复杂性科学与智能计算ppt课件

(2)主讲人：中国科技大学电子科学与技术系陈先福，电子邮箱： XF陈电话： 3602173(O)3661273(H)33869872004年5月19日，攻城战不怕硬书，不怕困难，科学不怕困难，科学难通叶剑英元帅，1977安徽大学入学考试论文题目：“从科学难，演化性=非线性=复杂性=创新模式定理=混沌=涌现机制=涌现演化=创新系统模型，报告内容，1。“复杂性”2.3的根源。积木假说与混沌现象。复杂系统与复杂性(简介)5。新兴进化=创新过程。创新：丰富了联想随机碰撞(个人观点)。1.荷兰的生物进化模拟和复杂适应系统，科技发展的源泉卢永祥总统1。生产和生活2。1960年前后，荷兰试图用计算机来模拟生物的遗传进化过程。这是意想不到的：遗传模拟优化算法1975。荷兰出版了著名的著作自然和人工系统的适应性遗传算法的基本思想：达尔文进化论的基本框架孟德尔遗传理论遗传算法：选择交叉变异遗传算法的基本理论：荷兰模式定理，1.荷兰的生物进化模拟和复杂适应系统(2)，再一次出人意料：仔细模拟达尔文进化的遗传算法实际上反映了非达尔文进化思想。-由选择交叉和变异的三个基本遗传算子组成的遗传算法显示出独特的步长、探索性搜索模式和学习能力。这一步和探索性搜索模式反映了突然进化的主要特征。20世纪80年代中后期，荷兰转向非线性和复杂性科学领域。智能诞生于混沌边缘智能=复杂适应系统，2.荷兰模式定理的理论研究，生物进化动力学(主流观点)自然选择基因突变区域分离和基因流随机漂移标准遗传算法基本算子(荷兰):选择交叉变异)荷兰模式定理推导思路：交叉操作破坏模型(Schema)变异操作破坏模型(Schema)，2。荷兰模型定理的理论研究(2)。在选择、交叉和变异的作用下，低模序、短模长、高适应度的最优模型在连续几代中呈指数增长。荷兰模型定理1的缺点。模型增长的下限估计太低。它不能解释遗传算法的收敛过程。2。荷兰模型定理的理论研究(3)，被荷兰忽略的模型增长因子1。隐藏模型H2的个体间模型H2的交叉保护。H模式与非H模式相交时H模式的生存机会。a)交叉点在模式h之外；b)个体之间的模式相似性极高。3.非模式H个体在交叉和变异H的过程中产生模式H。2。荷兰模式定理的理论研究(3)。具有相同模式(共同特征)的个体之间的交叉对模式H的保护作用：1)最优模式在遗传进化过程中呈指数增长；2)人们被分成不同的群体和事物。同类交配是自然遗传的主要方式。在对荷兰模式定理(4)的理论研究中，修正模式定理：在标准遗传算法遗传运算后，种群中模式数h的数学期望可由以下公式估计：修正模式定理的下界总是大于荷兰模式定理的下界。荷兰模式定理不涉及模式的数量，但修正后的模式定理清楚地表明，模式的增长不仅与模式的平均适合度有关，还与模式的相对数量有关。关于荷兰模型定理的理论研究(5)，结论：1。提高了模型估计的下限；2.揭示了遗传算法模式的进化特征，其中低阶模式主要由适应度优势发展，高阶模式主要由数量优势维持。积木假说和混沌现象，积木假说：在选择、交叉和变异操作的作用下，最优模型(积木)具有问题：我们可以用遗传算法来模拟混沌吗？指数增长=纯随机=不可预测=复杂涌现，4。复杂系统与复杂性(简介)，当代科学的发展特征：(从2到3)科学技术前沿：理论，最小和极其复杂的研究手段：理论，实验模拟研究对象：材料，能量信息研究方法：分析，还原集成反映哲学观念的重大变化，4.复杂系统和复杂性(简介)*。