V. Operadores dos Algoritmos Genéticos

Visão Geral

Como vimos em Esboço Básico de Algoritmos Genéticos, o cruzamento e a mutação são as partes mais importantes do algoritmo genético. O desempenho é influenciado principalmente por esses dois operadores. Antes de detalharmos mais cruzamento e mutação, vejamos mais alguma informação sobre cromossomas.

A Codificação de um Cromossoma

Um cromossoma deve de alguma maneira conter a informação da solução que ele representa. A forma mais comum de codificar é uma série (string) binária. Um cromossoma pode então se parecer como isto:

Cromossoma 1	1101100100110110
Cromossoma 2	1101111000011110

Cada cromossoma é representado por uma série binária. Cada bit da série representa alguma característica da solução. Outra possibilidade é que a série toda possa representar um número - isso foi feito basicamente no applet AG.

É claro, há muitas outras formas de codificar. A codificação dependerá principalmente do problema a ser solucionado. Por exemplo, um pode codificar diretamente números inteiros ou reais, algumas vezes é útil codificar algumas permutações, e assim por diante.

Cruzamento

Depois de decidirmos que codificação usaremos, podemos proceder a operação de cruzamento. O cruzamento opera em determinados genes dos cromossomas dos pais e cria novas descendências. A maneira mais simples de fazer isso é escolher aleatóriamente alguns pontos de cruzamento e copiar tudo o que vem antes desse ponto de um dos pais e então copiar tudo o que vem depois desse ponto do outro pai.

O Cruzamento pode ser ilustrado da seguinte maneira: ( | é o ponto de cruzamento):

Cromossoma 1	11011 \| 00100110110
Cromossoma 2	11011 \| 11000011110
Descendência 1	11011 \| 11000011110
Descendência 2	11011 \| 00100110110

Há outras maneiras de fazer cruzamento. Por exemplo, nós podemos escolher mais pontos de cruzamento. O cruzamento pode ser um pouco complicado e depender principalmente da codificação dos cromossomas. Cruzamentos especificos feitos para problemas específicos podem melhorar o desempenho dos algoritmos genéticos.

Mutação

Depois que um cruzamento é realizado, acontece a mutação. A mutação tem a intenção de prevenir que todas as soluções do problema dessa população caiam em um ponto ótimo local. A operação de mutação muda aleatóriamente a descendência criada pelo cruzamento. No caso de uma codificação binária, podemos mudar aleatóriamente alguns bits escolhidos de 1 para 0, ou de 0 para 1. A mutação pode então ser ilustrada como a seguir:

Descendência Original 1	1101111000011110
Descendência Original 2	1101100100110110
Descendência Mutada 1	1100111000011110
Descendência Mutada 2	1101101100110110

A técnica da mutação (da mesma forma que a do cruzamento) depende muito da codificação dos cromossomas. Por exemplo, quando codificamos permutações, mutações podem ser realizadas como uma troca de dois genes.