基因演算法

Genetic Algorithm

模擬進化過程的優化算法

詳細解釋

基因演算法(Genetic Algorithm, GA)是模擬生物進化過程的優化算法,通過選擇、交叉、變異迭代尋找最優解。

核心機制:

  • 編碼:問題解表示為基因串
  • 種群:多個解的集合
  • 適應度:評估解的好壞
  • 選擇:適者生存,優秀解繁殖
  • 交叉:兩解基因交換產生後代
  • 變異:隨機改變部分基因

優勢:

  • 全局搜索:不易陷入局部最優
  • 無梯度:適用不可導問題
  • 並行:種群可並行評估
  • 通用:適用各種優化問題

應用:

  • 排程優化:生產計劃、路線規劃
  • 結構設計:工程結構拓撲優化
  • 神經網絡:神經架構搜索搜尋架構
  • 遊戲AI:策略優化
  • 組合優化:旅行商問題

局限:

  • 收斂慢:需大量迭代
  • 參數敏感:種群大小、變異率等
  • 理論分析困難
  • 連續優化不如梯度方法

與深度學習的結合:

  • 優化網絡架構
  • 超參數搜尋
  • 權重初始化

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