(neuro) Evolutionary Computing

introductie in...

Evolutionary Computing

30 MINUTEN.

introDUCTIE

• theory of evolution
• sterk versimpeld
• toch hele krachtige probleemoplosser

METAFOOR

EVOLUTIONARY ALGORITHM

SCHEMATISCH

GENETIC ALGORITHM SCHEMA (1)

GENETIC ALGORITHM SCHEMA (2)

GENETIC ALGORITHM SCHEMA (2)

EVOLUTIONARY ALGORITHM

REPRESENTATIE

REPRESENTATIE

[3, 785, 456, 691]                  // EA moet een wiskundige functie oplossen.
                                    // genotype v. individu zijn 4 getallen.


"alvo328zk6326d"                    // EA moet leren om bepaald woord te spellen. 
                                    // genotype v. individu is een string.


[                                   // EA moet een complexe som oplossen.
  [9, 1, 2, 3, 4]                   // genotype v. individu is een getallen matrix.
  [6, 8, 2, 0, 6]
]


1970598604                          // EA moet een cijferslot combinatie leren.
                                    // genotype v. individu is een nummer



                                    

                                    // EA moet uiteindelijk een goed stel hersenen 
                                    // leren / ontwikkelen voor een lopende robot.

fitness functie

REPRESENTATIE

fitness functie

• Berekent hoe de fitness van een individu in een populatie.
• heeft in de natuur geen objectieve definitie maar natuurlijk: overleven, interessant zijn voor het andere geslacht etc.

EVOLUTIONARY ALGORITHM

DE VERSCHILLENDE STAPPEN

INITIALISATIE (v. populatie)

• randomization
• good defaults (als je die informatie beschikbaar hebt)

PARENT SELECTION

• de betere individuen selecteren (kwaliteit verbeteren)
   
• bijna altijd probabilistisch
   
• selection mechanisms
  • roulette wheel
  • tournament
  • elitism
  • ...

RECOMBINATION

CROSSOVER

• nodig voor diversiteit, mogelijkheid tot verbetering van fitness
   
• 1 point
• n-point
• uniform (random copy)

RECOMBINATION: MUTATION

• nodig voor diversiteit, mogelijkheid tot verbetering van fitness
• probabilistic
• multiple
• ...

SURVIVOR SELECTION

• De fitness van nieuwe individuen wordt berekend adhv de fitness functie.
   
• De slechtste individuen (oplossingen) sterven.
   
• selectiemethoden:
  • tournament
  • roulette wheel
  • elitism
  • ...

stop conditions

• After a max number of generations
• When a certain goal has been reached
• When the best solution hasn't changed in x generations

EVOLUTIONARY ALGORITHM

PSEUDO algorithm

GENETIC ALGORITHM SKELETON (1)

BEGIN
  INITIALIZE population with random candidate solutions;
  EVALUATE each candidate;
  REPEAT UNTIL (TERMINATION CONDITION is satisfied) DO
    1 SELECT parents;
    2 RECOMBINE pairs of parents;
    3 MUTATE the resulting offspring;
    4 EVALUATE new candidates;
    5 SELECT individuals for the next generation;
  OD
END

http://www.springer.com/us/book/9783642072857

GENETIC ALGORITHM SKELETON (2)

1. Generate a random population of genomes
2. Rank the genomes according to their fitness
3. Select / Mate / Mutate population

4. repeatFrom(2) unless solution.isGood()

http://janmonschke.com/Genetic-Algorithms/presentation/#/6

EVOLUTIONARY ALGORITHM

VOORBEELD

HELLO (WORLD) EA ALGORITME

https://www.youtube.com/watch?v=6mRFITUwCVU

"hello"

"lZ54G"

"aZl4o"

"Hel2z"

"ktl67"

"zc93R"

"lZ54G"     5

"aZl4o"     4

"Hel2z"     3

"ktl67"     5

"zc93R"     5

"lZ54G" + "Hel2z"

    crossover:
"lZl2z" + "He54G"      
   4         3
    mutation:

"lZl2o" + "Het4G"

   3         3

NEURO EVOLUTION

NEURAL NETWORKS + EVOLUTIONARY COMPUTING

NEURO EVOLUTION

NEURAL NETWORKS + EVOLUTIONARY COMPUTING

NEURO EVOLUTION

NEURAL NETWORKS + EVOLUTIONARY COMPUTING

NEURO EVOLUTION

NEURAL NETWORKS + EVOLUTIONARY COMPUTING

EXAMPLES

http://janmonschke.com/Genetic-Algorithms/index.html

http://boxcar2d.com/

http://gencar.co/

http://rednuht.org/genetic_walkers/

VIDEOS

https://youtu.be/GOFws_hhZs8?t=255 (survivor gradient)

https://www.youtube.com/watch?v=z9ptOeByLA4&feature=youtu.be&t=66​ (soft robotics)
 

https://www.youtube.com/watch?v=pgaEE27nsQw&feature=youtu.be&t=48​ (muscle based locomotion)

https://www.youtube.com/watch?v=qv6UVOQ0F44 (mar I/O)

https://vimeo.com/20509456 (starcraft realtime)