Введение.Основы генетических алгоритмов

1.8.5. Параллелизм

Эволюция является высоко параллельным процессом, поскольку популяция состоит из множества особей, которые развиваются параллельно. Это позволяет расширить возможности применения эволюционных вычислений для решения все более сложных задач. Отметим, что основные вычислительные ресурсы в генетических алгоритмах используются при оценке значений фитнесс-функций, которые для различных особей могут выполняться параллельно, а последовательной является только процедура отбора. Поэтому эволюционные методы естественно реализуются в многопроцессорных распределенных компьютерных системах, которые в настоящее время все шире применяются в различных областях науки и техники и даже на бытовом уровне в многоядерных процессорах. В действительности при решении некоторых задач на распределенных вычислительных системах время решения в идеале может быть обратно пропорционально числу используемых задач. Это создает благоприятные условия для решения сложных задач высокой размерности за разумное время с помощью генетических алгоритмов.

1.8.6. Устойчивость к динамическим изменениям

Традиционные методы оптимизации неустойчивы к динамическим изменениям окружающей среды и часто требуют полного рестарта при таких изменениях для получения адекватного решения. Напротив, эволюционные алгоритмы могут быть использованы для адаптации потенциальных решений к изменившимся условиям. Полученная на момент изменения популяция дает базис для дальнейшего улучшения решений и в большинстве случаев нет необходимости проводить случайную реинициализацию.

1.8.7. Способность к самоорганизации

Большинство классических методов требуют начальной установки соответствующих параметров алгоритмов. Это также относится и к генетическим алгоритмам, которые зависят от множества параметров, таких как мощность популяции, вероятности кроссинговера и мутации, шаг мутации и т.п. Однако в эволюционных алгоритмах легче ввести самоадаптацию, когда в процессе поиска решения указанные параметры оптимизируются.

1.8.8. Решение проблем, для которых отсутствует опыт решений

Возможно, самым большим преимуществом генетических алгоритмов является их способность исследовать проблемы, для которых нет экспертов и соответствующего опыта решений. Следует отметить, что экспертные оценки достаточно часто используются при решении трудно формализуемых задач, но они иногда дают менее адекватные решения, чем автоматизированные методы. Существуют определенные проблемы с получением знаний у экспертов: они могут не согласиться на это, могут быть неквалифицированными, могут быть несовместимыми и просто ошибаться.

Исследования по искусственному интеллекту в настоящее время дали ряд интересных результатов, каждый из которых позволяет эффективно решать свой класс задач (например, хорошо играть в шахматы, или распознавать изображения символов и т.п.). Но большинство этих узких приложений требуют участия человека. Эти методы могут эффективно решать некоторые сложные проблемы, требующие высокого быстродействия, но они не могут конкурировать с человеческим интеллектом - "Они решают проблемы, но они не решают проблему как решать проблемы". Напротив, эволюционные алгоритмы дают метод решения проблемы, как решать проблемы при отсутствии экспертов (человеческого опыта) [17].

1.8.9. Недостатки ГА

Естественно ГА не свободны от недостатков. К ним можно отнести прежде всего следующие. Конфигурация ГА для решения сложных реальных задач не очевидна. Для решения конкретной задачи необходимо выбрать или разработать представление (кодирование) потенциального решения. Существует также проблема определения фитнесс-функции. Есть проблема выбора параметров ГА, таких как мощность популяции, вероятности генетических операторов и т.д. Нет эффективных критериев окончания работа алгоритма. ГА не могут использовать информацию о градиентах, что уменьшает их эффективность для классических задач. ГА не эффективны для гладких унимодальных (с одним экстремумом) функций. ГА не эффективны при поиске локальных экстремумов. ГА требуют достаточно больших вычислительных ресурсов. При решении мультимодальных задач бывают случаи преждевременной сходимости к локальным экстремумам и поэтому в общем случае не гарантируют нахождение глобального экстремума.