遗传算法生物学初级基础.pptVIP

? 构成生物的基本结构和功能的单位是细胞(Ce11)。 ? 细胞中含有的一种微小的丝状化合物称为染色体(Chromosome)，生物的所有遗 传信息都包含在这个复杂而又微小的染色体中。 ? 基因 经过生物学家的研究，控制并决定生物遗传性状的染色体主要是由一种叫做脱 氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid 简称DNA)的物质所构成。 DNA在染色体中有 规则地排列着，它是个大分子的有机聚合物，其基本结构单位是核苷酸，许多核苷 酸通过磷酸二酯键相结合形成一个长长的链状结构，两个链状结构再通过碱基间的氢键有 规律地扭合在一起，相互卷曲起来形成一种双螺旋结构。基因就是DNA长链结构中占有一 定位置的基本遗传单位。 ? 遗传信息是由基因(Gene)组成的，生物的各种性状由其相应的基因所控制。 ? 基因是遗传的基本单位。细胞通过分裂具有自我复制的能力，在细胞分裂的过 程中，其遗传基因也同时被复制到下一代，从而其性状也被下一代所继承。 ? 遗传基因在染色体中所占据的位置称为基因座(Locus)； ? 同一基因座可能有的全部基因称为等位基因(Allele)； ? 某种生物所特有的基因及其构成形式称为该生物的基因型(Genotype)； ? 而该生物在环境中呈现出的相应的性状称为该生物的表现型(Phenotype)； ? 一个细胞核中所有染色体所携带的遗传信息的全体称为一个基因组(Genome)。 生物的遗传方式： 1. 复制 生物的主耍遗传方式是复制。遗传过程中，父代的遗传物质DNA被复制到子 代。即细胞在分裂时，遗传物质DNA通过复制(Reproduction)而转移到新生的细 胞中，新细胞就继承了旧细胞的基因。 2. 交叉 有性生殖生物在繁殖下一代时，两个同源染色体之间通过交叉(Crossover)而重 组，亦即在两个染色体的某一相同位置处DNA被切断，其前后两串分别交义组合 而形成两个新的染色体。 3. 变异 在进行细胞复制时，虽然概率很小，仅仅有可能产生某些复制差错，从而使 DNA发生某种变异(Mutation)，产生出新的染色体。这些新的染色体表现出新的 性状。 如此这般，遗传基因或染色体在遗传的过程中由于各种各样的原因而发生变化。 1.3 遗传算法的发展 进化算法与其他科学技术一样，都经历一段成长过程，逐渐发展壮大。此过程可 大致分为三个时期：萌芽期、成长期和发展期。 (1) 萌芽期 (50年代后期至70年代初期) ? 50年代后期，一些生物学家着手采用电子计算机模拟生物的遗传系统，尽管这些工作纯粹是研究生物现象，但其中已使用现代遗传算法的一些标识方式。 ? 1965年，德国的L.Rechenberg等人正式提出进化策略的方法，当时的进化策略只 有一个个体，而且进化操作也只有变异一种。 ? 1965年，美国的L.j.Fogel正式提出进化规划，在计算中采用多个个体组成的群 体，而且只运用变异操作。 ? 60年代期间，美国J.H.Holland在研究自适应系统时，提出系统本身与外部环境 相互协调的遗传算法。1968年，J.H.Holland教授又提出模式理论，它成为遗传 算法的主要理论基础。 ? 1967年，Bagley发表了关于遗传算法应用的论文，在其论文中首次使用“遗传算 法（ Genetic Algorithm）”一词。 (2) 成长期 (70年代中期至80年代末期) ? 1975年，J.H.Holland教授的专著《自然界和人工系统的适应性(Adaptation in Natural and Artificial System)》正式出版，全面地介绍了遗传算法，人们常常 把这一事件视作遗传算法问世的标志， Holland也被视作遗传算法的创始人。 ? 1975年，De.Jong在其博士论文中结合模式定理进行了大量的纯数值函数优化计 算实验，树立了遗传算法的工作框架，得到了一些重要且具有指导意义的结论。 ? 1987年，美国D.Lawrence总结人们长期从事遗传算法的经验，公开出版《遗传 算法和模拟退火(Genetic Algorithm and Simulated Annealing)》一书，以论文