現(xiàn)代計(jì)算方法講座ppt課件(已修改)
2025-05-13 12:14 本頁面
【正文】 現(xiàn)代計(jì)算方法專題 提綱 ? 進(jìn)化計(jì)算方法（遺傳算法） ? 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) ? 蟻群智能計(jì)算 ? 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)與方法（支持向量機(jī)） 背景介紹 21世紀(jì)，系統(tǒng)生物學(xué)的誕生進(jìn)一步提升了后基因組時(shí)代的生命科學(xué)研究能力。正如胡德所說： “ 系統(tǒng)生物學(xué)將是 21世紀(jì)醫(yī)學(xué)和生物學(xué)的核心驅(qū)動(dòng)力。 ” 生物學(xué)世紀(jì)的兩樁令人矚目的科學(xué)事件 ◆ 1994年 ,美國科學(xué)家 Adelman在 Science上發(fā)表了第一篇用 DNA分子的生化反應(yīng)進(jìn)行計(jì)算并解決人類數(shù)學(xué)問題的開創(chuàng)性文章。這個(gè)事件則向人們揭示，生命體也是計(jì)算的主體，不僅人、動(dòng)物甚至更簡單的生命物質(zhì)也會(huì)進(jìn)行計(jì)算，例如細(xì)胞核 DNA份子也可以是計(jì)算的主體。 ◆ 2022年 ,人類染色體的 DNA全序列測序完成，從此人類有了自己的遺傳密碼。這件事告訴人們生命體是計(jì)算的產(chǎn)物，這種計(jì)算依賴的數(shù)據(jù)和計(jì)算程序的編碼隱藏在人類已測定的 30億個(gè)堿基對中。 進(jìn)入 21世紀(jì)短短的 10年，向生命世界學(xué)習(xí)計(jì)算的思想悄然在科學(xué)界傳播開來，形成新的計(jì)算主義。 一、進(jìn)化計(jì)算方法（遺傳算法） ? 兩種力量導(dǎo)致了生物進(jìn)化的產(chǎn)生，構(gòu)成進(jìn)化的基本要素：變異與選擇。 ? 根據(jù)現(xiàn)代生物進(jìn)化理論，所有的生物體的特征及其變化都受到基因的控制，并將自己的基因拷貝給子女，這就是遺傳密碼。 ? 自然選擇是對生物的表現(xiàn)型的選擇遺傳變異是基因型中某個(gè)遺傳密碼形成突變，或者遺傳密碼進(jìn)行重新組合。 ? 在模仿進(jìn)化原理而形成的仿生計(jì)算中最基礎(chǔ)與典型的算法就是 遺傳算法 (Geic Algorithm) ? 遺傳算法是 John Holland開發(fā)的一種進(jìn)化算法 ? 遺傳算法的基本操作： Step 1 將問題求解的對象編碼成由基因組成的染色體； Step 2 設(shè)計(jì)雜交和變異規(guī)則； Step 3 設(shè)計(jì)適應(yīng)值函數(shù)并進(jìn)行遺傳操作。 GA的形式化定義 ? 記 為抽象的個(gè)體， 為所有字符長度為 的二進(jìn)制串的集合。種群 表示為 個(gè)個(gè)體的一個(gè)組，記為 ，定義適應(yīng)值函數(shù) (實(shí)數(shù) )， 稱為個(gè)體的適應(yīng)值。選擇操作的算子定義為 ；雜交操作的算子 ；變異操作的算子 。定義 為雜交概率， 為變異概率，則一下七元組就定義了一個(gè)遺傳運(yùn)算（即為一個(gè)特定的 GA） lPB? lB l12( , , , )nP p p p?n lPB?: lf B R?()ifp: lls B B? : l l lc B B B??: llm B B? [0,1]cP ?[0,1]mP ?( , , , , , , )cmG A P f s c m P P?案例 ? 實(shí)例目標(biāo)函數(shù)作圖， Matlab程序 x = 1: : 2。 y = x .* sin(10*pi * x) + 。 plot(x, y)。 grid on。 二、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) ? 早在 20世紀(jì)上半葉開始了這個(gè)領(lǐng)域的研究，在多半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展中成為無論在理論還是應(yīng)用方面都日趨成熟的仿生計(jì)算分支。 ? 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有學(xué)習(xí)功能，其學(xué)習(xí)也稱訓(xùn)練。神
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