Prírodou inšpirované algoritmy

Úvod

Ako veda a technika napreduje stále ďalej a ďalej, naráža na stále obtiažnejšie a zložitejšie problémy, ktorých riešenia musia byť stále viac a viac komplexnejšie. S takýmto scenárom vývoja sa stretávajú aj evolučné výpočty pracujúce s genotypmi a fenotypmi. Prax ukazuje, že priame mapovanie z genotypu na fenotyp, kde každá jednotka fenotypu je reprezentovaná jedným génom v genotype, nie je efektívnou cestou vývoja.

Príroda nám ukazuje spôsob ako nájsť schodnejšiu cestu vývoja, tou je opätovné použitie génov. Príroda takto dokáže vytvárať obrovské množstvo variácii vo výslednom organizme. Opätovné použitie génov označujeme pojmom nepriame kódovanie a umožňuje použiť jeden gén viackrát, ale v rozdielnych štádiách vývoja.

Existujú dve základné formy nepriameho kódovania:

• Prvá, kde sa fenotypické štruktúry objavujú v opakujúcich sa vzoroch, to znamená, že ak sa vzor opakuje, tá istá skupina génov zabezpečuje jeho špecifikáciu. Príkladom môže byť množstvo receptorových polí vo vizuálnom kortexe. Ďalším príkladom môže byť podobná všeobecná stavba stavovcov, konkrétny výstup je ale u každého iný.
• Druhá, kde produkt toho istého génu sa používa na odštartovanie rozdielnych fáz vývinu. Napríklad Cohn so spoločníkmi objavili, že génový produkt fibroblast (rastový faktor) zodpovedá za vzhľad predných aj zadných končatín v závislosti na časti tela, kde sa aplikuje.

Z uvedeného vyplýva, že nepriame kódovanie je spôsob použitia procesu vývinu, kde výsledok vývinu je určený poradím, časom a miestom aktivácie génu. Vedci predpokladajú, že takýmto kódovaním kompaktné kódy môžu evolvovať do nesmierne zložitých fenotypov. V súčasnosti sa používa viacero mien pre umelé evolučné systémy, ktoré používajú vývinovú fázu. Sú to napríklad Umelá ontogenéza, Výpočtová Embryogenéza, Bunkové kódovanie a Morfogenéza. Na celú túto triedu systémov budeme používať pojem Umelá Embryogenéza.