3.6. Генетические алгоритмы

3.6.1. Естественный отбор в природе

Согласно эволюционной теории каждый биологический вид целенаправленно развивается и изменяется для того, чтобы наилучшим образом приспособиться к окружающей среде. Эволюция в этом смысле представляет процесс оптимизации всех живых организмов. Природа решает эту задачу оптимизации путем естественного отбора. Его суть состоит в том, что более приспособленные особи имеют больше возможностей для выживания и размножения и, следовательно, приносят больше потомства, чем плохо приспособленные особи. При этом благодаря передаче генетической информации (генетическому наследованию) потомки наследуют от родителей основные их качества. Таким образом, потомки сильных особей также будут относительно хорошо приспособленными, а их доля в общей массе особей будет возрастать. После смены нескольких десятков или сотен поколений средняя приспособленность особей данного вида заметно возрастает.

Дадим краткую справку о том, как устроены механизмы генетического наследования. В каждой клетке любого животного содержится вся генетическая информация данной особи Эта информация записана в виде набора молекул НК, каждая из

которых представляет собой цепочку, состоящую из молекул нуклеотидов четырех типов, обозначаемых А, Т, С и Собственно информацию несет порядок следования нуклеотидов в ДНК. Таким образом, генетический код особи - это длинная строка, где используются всего 4 символа. В животной клетке каждая молекула ДНК окружена оболочкой, такое образование называется хромосомой.

Каждое врожденное качество особи (цвет глаз, наследственные болезни, тип волос и т. д) кодируется определенной частью хромосомы, которая называется геном этого свойства. Например, ген цвета глаз содержит информацию, кодирующую определенный цвет глаз. Различные значения гена называются его аллелями.

При размножении особей происходит слияние двух родительских половых клеток, и их ДНК взаимодействуют, образуя ДНК потомка. Основной способ взаимодействия - кроссовер (crossover, скрещивание). При кроссовере ДНК предков делятся на две части, а затем обмениваются своими половинками.

При наследовании возможны мутации, в результате которых могут измениться некоторые гены в половых клетках одного из родителей. Измененные гены передаются потомку и придают ему новые свойства. Если эти новые свойства полезны, они, скорее всего, сохранятся в данном виде. При этом произойдет скачкообразное повышение приспособленности вида.