当进化论遇到算法，可以用来做什么？

大家都知道植物和动物的进化

(资料图)

但你知道

工程师也可以利用这种自然过程

来发明东西吗？

动物和植物在艰难复杂的环境中

需要不断进化来适应

正所谓物竞天择，适者生存

图源：摄图网

长期以来，生物学家一直在研究进化是如何运作的，而数学家和计算机科学家与生物学家合作，创建了可以改进设计的计算机程序，来帮助工程师发明东西——这被称为进化优化算法，它们可以用来设计更快的飞机、更坚固的桥梁，甚至更好的游戏。

到底什么是进化？

进化是我们用来描述植物和动物在很长一段时间内如何变化的词。

比如，一个孩子会有点像他的父母。也许孩子和母亲有一样的头发颜色，和父亲一样高。这种相似性在代际之间的传递被称为遗传。

孩子和父母之间也会有细微的差异，可能是更大的鼻子或者更好的视力。这些差异被称为突变。

图源：摄图网

在自然界中，微小的突变可能意味着动植物的生与死之间的差异。例如，如果两匹斑马正在逃离一只正在寻找午餐的狮子，那么跑得最快的将是逃脱并幸存下来的那只。幸存的斑马将能够生下后代，可能会继承父母的奔跑速度。快速斑马宝宝也更有可能生存并自己生孩子，因此随着时间的推移，斑马种群将成为快速奔跑者。这个过程就是自然选择。

物种进化是为了在他们的环境中生存，这是遗传、突变和自然选择的结合。

生物以惊人的方式进化，做着不可思议的事情——从可以改变颜色以躲避捕食者的飞蛾到可以通过皮肤喝水的蜥蜴。

那么，我们能否利用这些来自大自然的想法来创造发明？

进化优化算法

关于这个问题，有几位计算机科学家提出了进化优化算法的想法。

在1950年到1960年之间，进化优化算法可用于各种事情，例如设计飞机，在视频游戏中构建关卡，甚至创作艺术。

现在，让我们想象我们正在尝试设计一座桥：

**首先，我们需要设定一个目标。例如我们希望桥梁尽可能多地承受重量。**一旦确定了目标，我们就可以比较两种桥梁设计——哪个是能承载最重的那个，哪个就更好。

**下一步是创建一些起始桥接设计。**这可以用计算机随机完成，或者我们可以花一些时间自己设计它们。通过在计算机上运行仿真，我们可以预测每个桥梁设计可以承受多少重量。利用这些信息，我们可以根据设计的质量对设计进行排序。

一旦我们知道哪些设计可以承受最大的重量，我们就可以选择他们作为“父母”——类似于自然界中的情况，还记得吗？只有最快的斑马才能生孩子。

当然，桥梁实际上不可能有“孩子”，但科学家可以编写计算机程序，能够将两种好的设计结合起来，产生一个新的“孩子”设计，共享“父母”双方的特征。

**不断使用继承和突变生成新的设计，然后对这些新设计进行仿真，确定哪些设计最好，然后重复该过程。**所有这些都是由计算机自动完成的。在很长一段时间内，可能是几周或几个月，就能找到越来越好的桥梁设计。