PowerPoint-Folien zur 1. Vorlesung „Evolutionsstrategie I“

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2 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

3 Biologische Evolution
in Kurzform

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

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

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

7 Unsere Vorfahren erklettern die Bäume
4 Unsere Vorfahren erklettern die Bäume

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

9 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“

10 Evolution einer Augenlinse

11 Verformbarer Glaskörper als Evolutionsobjekt

12 Auf dem Weg zu einer evolutionsstrategischen Algebra

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

14 , , 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

15 , 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)

16 ,  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 =

17 , , [ 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

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

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

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

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22 Gründer Populationen

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26 Evolutionsstrategische Optimierung eines Freiträgers mit minimalem Gewicht

27 Evolutionsstrategische Optimierung einer Fachwerkbrücke mit minimalem Gewicht

28 , , m  [  ] m l l ( ) - ES  g g + + Ortho-Evolution !
Geschachtelte Evolutionsstrategie m  , [  , g ] g  m l + l ( + ) - ES 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 Konstantin Ziolkowski Fred Hoyle 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:
515 =

42 Fiktive Mutationsmaschine
GALTONsches Nagelbrett

43 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

44 Künstliche Evolution: Gelenkplatte im Windkanal

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46 Künstliche Evolution: Gelenkplatte im Windkanal

47 Der Spiegel 18. November 1964

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

49 Optimaler 90°- Strömungskrümmer

50 Heißwasserdampfdüse für das Evolutionsexperiment mutierbar gemacht

51 SCHWEFELs Evolutionsexperiment mit einer Heißwasserdampfdüse

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

53 Ende