進化程式(GP)是一種模仿自然進化的演化演算法,其運作基於一群程序。這種技術通常會選擇符合預設適應度標準的程序,進行交叉、突變等遺傳操作。透過這些操作,GP 能夠持續產生新的程序,這些程序在某種意義上比前一代的程序更為優越。
遺傳編程透過選擇、突變和交叉等操作,使程序在每代中自我進化,進而提高執行效果。
交叉的過程中會將兩個選定的程序(父代)的一部分進行交換,產生新的後代程序。這些新程序中,有些可能會被選中進入下一代,而某些不被選中的程序則直接複製到新一代中。在此過程中,突變是在程序的某些隨機部分進行更換,以創造出不同的程式碼。
遺傳編程的根源可追溯至1950年,艾倫·圖靈首次提出了進化程序的概念。經過25年後,約翰·霍蘭德的著作《自然與人工系統中的適應》為這一領域打下了理論基礎。隨著這些理論的發展,1981年,理查德·福賽斯成功地進化出小型程序,並將其應用於英國內政部的犯罪證據分類工作。
遺傳編程自20世紀80年代開始迅速發展,進而進入程序演化的現代時期。
在遺傳編程中,程序通常以樹狀結構來表示,這使得可以容易的進行遞歸評估。每個內部節點都有一個運算符功能,而每個終端節點則有一個操作數,這樣的結構使得數學表達式能夠輕鬆進化及評估。傳統上,Lisp等編程語言因為其天生具備樹狀結構而被廣泛採用。
隨著時間的推進,遺傳編程已經被廣泛應用於自動編程、自動問題解決以及機器學習等領域。在許多領域中,它都是一個重要的工具,特別是當對於解的具體形式不明確或只能接受近似解時。約翰·R·科扎曾提到,遺傳編程已經能在76個實例中產生可與人類產出的結果相競爭的成果。
遺傳編程在數據建模、曲線擬合以及特徵選擇等應用中顯示出其強大潛力。
隨著技術的進步,未來的遺傳編程可能會迎來更多創新。例如,元遺傳編程則是用於通過自身進化來提升遺傳編程系統性能的技術。這意味著不僅僅是程序本身可以進化,連促成進化的機制也可以被改進和調整。
遺傳編程的成功不僅在於技術的進步,更在於其應用的廣泛和效果。當我們展望人工智慧的未來,遺傳編程是否能成為引領智慧進化的新方向?