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Die Natur ist genial ... ? ... schwer vorzustellen.
Aber sie ist mit Sicherheit sehr fleißig, sehr ausdauernd und hat verdammt viel Zeit.
Alles in allem gute Voraussetzungen, um in absehbarer Zeit interessante Ergebnisse zustande zu bekommen.
In absehbarer Zeit?
Das Darmbakterium Escherichia coli mußte in seiner jüngeren Geschichte eine Vielzahl an ungesunden Experimenten über sich ergehen lassen. Aber daher weiß man, daß es ungefähr 102 400 000 Möglichkeiten gibt, den genetischen Bauplan dieses bedauernswerten Geschöpfes anzuordnen. Den aktuellen Bauplan durch "Auswürfeln" zu erhalten, sprengt problemlos den zeitlichen Rahmen des Universums - das klassische Argument gegen die Idee der Evolution schlechthin. Aber das der Evolution innewohnende Zufallselement hat nicht viel mit einfachem Würfeln zu tun. Die Mutabilität des genetischen Materials ist zwar Grundlage des Evolutionsprozesses, führt aber erst in Verbindung mit Selektion (Auslese) und anderen Mechanismen zur Rassen - und Artbildung.

Wieso Evolutionsmechanismen mit solch enormer Effizienz überhaupt funktionieren, ist noch weitgehend unklar. Erklärungsversuche stützen sich auf eine Charakterisierung der Evolution als kumulativer, hochgradig paralleler Prozess. Nicht vergessen sollte man weiterhin, daß jede Art an ein bestimmtes Ökosystem gebunden ist, was über die Auslese eine bestimmte "Richtung" der Evolution erzwingt. Die Evolution verfolgt also gewissermaßen ein Ziel, weiß aber andererseits nicht, was sie tut.
"Für Systeme scheint zu gelten, daß sie sich selbst nicht zugänglich sind." Goethe).

Wenn die Evolution das überaus komplexe Ökosystem der Erde hervorbringen kann, liegt die Vermutung nahe, daß Evolutionsmechanismen auch auf einfachere, vergleichsweise banale Probleme angewandt werden können.
Versuche dieser Art wurden lange Zeit belächelt. Erstens hielt man eine Nachahmung der biologischen Evolutionsprinzipien für unpraktikabel, da das natürliche Vorbild nur in riesigen Zeitmaßstäben wirksam ist. Zweitens resultierte die Ablehnung aus Fehlinterpretationen der Evolutionsmechanismen - insbesondere des vielzitierten "Survival of the Fittest" (das Überleben der Stärksten), bzw. aus einer falschen Übersetzung Darwins "Struggle for life". Dies bezeichnet  nicht den "Kampf" ums Überleben, sondern die tägliche Mühsal und Schinderei - die Auseinandersetzung mit den trivialen Unbilden der Existenz.
Mit dem Einzug besserer Computer wurden Ende der 60er Jahre diesseits und jenseits des Atlantiks zeitgleich Optimierungsverfahren entwickelt, die unter dem Sammelbegriff Evolutionäre Algorithmen zusammengefaßt werden.
Evolutionäre Algorithmen - Wozu?

Man benutzt sie, um schlicht und ergreifend Probleme zu lösen. Die Palette der Probleme, auf welche diese Algorithmen angewandt werden können, ist im Vergleich zu anderen Verfahren riesig. Vor allem aber wendet man sie auf Probleme an, die nicht mit den klassischen Verfahren (z.B. Gradienten - Verfahren, Simplex - Verfahren) gelöst werden können bzw. für die überhaupt kein Lösungsverfahren bekannt ist - und davon gibt es eine ganze Menge.
Beispiele währen das Gefangenen - Dilemma oder das Stundenplan - Problem.

Evolutionäre Algorithmen - die Funktionsprinzipien

Eine Menge von Individuen - die Population - lernt kollektiv durch folgende Prinzipien:

  • Vererbung (Rekombination, Crossover)
  • Mutation
  • Selektion

Ein Individuum ist aus der Sicht des Verfahrens eine Datenstruktur, die eine potentielle Lösung des zu bearbeitenden Problems darstellt. Die Datenstruktur besteht aus Blöcken von Informationen. Jeder Informations - Block  hat eine ganz bestimmte Bedeutung - analog der Tatsache, daß jedes Gen der DNS die Ausprägung eines bestimmten Teils unseres Organismus definiert, z.B. die Augenfarbe. Tauschen zwei Individuen untereinander Blöcke gleicher Bedeutung aus (Rekombination, Vererbung), entstehen neue Individuen mit (wahrscheinlich) veränderten Eigenschaften. Es gibt viele verschiedene Varianten dieses Austauschvorganges.
Neue Individuen werden aber vor allem durch zufälliges Verändern der Block - Informationen erzeugt (
Mutation). Auch hier gibt es verschiedene Varianten.

Stellt sich heraus, daß die neuen Individuen bessere Lösungen im Sinne der Problemstellung darstellen, haben sie größere Chancen, einen Stammplatz in der nächsten Population zu erhalten (Selektion). Wobei die Betonung auf "Chancen" liegt. Eine rigorose Anwendung des Prinzips "Survival of the Fittest" führt, wie schon erwähnt, oft zu schlechteren Ergebnissen. Da die Größe der Population (im allg.) begrenzt ist, und die Überlebenschancen für die "schlechtesten" Individuen am kleinsten sind, werden sie mit großer Wahrscheinlichkeit aus der aktuellen Population verdrängt.

Falls das alles etwas zu trocken oder abstrus war, könnte ein
Blick auf ein konkretes Beispiel vielleicht noch mehr Verwirrung stiften:

Der Krieg der Mäuse gegen die Füchse.

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(ca 2000k, aber schön bunt)

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