Аффинность. Терминология искусственных иммунных систем

Понятие искусственной иммунной системы было определено в начале текущего тысячелетия учеными де Кастро и Тиммисом как адаптивной системы, в основу которой положена теоретическая иммунология, ее принципы и модели, используемой для решения различных прикладных задач.

В искусственной иммунной системе в качестве описания взаимодействия компонентов системы (антител) используются меры аффинности, а в качестве механизмов адаптации – иммунные алгоритмы. Чтобы построить такую систему, необходимо знать область применения или целевую функцию.

Аффинность – термодинамическая характеристика, количественно описывающая силу взаимодействия антигена и антитела. Применительно к искусственным иммунным системам аффинность – это характеристика, оценивающая степень близости (схожести) генетических наборов антигена и антитела. Для искусственных иммунных систем, основанных на бинарном коде, аффинность оценивается с помощью расстояния Хэмминга. Для систем, основанных на вещественном коде – с помощью евклидова расстояния.

Популяция антител – множество возможных решений задачи.

Эпоха эволюции – один такт цикла клональной селекции и созревания аффинности в ходе работы алгоритма искусственной иммунной системы.

Клональная селекция – процесс клонирования и мутации копий антитела в случайных позициях в ходе работы алгоритма искусственной иммунной системы.

Искусственные иммунные системы могут использоваться для решения разнообразных прикладных задач:

– обеспечение компьютерной безопасности;
– обнаружение аномалий во временных рядах данных;
– распознавание образов;
– многомерная многоэкстремальная оптимизация.

Искусственная иммунная система (ИИС) - адаптивная вычислительная система, использующая модели, принципы, механизмы и функции, описанные в теоретической иммунологии, которые применяются для решения прикладных задач.

Несмотря на то, что природные иммунные системы изучены далеко не полностью, на сегодня существуют по меньшей мере три теории, объясняющие функционирование иммунной системы и описывающие взаимодействие её элементов, а именно: теория негативного отбора, теория клональной селекции и теория иммунной сети . Они легли в основу создания трех алгоритмов функционирования ИИС.

Основные методы

Общие методы основаны на конкретных иммунологических теориях, которые объясняют функции и поведение адаптивной иммунной системы млекопитающих.

  • Клональный алгоритм отбора - класс алгоритмов, основанных на теории клоновой селекции приобретённого иммунитета, которая объясняет, как Б и Т лимфоциты улучшают их реакцию на антигены с течением времени, что называется affinity maturation. Эти алгоритмы сосредоточены на атрибутах теории Дарвина, где выбор основан на близости взаимодействия антигенов и антител и репродукции на принципе деления клеток и вариациях на основе соматических гипермутаций.

  • Негативный алгоритм отбора

  • Иммунный сетевой алгоритм

  • Дендритный алгоритм