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Genetic Programming

Ho sfogliato velocemente l'indice e sembra un libro interessante. L'argomento è la genetic programming e lo trovate gratuito per il download su www.gp-field-guide.org.uk.

Gli autori sono Riccardo Poli, William B. Langdon, Nicholas F. McPhee e John R. Koza.

L'indice è il seguente:

1 Introduction 1
1.1 Genetic Programming in a Nutshell . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2 Getting Started . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3 Prerequisites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.4 Overview of this Field Guide . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
I Basics 7
2 Representation, Initialisation and Operators in Tree-based
GP 9
2.1 Representation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2 Initialising the Population . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.3 Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.4 Recombination and Mutation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3 Getting Ready to Run Genetic Programming 19
3.1 Step 1: Terminal Set . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.2 Step 2: Function Set . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.2.1 Closure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.2.2 Sufficiency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.2.3 Evolving Structures other than Programs . . . . . . . 23
3.3 Step 3: Fitness Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.4 Step 4: GP Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.5 Step 5: Termination and solution designation . . . . . . . . . 27
4 Example Genetic Programming Run 29
4.1 Preparatory Steps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.2 Step-by-Step Sample Run . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4.2.1 Initialisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4.2.2 Fitness Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.2.3 Selection, Crossover and Mutation . . . . . . . . . . . 32
4.2.4 Termination and Solution Designation . . . . . . . . . 35
II Advanced Genetic Programming 37
5 Alternative Initialisations and Operators in Tree-based GP 39
5.1 Constructing the Initial Population . . . . . . . . . . . . . . . 39
5.1.1 Uniform Initialisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
5.1.2 Initialisation may Affect Bloat . . . . . . . . . . . . . 40
5.1.3 Seeding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
5.2 GP Mutation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5.2.1 Is Mutation Necessary? . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5.2.2 Mutation Cookbook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5.3 GP Crossover . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
5.4 Other Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
6 Modular, Grammatical and Developmental Tree-based GP 47
6.1 Evolving Modular and Hierarchical Structures . . . . . . . . . 47
6.1.1 Automatically Defined Functions . . . . . . . . . . . . 48
6.1.2 Program Architecture and Architecture-Altering . . . 50
6.2 Constraining Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
6.2.1 Enforcing Particular Structures . . . . . . . . . . . . . 52
6.2.2 Strongly Typed GP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
6.2.3 Grammar-based Constraints . . . . . . . . . . . . . . . 53
6.2.4 Constraints and Bias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
6.3 Developmental Genetic Programming . . . . . . . . . . . . . 57
6.4 Strongly Typed Autoconstructive GP with PushGP . . . . . 59
7 Linear and Graph Genetic Programming 61
7.1 Linear Genetic Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
7.1.1 Motivations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
7.1.2 Linear GP Representations . . . . . . . . . . . . . . . 62
7.1.3 Linear GP Operators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
7.2 Graph-Based Genetic Programming . . . . . . . . . . . . . . 65
7.2.1 Parallel Distributed GP (PDGP) . . . . . . . . . . . . 65
7.2.2 PADO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
7.2.3 Cartesian GP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
7.2.4 Evolving Parallel Programs using Indirect Encodings . 68
8 Probabilistic Genetic Programming 69
8.1 Estimation of Distribution Algorithms . . . . . . . . . . . . . 69
8.2 Pure EDA GP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
8.3 Mixing Grammars and Probabilities . . . . . . . . . . . . . . 74
9 Multi-objective Genetic Programming 75
9.1 Combining Multiple Objectives into a Scalar Fitness Function 75
9.2 Keeping the Objectives Separate . . . . . . . . . . . . . . . . 76
9.2.1 Multi-objective Bloat and Complexity Control . . . . 77
9.2.2 Other Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
9.2.3 Non-Pareto Criteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
9.3 Multiple Objectives via Dynamic and Staged Fitness Functions 80
9.4 Multi-objective Optimisation via Operator Bias . . . . . . . . 81
10 Fast and Distributed Genetic Programming 83
10.1 Reducing Fitness Evaluations/Increasing their Effectiveness . 83
10.2 Reducing Cost of Fitness with Caches . . . . . . . . . . . . . 86
10.3 Parallel and Distributed GP are Not Equivalent . . . . . . . . 88
10.4 Running GP on Parallel Hardware . . . . . . . . . . . . . . . 89
10.4.1 Master–slave GP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
10.4.2 GP Running on GPUs . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
10.4.3 GP on FPGAs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
10.4.4 Sub-machine-code GP . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
10.5 Geographically Distributed GP . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
11 GP Theory and its Applications 97
11.1 Mathematical Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
11.2 Search Spaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
11.3 Bloat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
11.3.1 Bloat in Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
11.3.2 Bloat Control in Practice . . . . . . . . . . . . . . . . 104
III Practical Genetic Programming 109
12 Applications 111
12.1 Where GP has Done Well . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
12.2 Curve Fitting, Data Modelling and Symbolic Regression . . . 113
12.3 Human Competitive Results – the Humies . . . . . . . . . . . 117
12.4 Image and Signal Processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
12.5 Financial Trading, Time Series, and Economic Modelling . . 123
12.6 Industrial Process Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
12.7 Medicine, Biology and Bioinformatics . . . . . . . . . . . . . 125
12.8 GP to Create Searchers and Solvers – Hyper-heuristics . . . . 126
12.9 Entertainment and Computer Games . . . . . . . . . . . . . . 127
12.10The Arts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
12.11Compression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
13 Troubleshooting GP 131
13.1 Is there a Bug in the Code? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
13.2 Can you Trust your Results? . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
13.3 There are No Silver Bullets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
13.4 Small Changes can have Big Effects . . . . . . . . . . . . . . 133
13.5 Big Changes can have No Effect . . . . . . . . . . . . . . . . 133
13.6 Study your Populations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
13.7 Encourage Diversity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
13.8 Embrace Approximation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
13.9 Control Bloat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
13.10Checkpoint Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
13.11Report Well . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
13.12Convince your Customers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
14 Conclusions 141
IV Tricks of the Trade 143
A Resources 145
A.1 Key Books . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
A.2 Key Journals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
A.3 Key International Meetings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
A.4 GP Implementations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
A.5 On-Line Resources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
B TinyGP 151
B.1 Overview of TinyGP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
B.2 Input Data Files for TinyGP . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
B.3 Source Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
B.4 Compiling and Running TinyGP . . . . . . . . . . . . . . . . 162

Buona lettura a tutti!

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