Kecerdasan Komputasional

1. KECERDASAN KOMPUTASIONAL
Program Studi Informatika
Sesi 13 – EVOLUTIONARY COMPUTING 2
Ir. Henny Yulianti, M.M., M.Kom

2. Komputasi Evolusioner: Asal-usul
• Perspektif sejarah
• Inspirasi biologis:
• Teori evolusi Darwin (disederhanakan!)
• Genetika (disederhanakan!)
2

3. Perspektif sejarah (1/3)
• 1948, Turing:
mengusulkan "pencarian genetik atau evolusioner”
• 1962, Bremermann:
Optimasi melalui evolusi dan rekombinasi
1964, Rechenberg:
Memperkenalkan strategi evolusi
1965, L. Fogel, Owens dan Walsh:
memperkenalkan Pemrograman evolusioner
• 1975, Holland:
Memperkenalkan Algoritma genetika
1992, Koza:
Memperkenalkan Pemrograman genetika
3

4. Perspektif sejarah (2/3)
• 1985: Konferensi internasional pertama (ICGA)
• 1990: Konferensi internasional pertama di Eropa (PPSN)
• 1993: jurnal EC ilmiah pertama (MIT Press)
• 1997: peluncuran European EC Research Network EvoNet
4

5. Perspektif sejarah (3/3)
EC di awal abad ke-21:
3 konferensi EC utama, sekitar 10 yang terkait kecil
• 4 jurnal EC inti ilmiah
• 1000+ makalah terkait EC yang diterbitkan tahun lalu (perkiraan)
• Aplikasi yang tak terhitung jumlahnya (artinya: banyak)
• perusahaan konsultan dan R&D yang tak terhitung jumlahnya (artinya: ?)
• Bagian dari banyak kurikulum universitas
5

6. Evolusi Darwin (1/3): Kelangsungan hidup yang terkuat
(Survival of the fittest)
• Semua lingkungan memiliki sumber daya yang terbatas
(yaitu, hanya dapat mendukung sejumlah individu)
Life forms have basic instinct/ lifecycles geared towards reproduction
• Oleh karena itu, beberapa jenis seleksi tidak bisa dihindari
• Orang-orang yang bersaing untuk sumber daya yang paling efektif telah meningkatkan kesempatan
reproduksi
• Catatan: kebugaran dalam evolusi alami adalah turunan, ukuran sekunder, yaitu, kita (manusia)
menetapkan kebugaran tinggi untuk individu dengan banyak keturunan
6

7. Darwinian Evolution (2/3): Keragaman mendorong
perubahan
• Sifat fenotipik:
• Perbedaan perilaku/fisik yang mempengaruhi respon terhadap lingkungan
• Sebagian ditentukan oleh pewarisan, sebagian oleh faktor-faktor selama perkembangan
• Unik untuk setiap individu, sebagian sebagai akibat dari perubahan acak
• Jika sifat fenotipik:
• Menyebabkan peluang reproduksi yang lebih tinggi
• Dapat diwariskan
maka mereka akan cenderung meningkat pada generasi berikutnya, yang
mengarah ke kombinasi sifat baru ...
7

8. Evolusi Darwin (3/3): Ringkasan
• Populasi terdiri dari beragam kelompok individu
• Kombinasi sifat-sifat yang lebih baik beradaptasi cenderung meningkatkan
representasi dalam populasi
Individu adalah "unit seleksi"
• Variasi terjadi melalui perubahan acak yang menghasilkan sumber keragaman
konstan, ditambah dengan seleksi berarti bahwa:
Populasi adalah "unit evolusi"
• Perhatikan tidak adanya "kekuatan penuntun"
8

9. Metafora lanskap adaptif (Wright, 1932)
• Dapat membayangkan populasi dengan n sifat seperti yang ada dalam ruang
dimensi n + 1 (lanskap) dengan ketinggian yang sesuai dengan kebugaran
• Setiap individu yang berbeda (fenotip) mewakili satu titik pada lanskap
• Oleh karena itu, populasi adalah "awan" titik, bergerak di lanskap dari waktu ke
waktu seiring perkembangannya – adaptasi
9

10. Metafora lanskap adaptif (Wright, 1932)
10

11. Metafora lanskap adaptif (cont'd)
Seleksi "mendorong" populasi ke atas lanskap
Pergeseran genetik:
• variasi acak dalam distribusi fitur
• (+ atau -) yang timbul dari kesalahan pengambilan sampel
• dapat menyebabkan populasi "mencairkan" bukit, sehingga melintasi lembah
dan meninggalkan optima lokal
11

12. Genetika: Natural
Informasi yang diperlukan untuk membangun organisme hidup dikodekan dalam DNA organisme itu
Genotipe (DNA di dalam) menentukan fenotipe
Gen  Sifat fenotipik adalah pemetaan yang kompleks
 Satu gen dapat mempengaruhi banyak sifat (pleiotropi)
 Banyak gen dapat mempengaruhi satu sifat (poligeni)
Perubahan kecil dalam genotipe menyebabkan perubahan kecil dalam organisme (misalnya, tinggi,
warna rambut)
12

