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/ NetNews Usenet Archive 1993 #3 / NN_1993_3.iso / spool / comp / ai / genetic / 160 < prev    next >
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Text File  |  1993-01-22  |  5.9 KB  |  115 lines

  1. Newsgroups: comp.ai.genetic
  2. Path: sparky!uunet!gatech!destroyer!cs.ubc.ca!uw-beaver!pauld
  3. From: pauld@cs.washington.edu (Paul Barton-Davis)
  4. Subject: Re: So, genetic algorithms have nothing to do with genetics?
  5. Message-ID: <1993Jan22.182107.23356@beaver.cs.washington.edu>
  6. Sender: news@beaver.cs.washington.edu (USENET News System)
  7. Organization: Precipitating Pendulums Postal Party Poopers
  8. References: <1jlmb2INNjp4@gaia.ucs.orst.edu> <1993Jan22.170726.20115@cm.cf.ac.uk>
  9. Date: Fri, 22 Jan 93 18:21:07 GMT
  10. Lines: 103
  11.  
  12. In article <1993Jan22.170726.20115@cm.cf.ac.uk> David.Beasley@cm.cf.ac.uk (David Beasley) writes:
  13. [ "an engineer with no qualifications in biology ]
  14.  
  15. As a person with insufficient education in both areas, despite time
  16. working in both:
  17.  
  18. >Natural genetic systems include various features which are not relevant
  19. >in the GA world. For example, there are many different ways in which
  20. >errors can occur in the process of DNA replication, and nature has
  21. >evolved many different mechanisms to repair these errors. Does this
  22. >mean that in a GA we must slavishly copy this process - ie introduce
  23. >lots of mutations, using different mechanisms, then repair most of
  24. >them?  No - what we do is extract the _essential_ principle that, after
  25. >replication has been completed, there will be a small chance that a
  26. >number of mutations remain unrepaired.
  27.  
  28. The problem with this approach, IMHO, is that we don't know what the
  29. _essential_ principles are. Specifically, given your example, it may
  30. in fact be the case that error and error repair mechanisms are
  31. fundamental to the evolutionary potential of biological systems.
  32.  
  33. One really interesting feature that I have observed from my own work
  34. with a tierra-like system is the effect of a reproductive burden on
  35. the speed of evolution. Traditional GA's (say, as "traditional" as
  36. Koza's) do not make reproduction the responsibility of the evolving
  37. algorithm. A system like Tierra does, and in the process, forces the
  38. evolutions of all kinds of reproductive oddities like viruses and
  39. parasites. 
  40.  
  41. The problem with forcing the "algorithm" to reproduce is that you slow
  42. things down: any mutations or changes to its reproductive capability
  43. can potentially reduce its overall fitness (when seen in terms of its
  44. ranking in the population), even if its computational fitness is high.
  45. This is bad, from a GA point of view, because you are effectively
  46. selecting for a feature you don't care about: how well a system can
  47. reproduce. So, in normal GA-land, you simply use the "hand of god"
  48. approach: you reach in, and *you* do the reproduction, eliminating any
  49. selection pressure on this feature.
  50.  
  51. But wait ! Perhaps, just perhaps, this reproductive feature is just
  52. what you want. Its not very difficult to make a tierra-like system
  53. evolve its own form of crossover. All kinds of other wierd and
  54. wonderful reproductive mechanisms evolve too. It seems possible to me
  55. that when evolution is viewed as explorations of a vast state space,
  56. particular reproductive methods might be incapable of ever searching
  57. some particular areas of that space. Leaving the system free to devise
  58. its own reproductive strategies opens up the possibility of exploring
  59. areas of the state space that "programmer/user-selected" methods might
  60. not. 
  61.  
  62. What is very interesting to me about biological genetic systems is
  63. that they have evolved systems with very high reproductive fitness and
  64. very low computational fitness (bacteria, for instance, which
  65. reproduce in seconds but don't do much other than reproduce in terms
  66. of external effects on the world), as well as systems with very low
  67. reproductive fitness and very high computational fitness (such as
  68. mammals, which take years to reproduce, but carry out all kinds of
  69. complex operations).
  70.  
  71.  [ Finding a way to tune my tierra-like system so that it can generate
  72.    such diversity is a current goal of mine. ]
  73.  
  74. >Introns
  75. >
  76. >These are redundant sections within genes. Present-day natural genes do
  77. >not work properly if introns are artificially removed. This shows that
  78. >chromosomes have evolved so that introns are essential _now_, but this
  79. >does not prove that it _had_ to happen this way. Were they essential in
  80. >the past? Do they add evolutionary potential, perhaps? They can alter
  81. >the crossover probability with respect to the operational part of the
  82. >gene (see Levenick, James, "Inserting introns improves genetic
  83. >algorithm success rate: taking a cue from biology", ICGA-91) - but a
  84. >similar effect might be achieved with mating tags. Is there something
  85. >special about introns as such which means that they ought to be
  86. >included in GA representations?
  87.  
  88. My reading of introns, back from my days as a grad student studying
  89. the relationship between DNA sequence and structure, is that they
  90. serve at least two roles. One is alluded to by Levenick's paper, the
  91. other is expression related. Introns are actually a lot less random
  92. than coding sequences (measured, for instance, by entropy
  93. calculations). They have many more "features" than coding sequences,
  94. are the only regions containing the currently known control sequences
  95. relating to transcription (unless you consider such sequences to make
  96. the term "intron" inapplicable).
  97.  
  98. So, in a GA-like system, introns can only serve the sort of role that
  99. Levenick describes. In a tierra-like system that contained programs
  100. capable of using them for reproduction, they can be the basis of much
  101. more sophisticated operations. 
  102.  
  103. In summary, I don't think we really know what the essential
  104. characteristics of biological genetics are. We can either try to
  105. invent our own, to use or subset of biological ones, or try to mimic
  106. biology exactly, or some combination of all of these. There is no a
  107. priori reason for using any particular combination, IMHO.
  108.  
  109. -- paul
  110. -- 
  111. hybrid rather than pure; compromising rather than clean;    | Militant Agnostic
  112. distorted rather than straightforward; ambiguous rather than| I Don't Know
  113. articulated; both-and rather than either-or; the difficult  |   and You Don't
  114. unity of inclusion rather than the easy unity of exclusion. |   Know Either
  115.