الخوارزميات التطورية

الخوارزميات التطورية (EA) هي نوع من خوارزميات التحسين المستوحاة من التطور البيولوجي الطبيعي وتستخدم لحل المشكلات المعقدة عن طريق تقليد عملية التطور الموجودة في الطبيعة. يتم استخدامها لمجموعة من المهام مثل التحسين واختيار الميزات وتحسين المعلمات ومشكلات التحكم. الغرض الرئيسي من الخوارزمية التطورية هو إيجاد الحل الأمثل لمشكلة معينة حيث قد تكون خوارزميات التحسين التقليدية الأخرى غير قادرة على توفير الحل المطلوب.

تعتمد الخوارزميات التطورية على أربعة أفكار رئيسية، وهي السكان والاختيار والتقاطع والطفرة. أولاً، تتم تهيئة مجموعة الحلول المحتملة باستخدام خوارزمية تطورية. يتكون هذا المجتمع الأولي عادةً من حلول تم إنشاؤها عشوائيًا للمشكلة. ثم يتم استخدام الاختيار لاختيار أفضل الحلول الفردية في السكان. يتم هذا الاختيار عادةً باستخدام دالة اللياقة البدنية، التي تقيس جودة الحل الفردي وفقًا لمعايير المشكلة المحددة.

ثم تتبع عملية الاختيار عمليات التقاطع والطفرة. في عملية التقاطع، يتم دمج حلين أصليين من خلال تبادل بعض عناصرهما وإنشاء حلول فرعية أكثر ملاءمة من الحلول الأصلية. تؤدي عملية الطفرة بعد ذلك إلى اضطراب محاليل النسل قليلاً وإدخال تغييرات طفيفة في جيناتهم، وبالتالي خلق مجموعة من الحلول المتنوعة والمستقلة. يتم تنفيذ هذه العمليات بشكل متكرر حتى يتم العثور على حل يلبي المعايير المحددة.

تتمتع الخوارزميات التطورية بأربع مزايا رئيسية مقارنة بتقنيات التحسين التقليدية الأخرى. أولاً، إنها سهلة الاستخدام نسبيًا، حيث لا يلزم وجود معرفة تفصيلية بتقنيات التحسين. ثانيًا، إنهم قادرون على البحث بكفاءة عبر مساحات بحث كبيرة مع تجنب الحد الأدنى المحلي. ثالثًا، إنهم قادرون على التقاط بنية المشكلة واستخدامها لتشكيل حلول أكثر ملاءمة. وأخيرًا، فهي مقاومة للضوضاء وعدم اليقين.

لقد تم استخدام الخوارزميات التطورية بنجاح في مجموعة متنوعة من التطبيقات التي تتراوح من الروبوتات إلى التمويل. لقد تم استخدامها لحل مشاكل التحسين مثل مشكلة البائع المتجول، للتحكم في الروبوتات المستقلة، ولتدريب الشبكات العصبية الاصطناعية. الخوارزميات التطورية هي أيضًا أساس الحساب التطوري، وهو مجال من أبحاث الذكاء الاصطناعي الذي يستخدم الخوارزميات التطورية لتطوير حلول للمشكلات.

إن تطبيقات الخوارزميات التطورية واسعة ومتنوعة، حيث يمكن الاستفادة من قدرتها على توفير حلول فعالة وقوية في مجموعة واسعة من المجالات. ولذلك فهي أداة قوية للباحثين في مجال علوم الكمبيوتر والبرمجة والأمن السيبراني.