遺傳算法的生物學(xué)基礎(chǔ)
        生物在自然界中的生存繁衍，顯示出了其對(duì)自然環(huán)境的自適應(yīng)能力。受其啟發(fā)，
  人們致力于對(duì)生物各種生存特性的機(jī)理研究和行為模擬，為人工自適應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
  和開(kāi)發(fā)提供了廣闊的前景。遺傳算法(Genetic Algorithms，簡(jiǎn)稱(chēng)GAs)就是這種生物
  行為的計(jì)算機(jī)模擬中令人矚目的重要成果?；趯?duì)生物遺傳和進(jìn)化過(guò)程的計(jì)算機(jī)模
  擬，遺傳算法使得各種人工系統(tǒng)具有優(yōu)良的自適應(yīng)能力和優(yōu)化能力。
        遺傳算法所借鑒的生物學(xué)基礎(chǔ)就是生物的遺傳和進(jìn)化。
1.1.1  遺傳與變異
     遺傳(Heredity)—— 世間的生物從其父代繼承特性或性狀，這種生命現(xiàn)象就稱(chēng)為
                                        遺傳(Heredity)，由于遺傳的作用，使得人們可以種瓜得瓜、
                                        種豆得豆，也使得鳥(niǎo)仍然是在天空中飛翔，魚(yú)仍然是在水中邀
                                        游。
•  構(gòu)成生物的基本結(jié)構(gòu)和功能的單位是細(xì)胞(Ce11)。
  •  細(xì)胞中含有的一種微小的絲狀化合物稱(chēng)為染色體(Chromosome)，生物的所有遺
     傳信息都包含在這個(gè)復(fù)雜而又微小的染色體中。
  •  基因
          經(jīng)過(guò)生物學(xué)家的研究，控制并決定生物遺傳性狀的染色體主要是由一種叫做脫
     氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid  簡(jiǎn)稱(chēng)DNA)的物質(zhì)所構(gòu)成。 DNA在染色體中有
     規(guī)則地排列著，它是個(gè)大分子的有機(jī)聚合物，其基本結(jié)構(gòu)單位是核苷酸，許多核苷
      酸通過(guò)磷酸二酯鍵相結(jié)合形成一個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的鏈狀結(jié)構(gòu)，兩個(gè)鏈狀結(jié)構(gòu)再通過(guò)堿基間的氫鍵有
      規(guī)律地扭合在一起，相互卷曲起來(lái)形成一種雙螺旋結(jié)構(gòu)?；蚓褪荄NA長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)中占有一
      定位置的基本遺傳單位。
  •  遺傳信息是由基因(Gene)組成的，生物的各種性狀由其相應(yīng)的基因所控制。
  •  基因是遺傳的基本單位。細(xì)胞通過(guò)分裂具有自我復(fù)制的能力，在細(xì)胞分裂的過(guò)
      程中，其遺傳基因也同時(shí)被復(fù)制到下一代，從而其性狀也被下一代所繼承。
•  遺傳基因在染色體中所占據(jù)的位置稱(chēng)為基因座(Locus)；
• 同一基因座可能有的全部基因稱(chēng)為等位基因(Allele)；
• 某種生物所特有的基因及其構(gòu)成形式稱(chēng)為該生物的基因型(Genotype)；
• 而該生物在環(huán)境中呈現(xiàn)出的相應(yīng)的性狀稱(chēng)為該生物的表現(xiàn)型(Phenotype)；
•  一個(gè)細(xì)胞核中所有染色體所攜帶的遺傳信息的全體稱(chēng)為一個(gè)基因組(Genome)
生物的遺傳方式：
 1.  復(fù)制
         生物的主耍遺傳方式是復(fù)制。遺傳過(guò)程中，父代的遺傳物質(zhì)DNA被復(fù)制到子
    代。即細(xì)胞在分裂時(shí)，遺傳物質(zhì)DNA通過(guò)復(fù)制(Reproduction)而轉(zhuǎn)移到新生的細(xì)
    胞中，新細(xì)胞就繼承了舊細(xì)胞的基因。
 2. 交叉
         有性生殖生物在繁殖下一代時(shí)，兩個(gè)同源染色體之間通過(guò)交叉(Crossover)而重
     組，亦即在兩個(gè)染色體的某一相同位置處DNA被切斷，其前后兩串分別交義組合
     而形成兩個(gè)新的染色體。
 3. 變異
         在進(jìn)行細(xì)胞復(fù)制時(shí)，雖然概率很小，僅僅有可能產(chǎn)生某些復(fù)制差錯(cuò)，從而使
    DNA發(fā)生某種變異(Mutation)，產(chǎn)生出新的染色體。這些新的染色體表現(xiàn)出新的
    性狀。