1877年，哲学家格奥尔格海恩雷耶斯在批判休谟的“因果关系理论”时指出，有必要区分两种类型的影响(因果关系效应和突然效应)。有些效果不能基于组件或组成元素的知识来预测，也不能分解为子功能或组件的组合。嘿。嘿。4.复杂系统与复杂性(导言)(2)，l什么是“复杂性”？远离平衡的大耗散系统的整体特征由于组成元素之间的局部非线性作用而自发出现。复杂性体现了以下特征。复杂性从属于某个系统的内在本质和特征。没有系统就不能研究复杂性，但不是所有的系统都有复杂性。2.这种属性(主要指系统的、整体的和全局的属性)是突发性的，具有不可约性和不可预测性的特点。3.突然的结果来自系统内部的自组织过程。涌现机制是复杂性研究的中心课题。L涌现机制的基本特征是：新颖性(创新)的不可预测性。荷兰认为，对于特定环境下的共同进化系统来说，没有什么是固定不变的。复杂适应系统的本质在于进化过程中的突发性和永恒的新颖性。LGA的并行性本质及其独特的逐步探索性搜索方法和学习能力(具有一些突发进化特征)为“复杂性研究”和“复杂系统仿真”提供了重要的研究思路和研究方法。嘿。嘿。5.创新过程。1922年，哲学家劳埃德机关在他的突然理论演讲中首次使用“突然进化”这个术语来传播刘易斯。他认为高层复杂组织是低层组织的突现进化结果。1930年，米德在美国哲学学会的会议上发表了一篇著名的演讲。20世纪20年代前后，当突现理论主要被用作生物进化理论时，许多“创造性理论”的先驱将“创造性活动”比作“突现进化过程”，形成了当时的创造性研究热潮。1960年，坎贝尔提出了类似自然进化的三个创造性活动阶段：平衡变异阶段、自然选择阶段和保持阶段。1988.克西克曾米哈里根据坎贝尔的思想指出，创造系统应该包括三个组成部分：创造个体发生器产生新奇感，由个体组成的社会系统根据既定标准评价新生个体并进行自然选择，以及外部机制根据相对稳定的身体特征提供维持能力和评价标准。1913.数学家亨利庞加莱描述了他最初突发的：年的一个夜晚，我喝了黑咖啡，久久不能入睡。我的想法在脑海中翻滚，我觉得它们在冲突和碰撞中，我想以稳定的组合形式说些什么.第二天早上醒来，我确认了一类复变函数的存在嘿。嘿。5.突变=创新过程(3)，1988。认知科学家西蒙顿在他的认知模型中继承了这一思想，他指出，为了创新，个人必须拥有参与创新领域的精神元素如事实、理论和信息等。并将这些精神元素储存在他的脑海中。通过潜意识创新的过程，各种精神元素被随机组合和构建。虽然大多数新的结构是不稳定的，不能被人们意识到，但是，可能有一些新的结构足够稳定，使人们主观上感觉到一个原始的突然出现。在模拟和突然出现的模拟方面，荷兰老师是这一过程的先驱，6.创新：丰富了联想随机碰撞(个人观点)。联想能力是人类智力的主要标志之一。灵感来自随机碰撞(遗传算法的交叉操作)。创新是一个突然的进化过程。基于领域知识的丰富联想精神元素的随机碰撞创新火花和火花通过传播和传播(遗传进化)得到稳定。近期的一些研究思路：多层次进化计算：1)单基因层次：物理、化学、生理和生化层次2)基因型层次：有序结构(遗传进化)3)学科层次：学科对环境的适应(经验学习、条件反射适应)4)系统层次：竞争、自组织和协调发展。近期的一些研究思路：2 .弹性TSP问题研究：1)突触连接=橡皮筋：弹性2)神经网络=图3)大脑思维=图论问题求解4)求解过程=外部刺激下的丰富联想(灵感)5)求解结果：边界条件下的多角度、多层次丰富联想共振！(主观和客观一致)，几个最近的研究想法。沙漠绿洲蔓延(生态进化)1)生命之源：水“黄河水如何移出天堂”2