鄂教版科学下《能自我复制和不断进化的系统》.pptVIP

系统的进化 自然界生物系统进化 生命起源 化学演化 小分子、化学有机小分子、氨基酸、核酸 生命诞生 从无序到有序 原始的RNA世界：酶、模板、结构 生命来源于自然，又高于自然：细胞 生命起源 1981年Cech发现核酶（有酶活性的RNA) 1986年Gibert提出“RNA世界”的观念，但.... 1991年提出“硫酯世界” 1992年提出“铁硫世界” 1993年提出“无机焦磷酸世界”“ATP世界” 早期进化论 达尔文进化论的要点： 遗传 自发变异 繁殖过剩 生存斗争 适者生存 综合进化论（突变、遗传平衡、各种隔离） 突变/遗传为生物进化提供材料 隔离是形成性物种的前提 地理隔离 生理生态隔离 生殖隔离 自然选择 分类学和进化的研究手段 中性进化学说（生物进化是无规律可循、偶然突变的累加的结果） 1968年木村在“Nature”提出“中性理论” 1969年Jing 和 Jukes提出“非达尔文进化” 生物体内的突变大多为中性的 同义突变 同功突变 非功能性突变 遗传飘变导致中性突变的保留和消失 中性突变的速率决定了生物进化的速率 每个密码子每年的突变频率：(0.3-9)*10-9 中性学说是达尔文进化论的微观演化水平的进一步发展、修正、和补充。 基因分析法 不同的基因突变的频率的差异 减数分裂产生染色体之间的基因交换 为什么家系很重要 基因资源的争论 线粒体的重要性 Y染色体的重要性 基因差异的研究的重要性 生命进化的规律 进化不可逆 进化方式： 顺序进化 跳跃式进化 分支进化 非均速进化 各生物的种性 各生物所处的环境 人工系统进化－GA(Genetic Algorithm) GA 简介 起源: USA in the 1970’s 最早提出: J. Holland, K. DeJong, D. Goldberg 典型应用领域: 离散系统的优化 原理 基于自然选择和基因遗传学原理的有哪些信誉好的足球投注网站算法 中心问题 鲁棒性 遗传算法的特点 1.直接对结构对象操作，不存在求导和函数连续性的限定； 2.遗传算法不是从单个点，而是从一个点地群体开始有哪些信誉好的足球投注网站； 3.具有内在的隐并行性和较好的全局寻优能力； 4.采用概率化寻优方法，能自动获取有哪些信誉好的足球投注网站过程中的有关知识并用于指导优化，自适应地调整有哪些信誉好的足球投注网站方向，不需要确定地规则； 5.鲁棒性 基本遗传算法的构成要素 1.染色体编码方法 最常用的是二进制编码，对于离散性变量直接编码，对于连续性变量先离散化后再编码 2.适应度函数 评估函数——用来评估一个染色体的优劣的绝对值 适配值——评估一个染色体相对整个群体的优劣的相对值的大小 3.遗传算子 复制算子、交叉算子、变异算子 4.基本遗传算法运行参数 ?N：群体大小，即群体中所含个体的数量 T：遗传算法的终止进化代数 ?pc：杂交概率 ? pm ：变异概率 ? pr ：复制概率 具体步骤 复制 交叉 变异 复制 个体根据其适配值的大小进行复制 适配值大的个体，表示其性能更好，也将有更大的概率产生下一代个体。 复制的目的是使得种群中具有“优良品质”的个体逐渐增多，为提高群体的整体素质、产生更优的下一代个体提供可能。 复制的方式：轮盘赌 F=x2 x~(0,31) X用5位二进制串表示，为00000～11111 转动四次 得到的四个串分别为： 01101 11000 11000 10011 其中：11000被复制两次，01000被遗弃 交叉 交叉是将两个串从某点截成两段或几段，将其中一个串的一段或几段变换到另一个串的相应位置。 交叉的目的在于获得更多的方案，使得现有的各个方法之间取长补短，为产生更优的方案提供可能。 交叉可以有单点交叉、双点交叉、均匀交叉几种方式。 单点交叉 在串中随机产生一个位置，将两个串的尾部从这一点互换。 双点交叉 随机产生两个点，将两个串在其中间的部分进行交叉 均匀交叉 随机产生一个模板，由其决定每一位来自哪个串 变异 以一个很小的概率pm改变串中的一些位，使得原来的串发生变化。 变异前: (1 0 1 1 0 1 1 0) 变异后: (1 0 1 0 0 1 1 0) 变异的目的在于提高串的多样性，避免陷入局部极值 遗传算法的实现 1.问题表示 （1）根据具体问题确定寻优的参数 （2）对每个参数确定它的变化范围，并用二进制码或格雷码表示，若参数a属于[amin,amax]，用m位二进制数b表述， 则满足将所有参数的二进制串连接成为算法操作的一个对象 算法过程 1.随机产生一个由确定长度的特征串组成的初始