Prírodou inšpirované algoritmy
študijné materiály pre projekt mobilnej triedy umelej inteligencie
|
|||||
Applet podľa pôvodnej Dawkinsovej koncepcie
ÚVOD
Applet bol inšpirovaný Dawkinsovou knihou "Slepý hodinár" (The Blind Watchmaker).
Fyzickú štruktúru udáva 9 rôznych génov (dĺžka, uhol konárov, hĺbka rekurzie). Applet zobrazuje rodičovský biomorf a jeho potomkov, pričom každý z nich sa líši v hodnote jedného génu. Takto si užívateľ sám môže vybrať ktorý potomok najviac vyhovuje jeho predstave a stáva sa rodičom pre ďalší vrh.
Biomorfy sú zábavnou cestou pre demonštráciu sily evolúcie.
GÉNY
Prvých 8 génov má 19 alel, z rozsahu -9 až do +9 a sú využité pre kódovanie smeru a dĺžky ramien súčasne. Deviaty gén je z rozsahu 0-9 a vyjadruje hĺbku rekurzie, a tiež ovplyvňuje dĺžku konárov. Zmena (mutácia) je dovolená celočíselným krokom.
VYKRESĽOVANIE RAMIEN
Platia nasledujúce pravidlá:
- Každé rameno sa rozdelí vždy na 2 nové
- Kmeň má smer 2
- Využije sa rekurzívny algoritmus pre vykreslenie biomorfa, kde:
- ľavé rameno má smer o jednotku menší
- pravé rameno má smer o jednotku väčší
- Prechádza sa takto cez rôzne smery
- Dĺžka ramien sa s vnorením do rekurzie znižuje
V génoch sú informácie pre vykresľovanie zakódované (podobné živým organizmom). Preto je nutné zvoliť vhodné dekódovanie. Na to sa využívajú dve polia dx a dy, obe môžu obsahovať 8 hodnôt a samotné dekódovanie sa deje nasledovne:
| dx[3] = gene[1]; | //basic dx directions |
| dx[4] = gene[2]; | |
| dx[5] = gene[3]; | |
| dx[1] = -dx[3]; | //symmetry about y axis |
| dx[0] = -dx[4]; | |
| dx[7] = -dx[5]; | |
| dx[2] = 0; | |
| dx[6] = 0; | |
| dy[2] = gene[4]; | //basic y directions |
| dy[3] = gene[5]; | |
| dy[4] = gene[6]; | |
| dy[5] = gene[7]; | |
| dy[6] = gene[8]; | |
| dy[0] = dy[4]; | //ensure symmetry |
| dy[1] = dy[3]; | |
| dy[7] = dy[5]; |
Následne sa polia dx a dy využijú pri rekurzívnom vykresľovaní.
| Funkcia, ktorá sa volá rekurzívne a počíta súradnice nových bodov |
|---|
| public void drawTree(Graphics g, int x, int y, int length, int dir, int[] dx, int[] dy)
{ int xnew = x + length * dx[dir]; int ynew = y + length * dy[dir]; g.drawLine(x , y, xnew, ynew); if (length > 0) { drawTree(g, xnew, ynew, length - 1, dir - 1, dx, dy); drawTree(g, xnew, ynew, length - 1, dir + 1, dx, dy); } } |
GUI
Grafické rozpoloženie prvkov je prispôsobené požiadavke vykreslenia všetkých možných potomkov daného rodičovského biomorfu. Kliknutím na potomka sa zvolí tento potomok za rodiča v novej generácii. Je zvýraznený gén, v ktorom sa ten ktorý potomok líši od rodiča. Implementované je to pomocou odvodenia od už existujúceho SWINGového komponentu JPanel.
DIVERZITA BIOMORFOV
Dawkins avizoval významné zmeny biomorfov pri ich vývoji.
Najvýraznejší vizuálny efekt zmeny sa dosiahne mutáciou 9. génu, ktorý predstavuje hĺbku rekurzie.
Významná zmena sa prejaví aj vtedy, keď sa mutuje v jednom géne, ktorý robí vzdialenosť od osi y. Ak je dostatočne malá táto vzdialenosť od osi y, a ešte sa následne zníži, ramená biomorfa sa prekrížia (to čo bolo naľavo, prejde napravo).
Obrázok z knihy Slepý hodinár, Figure 3
Obrázok z knihy Slepý hodinár, Figure 4
SOURCE
Zdrojové kódy appletu aj so súbormi projektu v NetBeans 5.0 alebo Sun Java Studio Enterprise.