Τι είναι γενετική μηχανή;

Η γενετική μηχανή είναι μια μέθοδος μηχανικής μάθησης που εμπνέεται από τη φυσική διαδικασία της εξέλιξης στη φύση. Αναπτύχθηκε από τον John Holland στη δεκαετία του 1970 και αποτελεί μια από τις βασικές μέθοδους εξελικτικής υπολογιστικής.
Η γενετική μηχανή λειτουργεί επιλέγοντας τα καλύτερα χαρακτηριστικά από μια πληθυσμιακή διασταύρωση και μετάλλαξη γονιδίων σε κάθε γενιά. Η πληθυσμιακή διασταύρωση περιλαμβάνει την αναδιάταξη και συνδυασμό των χαρακτηριστικών από διάφορα άτομα, ενώ η μετάλλαξη αλλάζει τυχαία ένα ή περισσότερα γονίδια ενός ατόμου.

Ο στόχος της γενετικής μηχανής είναι η επίτευξη ενός βέλτιστου συνδυασμού χαρακτηριστικών που επιλύει ένα πρόβλημα ή αυξάνει την απόδοση μιας εφαρμογής. Η μέθοδος χρησιμοποιείται συχνά σε προβλήματα βελτιστοποίησης, όπως η επιλογή του βέλτιστου συνδυασμού παραμέτρων σε μοντέλα μηχανικής μάθησης.

Η γενετική μηχανή ανήκει στην κατηγορία των αλγορίθμων εξελικτικής υπολογιστικής και χρησιμοποιείται συνήθως για προβλήματα βελτιστοποίησης και αναζήτησης χώρου καταστάσεων. Ο αλγόριθμος επιλύει ένα πρόβλημα αναζητώντας μια πληθυσμία λύσεων, η οποία επιδιώκει να βελτιωθεί στη διάρκεια των γενεών, χρησιμοποιώντας διασταύρωση και μετάλλαξη. Κάθε μέλος της πληθυσμίας αντιπροσωπεύει μια δυνητική λύση στο πρόβλημα. Κάθε μέλος περιγράφεται από έναν κώδικα γονιδίων, που μπορεί να αναπαρασταθεί ως μια σειρά από δυαδικά ψηφία, αλφαριθμητικά, αριθμούς κλπ. Η διαδικασία εξέλιξης αρχίζει με μια αρχική πληθυσμία τυχαίων λύσεων. Στη συνέχεια, γίνεται εκτέλεση μιας σειράς από γενεές, κατά τη διάρκεια των οποίων γίνεται επιλογή, διασταύρωση και μετάλλαξη των μελών της πληθυσμίας, με σκοπό τη βελτίωση της απόδοσης τους στο πρόβλημα.