именно поэтому острова благодаря своей изоляции особенно четко демонстрируют, что природа пребывает в состоянии непрерывной экологической и эволюционной адаптации.
Неопределенность, связанная с увеличением использования угля. Выше количественно определены дополнительные издержки, связанные с контролем на электростанциях за состоянием окружающей среды, причем степень контроля достаточно хорошо установлена. Были также упомянуты и некоторые неясные моменты, связанные с будущими требованиями. И хотя непосредственные закономерности между сжиганием органических топлив, изменениями уровня содержания СО2 в земной атмосфере и климатическими изменениями до сих пор еще точно не определены, тем не менее нельзя полностью игнорировать то беспокойство, которое возникает в связи с возможными в будущем последствиями дальнейшего увеличения использования органических топлив. Последствия, обусловленные нагреванием атмосферы, особенно в длительной перспективе, могут быть серьезными: таяние полярных льдов и возможный подъем уровня Мирового океана или слишком быстрые изменения экологических условий, за которыми процесс эволюционной адаптации не сможет успеть. Разумеется, эти предположения должны рассматриваться крайне осторожно, поскольку они основаны на недостаточных знаниях.
Способность фермента снижать AG, вероятно, не является свойством, независимым от других его каталитических параметров. Например, как мы уже говорили в предположительном плане, повышенная каталитическая эффективность в смысле снижения AG, возможно, могла бы достигаться только за счет уменьшения эффективности на других этапах реакции - скажем, на этапе связывания субстрата. В заключение мы упомянем ряд нерешенных вопросов относительно роли изменений AG в компенсации температурных эффектов. Играют ли такого рода изменения важную роль в эволюционной адаптации различных эктотермных видов. Снижают ли ферменты эктотермных животных, акклимированных к холоду, величину AG в большей степени, чем ферменты особей, акклимированных к теплу. Может ли непосредственная компенсация температурных сдвигов интенсивности обмена осуществиться в результате мгновенных термически обусловленных изменений в каталитической эффективности фермента. Этот последний вопрос, на который ( как и на первые два вопроса) имеющиеся данные еще не позволяют ответить, подводит нас к рассмотрению второго свойства, важного с точки зрения эволюции ферментов, - способности их изменять свое сродство к субстратам при изменении температуры.
Пользователь во взаимодействии с диалоговым процессором на основе блочно-иерархического подхода и принципов декомпозиции производит разбиение заданной задачи большой размерности на совокупности функциональных подзадач меньшей размерности. Совместно с экспертной системой ( ЭС) он осуществляет анализ преобразованных данных, полученных из диалогового процессора. Каждому пути соответствует управляющий программный блок из монитора. Под управлением этого блока осуществляется выбор, редактирование, настройка и стыковка отдельных программных модулей, определяются типы и форматы всех данных, формируется рабочий комплекс программ. На рис. 2.1. координатор совместно с БЗ и блоком эволюционной адаптации через планировщик осуществляют реализацию процедур поиска для нахождения множества решений и выбор некоторого подмножества эффективных решений среди имеющихся.
Основным является первый блок, в котором осуществляется реализация ГА, генерация новых решений, определение ЦФ и использование предыдущих решений для генерации лучших результатов. Второй блок позволяет использовать историю предыдущих решений для генерации лучшего множества параметров. В третьем блоке генерируется новое множество оптимизационных параметров. Можно случайно выбирать родителей из популяции с произвольной или заданной вероятностью, причем вероятность выполнения каждого оператора может определяться пропорционально его ЦФ. Окончательное множество параметров выбирается после моделирования из конечной популяции на основе блока эволюционной адаптации. Отметим, что для каждой инженерной задачи желательно строить конкретный метагенетический алгоритм.
В [129] предложен групповой ГА с направленной мутацией. Он состоит из двух уровней. На верхнем уровне ведется групповой, а на нижнем - индивидуальный поиск. На первом этапе берется популяция размером в несколько раз больше, чем в ПГА, с целью большего охвата всего пространства поиска. Элементы в популяции оцениваются, затем хромосомы с ЦФ меньше средней отбрасываются, а из оставшихся хромосом составляются подпопуляции. Далее поиск ведется внутри отдельных групп. В отличие от [129] далее предлагается групповой ГА с направленным набором генетических операторов ( ОК, ОМ, инверсии, сегрегации, транслокации, удаления, вставки и различными их модификациями) и блоком эволюционной адаптации.
 
Loading
на заглавную 10 самыхСловариО сайтеОбратная связь к началу страницы

© 2008 - 2014
словарь online
словарь
одноклассники
XHTML | CSS
Лицензиар ngpedia.ru
1.8.11