Schwarmintelligenz und evolutionäre Algorithmen in ...

3 Schwarmintelligenz und evolutionäre Algorithmen
Selektiere Eltern
Eltern
Initialisierung
Rekombination
Population
Mutation
Abbruchbedingung erfüllt
Selektiere Überlebende
Nachkommen
Abbildung 3.1: Das allgemeine Schema eines evolutionären Algorithmus
mit |P| als Anzahl aller Individuen in der Population.
Die Fitness f (die Güte einer Lösung) wird durch die momentane Position des Individuum in
der Landschaft bestimmt und gibt damit wieder, wie gut sich dieses Individuum mit seinen
Eigenschaften auf dieser Stelle der Landschaft verhält. Wenn die Fitness hoch ist, d.h. das
Individuum gut an die momentane Position angepasst ist, steigt die Chance des Überlebens
und der damit verbundenen Weitergabe der eigenen Eigenschaften in die nächste Generation.
Wenn dies nicht der Fall ist, wird das Individuum mit hoher Wahrscheinlichkeit dem evolutionären
Druck nicht standhalten können und seine (negativen) Merkmale werden aus der
Population entfernt.
Die zufällig generierten Individuen/Lösungen eines evolutionären Algorithmus durchlaufen
Rekombination, Mutation und Selektion in jeder Generation bzw. Iteration des Algorithmus
und werden anschließend durch die problemspezifische Fitnessfunktion bewertet. Die Repräsentation
einer Lösung wird vom zugrunde liegenden Problem bestimmt. In der Regel formuliert
man eine Lösung als reellen oder binären Vektor, der die Problemstellung erfüllt, unabhängig
der Qualität dieser Lösung. Der biologischen Begriffe Chromosom und Gen werden
häufig synonym für diesen Vektor und die Elemente des Vektors verwendet. In Abbildung 3.1
wird das allgemeine Schema eines evolutionären Algorithmus dargestellt. Ein evolutionärer
Algorithmus durchläuft folgende Schritte:
• Rekombination
Bei der Rekombination (auch crossover) werden die Chromosome der beiden Elternpaare
zu einem neuen Chromosom kombiniert. Dabei werden Eigenschaften beider Eltern
in die Kindgeneration weitergegeben mit dem Ziel, dass sich daraus eine Lösung, die
eine mindestens genauso gute Qualität wie ihre Eltern hat. Die Position, an der die
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