Развитие генетических алгоритмов привело к возникновению множества различных генетических операторов (см. рис.).

Генетические операторы

Основные (базовые) генетические операторы были предложены Холландом для реализации его репродуктивного плана. К ним относятся мутация, инверсия и кроссовер.

Модифицированные операторы основываются на принципах базовых. Они были предложены исследователями генетических алгоритмов в разное время с целью обеспечения более широкого спектра получаемых потомков и улучшения оптимизационной способности алгоритма на каждой эпохе эволюционного процесса.

Новые операторы также в разное время предложены исследователями генетических алгоритмов, однако в их основе не используются принципы базовых операторов.

Рассмотрим подробнее набор базовых генетических операторов.

Мутация заключается в замене гена в случайной позиции родительской хромосомы на другое значение.

На следующем примере иллюстрируется мутация родительской хромосомы в 4-й позиции гена:

– родительская хромосома:

a

b

c

d1

e

f

g

h

– дочерняя хромосома:

a

b

c

d2

e

f

g

h

Так, например, при бинарном кодировании если d1 = 0, то d2 = 1, и наоборот.

Инверсия представляет собой разрыв родительской хромосомы в случайной позиции гена и изменение очерёдности двух полученных фрагментов в дочерней особи.

На следующем примере проиллюстрирована инверсия в 4-й позиции гена: дочерняя хромосома

– родительская хромосома:

a

b

c

d

e

f

g

h

– дочерняя хромосома:

d

e

f

g

h

a

b

c

Кроссовер (скрещивание) – это генетический оператор, применяемый к двум родительским особям: каждая из них делится на два фрагмента в одной и той же случайной позиции гена. Дочерние особи представляют собой комбинации первого и второго фрагментов хромосом разных родителей.

На следующем примере показан пример скрещивания в 4-й позиции родительских генов:

– родительские хромосомы:

a1

b1

c1

d1

e1

f1

g1

h1

a2

b2

c2

d2

e2

f2

g2

h2

– возможные дочерние хромосомы:

a1

b1

c1

d2

e2

f2

g2

h2

a2

b2

c2

d1

e1

f1

g1

h1

В дальнейшем в новое поколение популяции включается, как правило, лишь одна из дочерних особей.

Дударов С. П. Математические основы генетических алгоритмов: учеб. пособие/ С. П. Дударов. – М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2012. – 56 с.