Như fđã biết, tính toán tiến hóa sử dụng các mô hình tính toán mô phỏng của các quá trình tiến hóa trong tự nhiên như là chìa khóa để thiết kế và triển khi để giải quyết vấn đề trên máy tính. Có rất nhiều biến thể của mô hình tính toán tiến hóa đã được đề xuất và nghiên cứu – được biết đến như là các thuật toán tiến hóa (Evolutionary Algorithms). Các thuật toán tiến hóa này dựa trên cùng ý tưởng chung trong việc mô phỏng quá trình tiến hóa của các cấu trúc (còn được hiểu là cá thể) thông qua quá trình lựa chọn và biến đổi. Các quá trình này thực hiện phụ thuộc vào mức độ hiệu quả của mỗi cá thể (độ thích nghi) được định nghĩa bởi môi trường.
Cụ thể hơn, các thuật toán tiến hóa sử dụng một quần thể của các cấu trúc mà tiến hóa tuân theo các luật lựa chọn và các luật khác, như lai ghép và đột biến. Mỗi cá thể trong quần thể được đánh giá, nó nhận được một chỉ số đo độ thích nghi của nó trong môi trường. Toán tử lựa chọn tập trung vào các cá thể có độ thích nghi cao. Toán tử lai ghép và đột biến làm thay đổi các cá thể để cung cấp các heuristic tổng quát cho việc khám phá. Mặc dù thuật toán có vẻ đơn giản dưới góc nhìn sinh học,
~ 68 ~
tuy nhiên nó đủ độ phức tạp để cung cấp một cơ chế tìm kiếm có khả năng thích ứng mạnh mẽ và chắc chắn. procedure EA; t = 0; /* Initial Generation */ initialize_population(t); evaluate(t); until (done) { t = t + 1; /* Next Generation */ select_parents(f): recombine(i); mutate(i); evaluate(i); select_Survivors(t); }
Hình 3-1 Mô hình một thuật toán tiến hóa
Hình 3-1 mô tả mô hình chung của thuật toán tiến hóa. Trong thuật toán tiến hóa, ban đầu một quần thể của các cấu trúc được khởi tạo, và sau đó tiến hóa thông qua các thế hệ từ tới bằng lặp đi lặp lại việc lựa chọn, lai ghép và đột biến. Thông thường một quần thể được khởi tạo ban đầu một cách ngẫu nhiên, mặc dù các tri thức chuyên môn có thể được sử dụng làm thiên kiến khi tìm kiếm. Độ thích nghi có thể được tính toán đơn giản sử dụng các công thức toán học thông thường, hoặc có thể rất phức tạp trong trường hợp sử dụng các mô phỏng tỉ mỉ. Toán tử lựa chọn thường được thực hiện gồm 2 bước là lựa chọn cha mẹ và lựa chọn cá thể sống sót. Lựa chọn cá thể cha mẹ để thực hiện quá trình lai ghép hoặc đột biến, và lựa chọn cá thể sống sót để tạo ra quần thể trong thế hệ tiếp theo.
Các thuật toán tiến hóa ban đầu có thể được xem là xuất hiện từ những năm 1950. Cho đến ngày nay nó được hia làm 4 nhánh chính là:
Các chiến lược tiến hóa (Evolutionary Strategies – ES) Quy hoạch tiến hóa (Evolutionary Programming – EP) Các giải thuật di truyền (Genetic Algorithms – GA) Lập trình di truyền (Genetic Programming – GP)
~ 69 ~