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

Biologische Evolution in Kurzform

Schleimklumpen in der Ursuppe der Erde 1 Schleimklumpen in der Ursuppe der Erde

Im Urozean entwickeln sich die Fische 2 Im Urozean entwickeln sich die Fische

Vorsichtig erobert das Leben das Land 3 Vorsichtig erobert das Leben das Land

Unsere Vorfahren erklettern die Bäume 4 Unsere Vorfahren erklettern die Bäume

Die Krönung der Evolution denkt über seine Entstehung nach 5 Die Krönung der Evolution denkt über seine Entstehung nach

Die Zweifel in Darwin 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“

Evolution einer Augenlinse

Verformbarer Glaskörper als Evolutionsobjekt

Auf dem Weg zu einer evolutionsstrategischen Algebra

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

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

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

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

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

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

Evolution der Objektvariablen Evolution der Strategievariablen Geschachtelte Evolutionsstrategie [ m  ,  , g ] g  m + l ( + l ) - ES Evolution der Objektvariablen Evolution der Strategievariablen Beispiel: Mutative Schrittweitenregelung

Lokales Gipfelsteigen Setzen von Gründerpopulationen Geschachtelte Evolutionsstrategie [ m  ,  , g ] g  m + l ( + l ) - ES Lokales Gipfelsteigen Setzen von Gründerpopulationen Beispiel: Globale Optimierung

Gründer Populationen

Evolutionsstrategische Optimierung eines Freiträgers mit minimalem Gewicht

Evolutionsstrategische Optimierung einer Fachwerkbrücke mit minimalem Gewicht

, , m  [  ] m l l ( ) - ES  g g + + Ortho-Evolution ! Geschachtelte Evolutionsstrategie m  , [  , g ] g  m l + l ( + ) - ES Aktuelle Position Gründerposition Ortho-Evolution !

Dynamische Brückenoptimierung

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

Von den Anfängen der Evolutionsstrategie

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

Bob Shaw Augen der Vergangenheit

Science-Fiction: Langsamglas

Anatolij Dnjeprow Insel der Krebse

Sich selbst reproduzierende Roboterkrebse Insel der Krebse: Eine Science-Fiction-Erzählung über künstliche Evolution, die bei der Entwicklung der Evolutionsstrategie Pate stand U. Berg http://www.bionik.tu-berlin.de/institut/skript/inskreb.htm

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.

Idee für ein mechanisches Evolutionsexperiment (1964)

Formgebungsproblem Tragflügelprofil

„Darwin“ im Windkanal Schlüsselexperiment mit der Evolutionsstrategie 1964

Zahl der Einstellmöglichkeiten: 515 = 345 025 251

Fiktive Mutationsmaschine GALTONsches Nagelbrett

Analogien - Evolutionsstrategie Biologie Technik 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

Künstliche Evolution: Gelenkplatte im Windkanal

Künstliche Evolution: Gelenkplatte im Windkanal

Der Spiegel 18. November 1964

Evolution Rohrkrümmer 1965 1980 Manuelles und maschinelles Evolutionsexperiment 6 handbewegte Stangen (links) und 10 roboterbetätigte Seilzüge (rechts) mutieren einen Rohrkrümmer

Optimaler 90°- Strömungskrümmer

Heißwasserdampfdüse für das Evolutionsexperiment mutierbar gemacht

SCHWEFELs Evolutionsexperiment mit einer Heißwasserdampfdüse

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

Ende