13. Genetika: Gen dan Genom
• Gen dikodekan dalam untaian DNA yang disebut kromosom
• Dalam kebanyakan sel, ada dua salinan dari setiap kromosom (diploidi)
• Materi genetik lengkap dalam genotipe individu disebut Genom
• Dalam suatu spesies, sebagian besar materi genetik adalah sama
13

14. Genetika: Contoh: Homo sapiens
• DNA manusia disusun menjadi kromosom
• Sel-sel tubuh manusia mengandung 23 pasang kromosom yang bersama-sama
menentukan atribut fisik individu:
14

15. Genetika: Sel Reproduksi
• Gamet (sperma dan sel telur) mengandung 23 kromosom individu daripada 23 pasang
• Sel dengan hanya satu salinan dari setiap kromosom disebut haploid
• Gamet dibentuk oleh bentuk khusus pemisahan sel yang disebut meiosis
• Selama meiosis, pasangan kromosom menjalani operasi yang disebut crossing-over
15

16. Genetika: Crossing-over selama meiosis
• Pasangan kromosom sejajar dan duplikat
• Pasangan dalam terhubung pada sentromer dan menukar bagian dari diri mereka sendiri
16
• Hasilnya adalah satu salinan kromosom ibu / ayah ditambah dua kombinasi yang sama sekali baru
• Setelah crossing-over salah satu dari setiap pasangan masuk ke setiap gamet

17. Genetika: Pemupukan
17
Sel sperma dari Ayah Sel telur dari Ibu
Sel orang baru (zigot)

18. Genetika: Setelah pembuahan
• Zigot baru dengan cepat membelah dll menciptakan banyak sel semua dengan isi genetik yang
sama
• Meskipun semua sel mengandung gen yang sama, tergantung pada, misalnya di mana mereka
berada dalam organisme, mereka akan berperilaku berbeda
• Proses perilaku diferensial selama perkembangan ini disebut ontogenesis
• Semua ini menggunakan, dan dikendalikan oleh, mekanisme yang sama untuk mendekode gen
dalam DNA
18

19. Genetika: Kode genetik
• Semua protein dalam kehidupan di bumi terdiri dari urutan yang dibangun dari 20
asam amino yang berbeda
• DNA dibangun dari empat nukleotida dalam spiral heliks ganda: purin A,G;
pirimidin T,C
• Kembar tiga ini dari kodon, yang masing-masing kode untuk asam amino tertentu
• Banyak redundansi:
• purin melengkapi pirimidin
• DNA mengandung banyak sampah
• 43 = 64 kode kodon untuk 20 asam amino
• Kode genetik = pemetaan dari kodon ke asam amino
• Untuk semua kehidupan alami di bumi, kode genetiknya sama!
19

20. Klaim utama dalam genetika molekuler: hanya aliran satu arah
Genotipe Fenotipe
Genotipe Fenotipe
Lamarckisme (mengatakan bahwa fitur yang diperoleh dapat diwariskan) dengan
demikian salah!
Genetika: Transkripsi, terjemahan
20

21. Genetika: Mutasi
• Kadang-kadang beberapa perubahan materi genetik sangat sedikit selama proses
ini (kesalahan replikasi)
• Ini berarti bahwa anak mungkin memiliki informasi materi genetik yang tidak
diwarisi dari salah satu orang tua
• Ini bisa berupa:
• Bencana: keturunan tidak layak (kemungkinan besar)
• Netral: Fitur baru tidak memengaruhi kebugaran
• Menguntungkan: Fitur baru yang kuat terjadi
• Redundansi dalam kode genetik membentuk cara yang baik untuk memeriksa
kesalahan
21

22. Motivasi untuk komputasi evolusioner (1/2)
• Alam selalu menjadi sumber inspirasi bagi para insinyur dan ilmuwan
• Pemecah masalah terbaik yang dikenal di alam adalah:
• otak (manusia) yang menciptakan "roda, New York, perang, dan sebagainya" (setelah
Douglas Adams 'Hitch-Hikers Guide)
• mekanisme evolusi yang menciptakan otak manusia (setelah Darwin's Origin of Species)
• Jawaban 1  Komputasi saraf
• Jawaban 2  Komputasi evolusioner
22

23. Motivasi untuk komputasi evolusioner (2/2)
Mengembangkan, menganalisis, menerapkan metode pemecahan masalah alias
algoritma adalah tema sentral dalam matematika dan ilmu komputer
Waktu untuk analisis masalah menyeluruh berkurang
Kompleksitas masalah yang harus dipecahkan meningkat
Konsekuensi: Diperlukan teknologi PEMECAHAN MASALAH YANG KUAT
23