进化程式(GP)是一种模仿自然进化的演化演算法,其运作基于一群程序。这种技术通常会选择符合预设适应度标准的程序,进行交叉、突变等遗传操作。透过这些操作,GP 能够持续产生新的程序,这些程序在某种意义上比前一代的程序更为优越。
遗传编程透过选择、突变和交叉等操作,使程序在每代中自我进化,进而提高执行效果。
交叉的过程中会将两个选定的程序(父代)的一部分进行交换,产生新的后代程序。这些新程序中,有些可能会被选中进入下一代,而某些不被选中的程序则直接复制到新一代中。在此过程中,突变是在程序的某些随机部分进行更换,以创造出不同的程式码。
遗传编程的根源可追溯至1950年,艾伦·图灵首次提出了进化程序的概念。经过25年后,约翰·霍兰德的著作《自然与人工系统中的适应》为这一领域打下了理论基础。随着这些理论的发展,1981年,理查德·福赛斯成功地进化出小型程序,并将其应用于英国内政部的犯罪证据分类工作。
遗传编程自20世纪80年代开始迅速发展,进而进入程序演化的现代时期。
在遗传编程中,程序通常以树状结构来表示,这使得可以容易的进行递归评估。每个内部节点都有一个运算符功能,而每个终端节点则有一个操作数,这样的结构使得数学表达式能够轻松进化及评估。传统上,Lisp等编程语言因为其天生具备树状结构而被广泛采用。
随着时间的推进,遗传编程已经被广泛应用于自动编程、自动问题解决以及机器学习等领域。在许多领域中,它都是一个重要的工具,特别是当对于解的具体形式不明确或只能接受近似解时。约翰·R·科扎曾提到,遗传编程已经能在76个实例中产生可与人类产出的结果相竞争的成果。
遗传编程在数据建模、曲线拟合以及特征选择等应用中显示出其强大潜力。
随着技术的进步,未来的遗传编程可能会迎来更多创新。例如,元遗传编程则是用于通过自身进化来提升遗传编程系统性能的技术。这意味着不仅仅是程序本身可以进化,连促成进化的机制也可以被改进和调整。
遗传编程的成功不仅在于技术的进步,更在于其应用的广泛和效果。当我们展望人工智慧的未来,遗传编程是否能成为引领智慧进化的新方向?