Prírodou inšpirované algoritmy

Úvod

Myšlienka použiť evolučné techniky na generovanie tvarov je stará 10 až 15 rokov. Dizajnéri používajú evolúciu na optimalizáciu tvarov rôznych predmetov, umelci generujú evolučnou cestou esteticky príťažlivé formy, architekti vyvíjajú nové dizajny budov.

Evolučné algoritmy sa považujú za jedny z najflexibilnejších, najvýkonnejších a najrobustnejších algoritmov na riešenie úloh optimalizácie, teda hľadanie odpovede na otázku „ktoré riešenie je najlepšie“ pre tie problémy, kde sa dá kvalita každého riešenia ohodnotiť jedným číslom – hodnotou optimalizovanej funkcie. Ako už napovedá názov, využívajú modely základných mechanizmov evolúcie živej hmoty. Existujú štyri hlavné typy evolučných algoritmov :

• Genetické algoritmy
• Evolučné programovanie
• Evolučné stratégie
• Genetické programovanie

V súčasnosti sa evolučné algoritmy s úspechom používajú na riešenie širokého rozsahu problémov z rôznych oblastí.

Evolučný dizajn spočíva v podstate v generovaní inovatívnych tvarov.

Ešte predtým ako sa pustíme do detailného rozboru rôznych aspektov tohto prístupu, je vhodné zodpovedať si otázku : prečo evolvovať dizajn? Je mnoho príčin prečo zvoliť práve evolúciu, väčšinu z nich možno zhrnúť do odpovede:

„pretože sa zdá, že to funguje celkom dobre“

Ak sa na vec pozrieme detailnejšie, existujú pravdepodobne štyri podstatné dôvody prečo použiť evolučné algoritmy na riešenie problémov súvisiacich s dizajnom.

1. Evolúcia je dobrý a všeobecný nástroj na riešenie problémov

Evolučné algoritmy sú iba jednou z mnohých metód používaných vo výpočtovej technike. Nie je presne možné exaktne vymedziť ktoré z týchto metód sú najvhodnejšie k riešeniu určitej skupiny problémov. Napriek tomu existuje skupina metód, ktoré vykazujú lepšie výsledky na širokom spektre úloh. Evolučné algoritmy spadajú do tejto kategórie metód a tento fakt dokazuje najmä množstvo úspešne vyriešených problémov.

2. Iba evolučné algoritmy boli úspešné v každom type evolučného dizajnu

Hill climbing, simulované žíhanie a ostatné techniky – všetky z nich boli úspešne použité iba v určitej oblasti, ale iba EA boli úspešné vo všetkých typoch automatizovaného dizajnu.

3. Podobnosť medzi evolúciou a človekom riadeným dizajnom

Podľa niektorých výskumníkov v tejto oblasti je proces evolúcie v mnohom podobný ľuďmi riadeného dizajnu. Z histórie je zrejmé, že nástroje predchodcov človeka sa vyvíjali s dobou, takisto ako sa napríklad dnes vyvíjajú stále výkonnejšie počítače.

4. Tie najúspešnejšie a najzvláštnejšie tvary boli vytvorené prírodnou evolúciou

Príroda evolúciou vytvára tie najpodivnejšie tvary už nepredstaviteľne dlho. Napríklad aj najzložitejší systém – samotný ľudský mozog – je dielom prírodnej evolúcie. A práve schopnosť prírody vytvoriť z jednej bunky obsahujúcej inštrukcie zakódované v jednej molekule DNA takýto komplexný systém ako je mozog len potvrdzuje vhodnosť evolučných techník na návrh dizajnov.