Кіріспе

Мутация – генетикалық немесе, жалпы алғанда, эволюциялық алгоритм (ЭА) популяциясының хромосомаларының генетикалық әртүрлілігін қамтамасыз етуге қолданылатын генетикалық оператор. Ол биологиялық мутацияға ұқсас. Бинарлық кодталған генетикалық алгоритмнің (GA) мутация операторының классикалық мысалы – генетикалық тізбектегі кез келген биттің бастапқы күйінен өзгеруінің ықтималдығын қамтиды. Мутация операторын іске асырудың әдеттегі әдісі – тізбектегі әр бит үшін кездейсоқ айнымалы құру. Бұл кездейсоқ айнымалы белгілі бір биттің ауыстырылатынын немесе ауыстырылмайтынын көрсетеді. Бұл биологиялық нүктелік мутацияға негізделген мутация процедурасы бір нүктелік мутация деп аталады. Екілік емес бейнелеулер үшін, мысалы, үзіліс нүктелі кодтау немесе комбинаторлық есептерге арналған бейнелеулер үшін басқа да мутация операторлары жиі қолданылады. ЭА-да мутацияның мақсаты – іріктелген популяцияға әртүрлілік енгізу. Мутация операторлары хромосомалар популяциясының өте ұқсас болуын болдырмау арқылы жергілікті минимумдардан қашуға бағытталған, осылайша жаһандық оптимумға жақындауды баяулатуға немесе тоқтатуға мүмкіндік береді. Осы ой-пікір көптеген ЭА-ны келесі буынды құру кезінде популяцияның ең жарамдыларын ғана таңдаудан аулақ тұруға, керісінше, сәйкес келетін элементтерге басымдық беріліп, кездейсоқ (немесе жартылай кездейсоқ) жиынтықты таңдауға итермелейді. ЭА-да қолданылатын барлық мутация операторларына келесі талаптар қойылады: іздеу кеңістігіндегі кез келген нүктеге бір немесе бірнеше мутациялар арқылы жетуге болады; іздеу кеңістігінде бөліктерге немесе бағыттарға ешқандай артықшылық болмауы тиіс (қоздырылмайды); кішігірім мутациялар үлкендерге қарағанда ықтимал болуы керек. Әртүрлі геномдық типтер үшін әртүрлі мутация түрлері қолайлы. Кейбір мутациялар Гаусс, Біртекті, Зигзаг, Шатастыру, Қосымша, Инверсия, Ауыстыру және т.б. болып табылады. Төменде ұсынылғандардан гөрі көбірек операторлар мен шолуды Эйбен мен Смиттің кіріспе кітабында немесе басқа да әдебиеттерде табуға болады.

Шектеулерді ескерместен мутация

Нақты сан қалыпты үлестіруді қолдану арқылы, геннің бұрынғы мәніне туындаған кездейсоқ мәнді қосып мутацияға ұшыратылуы мүмкін, нәтижесінде мутацияланған мән пайда болады: Мәндері шектеулі гендер үшін, мутацияның қадамдық өлшемін өзгеруге тиіс геннің диапазонына сәйкес таңдау жақсырақ, мысалы: Қадамдық өлшемді ағымдағы мәнге байланысты рұқсат етілген кіші өзгерістер диапазонына да бейімдеуге болады. Дегенмен, кез келген жағдайда геннің жаңа мәні рұқсат етілген мәндер диапазонынан шығуы мүмкін. Мұндай жағдайды өлімге әкелетін мутация деп санау керек, себебі тиісті шектеуді бұзу арқасында геннің жаңа мәні ретінде түзету жасау дрейфке алып келеді. Бұл шекті мән диапазондағы шектен тыс мәндердің барлық ықтималдығымен таңдалатындықтан. Эволюциялық стратегия нақты сандармен және қалыпты үлестіруге негізделген мутациямен жұмыс істейді. Қадамдық өлшемдер хромосоманың бөлігі болып табылады және нақты шешімдерге қатысты айнымалылармен бірге эволюцияға түседі.

Пермутациялардың мутациясы

Пермутациялардың мутациялары, өзі жиынның пермутациясы болатын геномдар үшін арнайы жасалған. Олар көбінесе комбинаторлық есептерді шешу үшін қолданылады. Екі ұсынылған мутацияда геномның бөліктері бұрылады немесе кері бұрылады.

Кішігірім өзгерістерге артықшылық беретін нұсқалар

Бастапқыда қойылған, кіші өзгерістер үлкендерге қарағанда жиі болуы керек деген талап, ұсынылған екі пермутациялық мутация арқылы толыққанды орындалмайды, себебі ішінара тізімдердің ұзындығы және ығысу позицияларының саны бірдей үлестірілім бойынша анықталады. Дегенмен, ішінара тізім және ығысу неғұрлым ұзын болса, гендер тізбегінің өзгеруі де соғұрлым үлкен болады. Бұл келесі түзетулермен шешілуі мүмкін. Ішінара тізімдердің соңғы индексі бастапқы индекске дейінгі қашықтық ретінде анықталады: мұндағы нақты сандарды [0, 1] аралығынан кездейсоқ алудың екі әдісінің бірі бойынша анықталып, дөңгелектенеді. Айналу үшін , қашықтыққа ұқсас анықталады, бірақ мәніне рұқсат етілмейді. Инверсия үшін, шарты орындалуы керек, сондықтан мәні алынып тасталады.