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Ingo Rechenberg PowerPoint-Folien zur 1. Vorlesung Evolutionsstrategie I Von der Insel der Krebse zum ES-Kalkül Geschichte, Gegenwart und Zukunft der.

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2 Ingo Rechenberg PowerPoint-Folien zur 1. Vorlesung Evolutionsstrategie I Von der Insel der Krebse zum ES-Kalkül Geschichte, Gegenwart und Zukunft der Evolutionsstrategie

3 Biologische Evolution in Kurzform

4 1 Schleimklumpen in der Ursuppe der Erde

5 2 Im Urozean entwickeln sich die Fische

6 3 Vorsichtig erobert das Leben das Land

7 4 Unsere Vorfahren erklettern die Bäume

8 5 Die Krönung der Evolution denkt über seine Entstehung nach

9 Die Annahme, dass das Auge mit all seinen unnachahmlichen Einrichtungen, die Linse den verschiedenen Entfernungen anzupassen, wechselnde Lichtmengen zuzulassen und sphärische wie chromatische Abweichungen zu verbessern, durch die natürliche Zuchtwahl entstanden sei, erscheint, wie ich offen bekenne, in höchstem Grade absurd. Aus Charles Darwin: Die Entstehung der Arten Die Zweifel in Darwin

10 Evolution einer Augenlinse

11 Verformbarer Glaskörper als Evolutionsobjekt

12 Auf dem Weg zu einer evolutionsstrategischenAlgebra

13 1 + 1 ( ) 2 - gliedrige Wettkampfsituation- ES, +, Auf dem Weg zu einer evolutionsstrategischen Algebra

14 ( ) - ES +, Auf dem Weg zu einer evolutionsstrategischen Algebra / Beispiel = 2 ( ) - ES +, / 2 Elter liefert nur die Hälfte der Erbinformation

15 ( ) - ES +, Auf dem Weg zu einer evolutionsstrategischen Algebra Beispiel: (1+ 6) 4 =

16 ( ) - ES +, Auf dem Weg zu einer evolutionsstrategischen Algebra Beispiel: = (1, 6) 8 + (1, 6) 8 4 (1, 6) 8 2,2,

17 ( ) - ES +, Auf dem Weg zur geschachtelten Evolutionsstrategie +, [ ] ' = Zahl der Eltern-Populationen ' = Zahl der Nachkommen-Populationen = Zahl der Eltern-Individuen = Zahl der Nachkommen-Individuen = Generationen der Isolation ' = Zahl der Populations-Generationen

18 Biologische Entsprechung der Strategie-Schachtelung | Familie Gattung { Art [ Varietät ( Individuum ) ] } |

19 ( ) - ES +, Geschachtelte Evolutionsstrategie +, [ ] Evolution der Objektvariablen Evolution der Strategievariablen Beispiel: Mutative Schrittweitenregelung

20 ( ) - ES +, Geschachtelte Evolutionsstrategie +, [ ] Lokales Gipfelsteigen Setzen von Gründerpopulationen Beispiel: Globale Optimierung

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22 Gründer Populationen

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25

26 Evolutionsstrategische Optimierung eines Freiträgers mit minimalem Gewicht

27 Evolutionsstrategische Optimierung einer Fachwerkbrücke mit minimalem Gewicht

28 ( ) - ES +, Geschachtelte Evolutionsstrategie +, [ ] Aktuelle Position Gründerposition Ortho-Evolution !

29 Dynamische Brückenoptimierung

30 Melancholie, Kupferstich von Albrecht Dürer aus dem Jahr 1514 Magisches Quadrat

31 Von den Anfängen der Evolutionsstrategie

32 Wissenschaftler als Autoren von Science-Fiction Johannes Alfven Isaac Asimov Wernher von Braun Konrad Fialkowski Stanislav Lem Fred Hoyle Konstantin Ziolkowski Michael Crichton

33 Bob Shaw Augen der Vergangenheit

34 Science-Fiction: Langsamglas

35 Anatolij Dnjeprow Insel der Krebse

36 Sich selbst reproduzierende Roboterkrebse Insel der Krebse: Eine Science-Fiction- Erzählung über künstliche Evolution, die bei der Entwicklung der Evolutionsstrategie Pate stand U. Berg

37 Experiment künstliche Evolution Gesucht ist ein einfaches technisches System mit den Eigenschaften: 1. Das System soll manuell mit geringstem Aufwand bei vorgegebener Fehlerhäufigkeit reproduziert werden können. 2. Das System soll eine Qualität (Tauglichkeit) besitzen, die besonders einfach gemessen werden kann.

38 Idee für ein mechanisches Evolutionsexperiment ( 1964 )

39 Formgebungsproblem Tragflügelprofil

40 Darwin im Windkanal Schlüsselexperiment mit der Evolutionsstrategie 1964

41 Zahl der Einstellmöglichkeiten: 51 5 =

42 Fiktive Mutationsmaschine G ALTON sches Nagelbrett

43 Analogien - Evolutionsstrategie BiologieTechnik Erbanlagen, niedergeschrieben im DNA-Molekül (Genotyp) Winkelgrade, notiert auf einem Protokollblatt Sichtbares Erscheinungsbild eines Lebewesens (Phänotyp ) Eingestellte Form der Gelenkplatte im Windkanal Zunehmende Tauglichkeit des Lebewesens in der Umwelt Abnehmender Widerstand der Gelenkplatte im Windkanal

44 Künstliche Evolution: Gelenkplatte im Windkanal

45

46

47 Der Spiegel 18. November 1964

48 Manuelles und maschinelles Evolutionsexperiment 6 handbewegte Stangen (links) und 10 roboterbetätigte Seilzüge (rechts) mutieren einen Rohrkrümmer Evolution Rohrkrümmer

49 Optimaler 90°- Strömungskrümmer Optimaler 180°- Strömungskrümmer

50 Heißwasserdampfdüse für das Evolutionsexperiment mutierbar gemacht

51 S CHWEFEL s Evolutionsexperiment mit einer Heißwasserdampfdüse

52 Evolution des Pferdefußes Vom Eohippus zum Equus (60 Millionen Jahre)

53 Ende


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