ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΝΟΗΜΟΣΥΝΗ ΙΙ

 

5.7     Επισταση

 

Στη θεωρητική μελέτη των Γ.Α. στο προηγούμενο κεφάλαιο, έγινε σαφές ότι η ισχύς τους οφείλεται στην ικανότητά τους να ευνοούν το εκθετικό πολλαπλασιασμό των καλών δομικών μορφών. Υπενθυμίζεται ότι οι δομικές μορφές είναι σχήματα μικρού μήκους και χαμηλής τάξης που, επιπρόσθετα, έχουν καλή απόδοση.

 

Ωστόσο, μια προϋπόθεση -που αποσιωπήθηκε στο προηγούμενο κεφάλαιο- για την σωστή λειτουργία του Αποτελέσματος των Σχημάτων είναι να μην υπάρχει μεγάλη αλληλεπίδραση ανάμεσα στα γονίδια του ατόμου. Αλληλεπίδραση -που σύμφωνα με τους όρους της Βιολογίας ονομάζεται επίσταση (epistasis)- μεταξύ γονιδίων σημαίνει ότι η συμβολή ενός γονιδίου στη συνολική ικανότητα εξαρτάται από άλλα γονίδια του ίδιου ατόμου. Γονίδια που μετέχουν στο φαινόμενο της επίστασης, περιορίζουν το βαθμό ελευθερίας των μεταβλητών που αναπαριστούν και ονομάζονται υποστατικά (hypostatic). Για παράδειγμα (στο φυσικό περιβάλλον), η ικανότητα της νυχτερίδας να εκπέμπει υπερηχητικά σήματα, που τη βοηθούν να κινηθεί, δεν της εξασφαλίζει μεγάλες πιθανότητες επιβίωσης, παρά μόνο εάν συνδυάζεται με ύπαρξη καλού συστήματος ακοής. Δηλαδή, τα γονίδια της καλής ακοής αυξάνουν τις ικανότητες της νυχτερίδας, όταν συνυπάρχουν στο χρωμόσωμά της με γονίδια καλής εκπομπής ήχων.

 

Η επίσταση λοιπόν, είναι φαινόμενο που εμφανίζεται και στους τεχνικούς οργανισμούς των Γ.Α. Η μορφή με την οποία εμφανίζεται είναι η εξής: Μικρές αλλαγές στην τιμή ενός γονιδίου επηρεάζουν την ολική ικανότητα κατά τρόπο που εξαρτάται από την ύπαρξη ή τις τιμές άλλων γονιδίων. Ως αποτέλεσμα, ο Γ.Α. οδηγείται σε λύσεις που δεν είναι βέλτιστες. Στην πραγματικότητα, η αλληλεπίδραση μεταξύ των γονιδίων εμφανίζεται σε μικρότερο ή μεγαλύτερο βαθμό σε κάθε υλοποίηση Γ.Α. Αν και δεν υπάρχει απόλυτο μέτρο εκτίμησης του βαθμού της επίστασης για κάθε πρόβλημα, μπορεί να γίνει μια γενική κατηγοριοποίηση των περιπτώσεων σε τρεις κλάσεις [9]:

 

·           Επίπεδο 0 - Μηδενική αλληλεπίδραση: Μια συγκεκριμένη αλλαγή σε κάποιο γονίδιο επιφέρει πάντα την ίδια αλλαγή στην ικανότητα, ανεξαρτήτως άλλων γονιδίων. Κλασσική περίπτωση αυτής της κατηγορίας είναι όταν η ικανότητα εξαρτάται από τον αριθμό των άσσων (1) της συμβολοσειράς (στη δυαδική κωδικοποίηση).

·           Επίπεδο 1 - Μέτρια αλληλεπίδραση: Μια συγκεκριμένη αλλαγή σε κάποιο γονίδιο έχει ως αποτέλεσμα σταθερού πρόσημου αλλαγή της ικανότητας ή μηδενική αλλαγή. Τυπικό παράδειγμα αυτής της περίπτωσης είναι η περιώνυμη "συνάρτηση πλατό" (plateau function) κατά την οποία η ικανότητα είναι ίση με 1, αν από μία δυαδική συμβολοσειρά μήκους 5 όλα τα δυαδικά ψηφία έχουν την τιμή 1, διαφορετικά είναι μηδέν.

·           Επίπεδο 2 - Επίσταση: Μια συγκεκριμένη αλλαγή σε κάποιο γονίδιο επιφέρει αλλαγή στην ικανότητα που ποικίλει σε πρόσημο και μέγεθος, συναρτήσει των τιμών των άλλων γονιδίων. Παραδείγματα επιστάσεων έχουν αναφερθεί πολλά και συνήθως εμφανίζονται σε συναρτήσεις με πολλά ακρότατα (multimodal functions).

 

Προβλήματα που ανήκουν στα επίπεδα 0 και 1 μπορούν να λυθούν αποδοτικά από τις καθιερωμένες τεχνικές. Οι Γ.Α. προορίζονται και τα καταφέρνουν καλύτερα σε προβλήματα του επιπέδου 2. Όμως, έχοντας τονίσει ότι το Αποτέλεσμα των Σχημάτων δεν έχει καλή απόδοση σε περιπτώσεις υψηλής αλληλεπίδρασης μεταξύ των γονιδίων, πώς εξηγείται η καλή λειτουργία των Γ.Α. σε αυτές;

 

Στην πραγματικότητα, το πρόβλημα της επίστασης απασχόλησε πολύ τους ερευνητές, γιατί από τη φύση του αποτελούσε τροχοπέδη για την ομαλή λειτουργία των Γ.Α. Η έρευνα ανάδειξε δύο τρόπους αντιμετώπισης της επίστασης:

1)        Επαναπροσδιορισμός της κωδικοποίησης,

 και

2)        Τροποποίηση των λειτουργιών του Γ.Α.

Με τον πρώτο τρόπο, το πρόβλημα της επίστασης θεωρείται ότι εξαρτάται από την κωδικοποίηση και μόνο, δηλαδή η εμφάνισή του είναι αποτέλεσμα μιας άτυχης ή μη προσεκτικής επιλογής στην κωδικοποίηση. Ως εκ τούτου, δεν πρέπει να προκαλεί ιδιαίτερη ανησυχία, αφού συνήθως η κωδικοποίηση επιτρέπει πειραματισμούς και τροποποιήσεις χωρίς πολύ κόπο. Στην πράξη έχει δειχθεί [69] ότι κάθε πρόβλημα μπορεί να κωδικοποιηθεί κατά τρόπο που να αποτρέπει την εμφάνιση της επίστασης, με λιγοστές εξαιρέσεις πολύ δύσκολων προβλημάτων.

 

Με το δεύτερο τρόπο, το πρόβλημα εντοπίζεται στις βασικές λειτουργίες των Γ.Α. και εκεί πρέπει να επικεντρωθεί η προσπάθεια για την αντιμετώπισή του. Το κλασσικό μοντέλο κρίνεται ανεπαρκές και πρέπει να επινοηθεί μια άλλη θεωρία με αλλαγές στην επιλογή, τη διασταύρωση και την μετάλλαξη. Πρόταση για το πώς μπορεί να επιτευχθεί αυτό έχει γίνει από τον Goldberg [27].

 

 

ΑΡΧΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