何时在遗传算法中检查染色体的有效性

Question

我正在尝试为Rhino开发一个插件，它可以生成建筑平面图（基于Shape Grammars）。该插件使用RhinoCommon API在C＃中编写。使用不同的规则，表示为染色体中的基因，我转换起始几何。使用GA，适应度函数确定转换规则的最佳序列，以生成与参数标准（区域，视图，最小构造等）匹配的几何。

由于几何体代表了体系结构，因此需要遵循一些建设性规则。我的问题是关于遗传算法的一般方法： 我什么时候检查染色体创建的几何体的有效性？在基因插入点或者我只是给无效的几何形状一个不好的适应值？

当我向染色体添加基因（代表几何变换操作）时，我可以检查这是否会导致无效的几何体。例如： 我的起始形状是一个矩形：

一个转换选项是将一个矩形边分成两部分。该基因看起来像这样：[DIVIDE：TOP：0.25]。这将创建包含两个段的一侧，在四分之一标记处分开：

如果我已经知道一个片段必须具有一定长度，则该基因可能会产生无效的几何体。在上面的示例中，顶部的红色部分太短。我是否在基因插入点实现了这种几何检查（对于其他规则可能比在所示示例中更复杂），或者我是否等到适应度函数来验证它？在这个例子中，检查是当我添加一个段拆分基因时，我检查结果段是否在允许的范围内？ 不检查可能导致由染色体组成的群体产生无效的几何形状，或者个体具有非常差的适应性。检查可以保证具有“有效”染色体的群体，但染色体的产生可能需要更长的时间。

什么是更好的策略？

Answer 1

我认为这两种方法实际上都可以正常工作，并且根据您的其他参数，它们的行为几乎相同。只要无效的基因组从未被选择为亲本，让无效的基因组通过将与在基因插入点移除它们相同，只要在第一种情况下您的群体明显大于第二种情况。假设您估计大约33％的基因插入导致无效的基因组。那么，当你让无效的基因组通过时，你希望你的群体是你生产时拒绝无效基因组的3倍。在这两种情况下，该算法将仅允许选择有效的基因组作为亲本，从而产生非常相似的结果。

在您的情况下，在插入点拒绝无效的基因组可能更容易，这将确保所有潜在的父母都有效。

我最后要指出的是，如果您使用大量的评估时间拒绝无效的基因组，您可能需要考虑改变遗传算子的方法，以便它们只能产生有效的基因组。我不确定在你的遗传算法中做到这一点的最佳方法，但通常在遗传编程中使用一种发展方法，它只对“胚胎”解决方案进行有效的改变。

Answer 2

我认为检查必须在胚胎发育（绘图）功能和适应性中，因为两个有效父母之间的交叉（DIVIDE：TOP：0.25）和（DIVIDE：BOTTOM：0.05）可以创造后代像（ DIVIDE：TOP：0.05）即使允许语法，也会创建太短的段。由于这必须通过适应度函数来评估，因此检查基因创建或突变点是多余的。