Моделирование как метод познания
Одним из основных методов познания окружающего мира, процессов и явлений, является построение моделей. Модель позволяет выделить существенные признаки объекта, и изучить его. Преимуществом моделей, в сравнении с реальностью является, например, возможность увеличения или уменьшения временного интервала, что позволяет изучать очень длительные или быстрые процессы, например, эволюцию вселенной или развитие жизни на Земле.
В биологии используют три вида моделей: биологические, физико-химические, логико-математические. Модели биологических структур, функций и процессов могут быть созданы на различных уровнях: молекулярном, клеточном, организменном, а также моделируются условия жизнедеятельности особи, популяции, экосистем.
Появление эволюционных алгоритмов
Согласованность и эффективность работы элементов биологических организмов навела ученых на мысль о возможности использования принципов биологической эволюции для оптимизации практически важных для человека систем. [1] Первые работы по симуляции эволюции были проведены в 1954 году Нильсом Баричелли (США). В 1966 году Л. Фогель, А. Оуэнс, М. Уолш предложили схему эволюции логических автоматов, создания «разумных машин», основанную на использовании эволюционирующих программ, которые в ускоренном масштабе времени самосовершенствуются в процессе поиска решения задач, как бы имитируя процесс органической эволюции с «естественным отбором» и «выживанием наиболее приспособленных вариантов».
|
|
|
Исследования в области генетических алгоритмов приобрели практическую направленность после проведения Первой международной конференции по генетическим алгоритмам, Пенсильвания (США) в середине 80-х годов.
Генетические алгоритмы и их применение
В общем виде эволюционный алгоритм – это оптимизационный метод, базирующийся на эволюции популяции «особей». Каждая особь характеризуется приспособленностью – многомерной функцией ее генов. Задача оптимизации состоит в максимизации функции приспособленности. В процессе эволюции в результате отбора, рекомбинаций и мутаций геномов особей происходит поиск особей с высокими приспособленностями.
По сравнению с обычными оптимизационными методами эволюционные алгоритмы имеют следующие особенности: параллельный поиск, случайные мутации и рекомбинации уже найденных хороших решений. Они хорошо подходят как простой эвристический метод оптимизации многомерных, плохо определенных функций.
Генетические алгоритмы успешно применяются в различных областях человеческой деятельности, таких как экономика, физика, техника для решения задач оптимизации, настройки и обучения искусственной нейронной сети, составления расписаний, игровых стратегиях, искусственной жизни. На их основе осуществляются создание веществ с заданными свойствами [3], разработка оригинальных архитектурных конструкций, обработка рентгеновских изображений в медицине, оптимизация работы нефтяных трубопроводов и т.д. [1, 2].
|
|
|
Основные идеи синтетической теории эволюции и законы Менделя
Биологическая эволюция – естественный процесс развития живой природы, сопровождающийся изменением генетического состава популяций, формированием адаптаций, видообразованием и вымиранием видов, преобразованием экосистем и биосферы в целом.
Догадки о том, что различные живые организмы подвергаются изменениям с течением, времени появлялись у философов и ученых разных времен. Факт эволюции подтверждался археологическими раскопками, но теории объясняющей ее не было. Первая полноценная эволюционная концепция была предложена Ж.Б. Ламарком в 1809 г. Ч. Дарвин сформулировал идею эволюции на основе естественного отбора, но не смог в ней отразить закономерностей наследования.
В 1865 г. Грегор Мендель открыл законы наследственности. В 1920 – 1930-х гг. появилась синтетическая теория эволюции, объединяющая естественный отбор, теорию мутаций и наследование признаков. В 1953 г. была открыта структура ДНК, продемонстрировавшая материальную структуру наследственности.
|
|
|
Эволюция происходит в течение периода времени, превышающего срок жизни одного поколения, и заключается в изменении наследуемых черт организма. Основные постулаты синтетической теории эволюции: наследственность (потомки сохраняют свойства родителей); изменчивость (потомки почти всегда не идентичны); естественный отбор (выживают наиболее приспособленные).
Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 259; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!