8

การพัฒนาวิธีการแก้ปัญหาด้วยตนเองและการวิวัฒนาการของอัลกอริทึม

AI999第1课:智能演化的源流与 EvoX 的诞生背景
00:00

อัลกอริทึมเชิงวิวัฒนาการมีสมมติฐานเริ่มต้นที่มักถูกมองข้ามว่า:สิ่งที่ถูกวิวัฒน์คือคำตอบ候选 ขณะที่วิธีการสร้างคำตอบนั้น保持不变กล่าวอีกนัยหนึ่งอัลกอริทึมเชิงวิวัฒนาการแบบดั้งเดิมมักตรึงวิธีการค้นหาไว้ และปล่อยให้เฉพาะคำตอบ候选เปลี่ยนแปลงไปตามการวนซ้ำ——ตลอดการค้นหาทั้งหมด สิ่งที่ "เคลื่อนไหว" คือคำตอบ ส่วนสิ่งที่ "นิ่ง" คือกฎเกณฑ์ หน้านี้ต้องการนำเสนออีกมุมมองหนึ่งนอกเหนือจากสมมติฐานนี้ นั่นคือ การให้วิธีการแก้ปัญหาเองก็เข้าไปอยู่ในกระบวนการค้นหาและปรับปรุงด้วย

การพัฒนาวิธีการแก้ปัญหาด้วยตนเองและการวิวัฒนาการของอัลกอริทึมการเปรียบเทียบระหว่างกระบวนทัศน์เริ่มต้นกับวิวัฒนาการอัลกอริทึมการแก้ปัญหาด้วยอัลกอริทึมคงที่กระบวนทัศน์เริ่มต้นชั้นวิธีการ · ถูกล็อกขณะทำงานล็อกกลยุทธ์การกลายพันธุ์รูปแบบการครอสโอเวอร์ไฮเปอร์พารามิเตอร์สร้างชั้นคำตอบ · วนซ้ำทีละรอบคำตอบ候选คำตอบ候选คำตอบ候选สร้าง → ประเมิน → คัดเลือก → สืบทอดชั้นวิธีการคงเดิม มีเพียงคำตอบที่อัปเดตอัลกอริทึมเองเข้าร่วมการค้นหาวิวัฒนาการอัลกอริทึมชั้นวิธีการ · เข้าสู่การค้นหาเป็น候选ได้กลยุทธ์การกลายพันธุ์รูปแบบการครอสโอเวอร์ไฮเปอร์พารามิเตอร์สร้างคำตอบ候选ชั้นคำตอบ · การวนซ้ำปกติสร้าง → ประเมิน → คัดเลือก → สืบทอดคำตอบ候选คำตอบ候选คำตอบ候选ประเมินการประเมินประสิทธิภาพการแก้ปัญหาเก็บที่ดี · แทนที่ที่แย่วิธีการอัปเดตตามไปด้วยอัปเดตวิธีการอัปเดตชั้นคำตอบอัปเดตชั้นวิธีการ

กระบวนทัศน์เริ่มต้น: วิธีการถูกล็อก คำตอบกำลังวิวัฒน์

ในแนวทางดั้งเดิม รูปแบบการครอสโอเวอร์ กลยุทธ์การกลายพันธุ์ และไฮเปอร์พารามิเตอร์มักถูกกำหนดไว้ล่วงหน้าครั้งเดียว จากนั้นตลอดการค้นหาทั้งหมดจะไม่ถูกแก้ไขอีก สิ่งเหล่านี้กำหนดกลไกการสร้างคำตอบ候选โดยตรง และส่งผลอย่างมีนัยสำคัญต่อผลลัพธ์การแก้ปัญหา: ไม่ว่าประสิทธิภาพของงานจะดีหรือแย่ วิธีการก็ยังคงอยู่ที่เดิม

  • ชั้นคำตอบเคลื่อนไหว: คำตอบ候选 → ประเมิน → คัดเลือก → สืบทอด วนซ้ำทีละรอบ
  • ชั้นวิธีการนิ่ง: กลยุทธ์การกลายพันธุ์ รูปแบบการครอสโอเวอร์ ไฮเปอร์พารามิเตอร์ถูกกำหนดไว้ล่วงหน้าและล็อกไว้
  • ผลที่ตามมา: ด้วยการกำหนดไว้ล่วงหน้าและการปรับพารามิเตอร์ด้วยมือเพียงอย่างเดียว วิธีการแก้ปัญหาเองจะไม่วิวัฒน์อย่างต่อเนื่องตามผลตอบกลับของงาน การปรับปรุงต้องอาศัยประสบการณ์ของมนุษย์และการปรับพารามิเตอร์ด้วยมือเป็นหลัก ซึ่งมักตามการเปลี่ยนแปลงของงานไม่ทัน

วิวัฒนาการอัลกอริทึม: ทำให้วิธีการก็กลายเป็นวัตถุที่ค้นหาได้

แนวทางของวิวัฒนาการอัลกอริทึมคือ: ไม่ถือว่ารูปแบบการครอสโอเวอร์ กลยุทธ์การกลายพันธุ์ และไฮเปอร์พารามิเตอร์เป็นค่าคงที่อีกต่อไป แต่ให้สิ่งเหล่านี้เป็นสิ่งที่สามารถเป็น候选 ประเมิน และแทนที่ได้และรับการทดสอบประสิทธิภาพการแก้ปัญหาร่วมกับคำตอบ候选 นั่นคือการให้อัลกอริทึมการแก้ปัญหาเองเข้าสู่กระบวนการค้นหาและปรับปรุง ทำให้ "วิธีการ" กลายเป็นวัตถุที่สามารถวิวัฒน์ได้เช่นกัน ด้วยวิธีนี้ นอกจากวงจรการวนซ้ำในชั้นคำตอบที่มีอยู่เดิมแล้ว ยังมีวงจรป้อนกลับที่สองเพิ่มขึ้นมา——ไม่เพียงแต่คำตอบที่กำลังดีขึ้น วิธีการก็กำลังดีขึ้นด้วย

วงจรทั้งสองสามารถสรุปได้ด้วยภาษาลูกศรง่าย ๆ ดังนี้:องค์ประกอบวิธีการ → สร้างคำตอบ候选 → ประเมินประสิทธิภาพการแก้ปัญหา → เก็บหรือแทนที่ → อัปเดตวิธีการในขณะเดียวกัน ภายในคำตอบ候选ยังคงมีการวนซ้ำปกติ "สร้าง → ประเมิน → คัดเลือก → สืบทอด" อยู่ อย่างแรกเปลี่ยน "วิธีหา" ส่วนอย่างหลังเปลี่ยน "สิ่งที่พบ"

จุดเปลี่ยนสำคัญ
จากการ "ใช้อัลกอริทึมคงที่เพื่อหาคำตอบที่ดีกว่า" ขยายไปสู่ "ให้อัลกอริทึมปรับปรุงตัวเองในระหว่างกระบวนการแก้ปัญหา" การตัดสินว่าระบบหนึ่งกำลังทำวิวัฒนาการอัลกอริทึมจริงหรือไม่ ให้ดูว่าองค์ประกอบวิธีการถูกนำเข้าสู่การค้นหา และให้ประสิทธิภาพการแก้ปัญหาตัดสินการคงอยู่หรือไม่ แทนที่จะถูกกำหนดตายตัวโดยมนุษย์เพียงครั้งเดียว