      如此這般，遺傳基因或染色體在遺傳的過(guò)程中由于各種各樣的原因而發(fā)生變化。1.1.2  進(jìn)化
        地球上的生物，都是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期進(jìn)化而形成的。根據(jù)達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說(shuō)，地
    球上的生物具有很強(qiáng)的繁殖能力。在繁殖過(guò)程中，大多數(shù)生物通過(guò)遺傳，使物種
    保持相似的后代；部分生物由于變異，后代具有明顯差別，甚至形成新物種。正
    是由于生物的不斷繁殖后代，生物數(shù)目大量增加，而自然界中生物賴(lài)以生存的資
    源卻是有限的。因此，為了生存，生物就需要競(jìng)爭(zhēng)。生物在生存競(jìng)爭(zhēng)中，根據(jù)對(duì)
    環(huán)境的適應(yīng)能力，適者生存，不適者消亡。自然界中的生物，就是根據(jù)這種優(yōu)勝
    劣汰的原則，不斷地進(jìn)行進(jìn)化。
          
   • 生物的進(jìn)化是以集團(tuán)的形式共同進(jìn)行的，這樣的一個(gè)團(tuán)體稱(chēng)為群體(Population)，
      或稱(chēng)為種群。
   • 組成群體的單個(gè)生物稱(chēng)為個(gè)體(Individual)，
   • 每一個(gè)個(gè)體對(duì)其生存環(huán)境都有不同的適應(yīng)能力，這種適應(yīng)能力稱(chēng)為個(gè)體的適應(yīng)度(Fitness)。
1.1.3  遺傳與進(jìn)化的系統(tǒng)觀(guān)

        雖然人們還未完全揭開(kāi)遺傳與進(jìn)化的奧秘，即沒(méi)有完全掌握其機(jī)制、也不完全
    清楚染色體編碼和譯碼過(guò)程的細(xì)節(jié)，更不完全了解其控制方式，但遺傳與進(jìn)化的
    以下幾個(gè)特點(diǎn)卻為人們所共識(shí)：
  (1) 生物的所有遺傳信息都包含在其染色體中，染色體決定了生物的性狀；
  (2) 染色體是由基因及其有規(guī)律的排列所構(gòu)成的，遺傳和進(jìn)化過(guò)程發(fā)生在染色體上；
  (3) 生物的繁殖過(guò)程是由其基因的復(fù)制過(guò)程來(lái)完成的；
  (4) 通過(guò)同源染色體之間的交叉或染色體的變異會(huì)產(chǎn)生新的物種，使生物呈現(xiàn)新的
        性狀。
  (5) 對(duì)環(huán)境適應(yīng)性好的基因或染色體經(jīng)常比適應(yīng)性差的基因或染色體有更多的機(jī)會(huì)
        遺傳到下一代。
1.2  遺傳算法簡(jiǎn)介
          遺傳算法是模擬生物在自然環(huán)境下的遺傳和進(jìn)化過(guò)程而形成的一種自適應(yīng)全局
    優(yōu)化概率搜索方法。
         
         它最早由美國(guó)密西根大學(xué)的H.Holland教授提出，起源于60年代對(duì)自然和人工
    自適應(yīng)系統(tǒng)的研究；
        
          1967年，Bagley發(fā)表了關(guān)于遺傳算法應(yīng)用的論文，在其論文中首次使用“遺傳算法（ Genetic Algorithm）”一詞。
         
          70年代 De Jong基于遺傳算法的思想在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行了大量的純數(shù)值函數(shù)優(yōu)化
     計(jì)算實(shí)驗(yàn)。
         
           在一系列研究工作的基礎(chǔ)上，80年代由Goldberg進(jìn)行歸納總結(jié)，形成了遺傳算法的基本框架。