Genetic Programming 1996

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出版者:The MIT Press
作者:John R. Koza
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:1996-07-08
价格:USD 85.00
装帧:Paperback
isbn号码:9780262611275
丛书系列:
图书标签:
  • 遗传编程
  • 机器学习
  • 人工智能
  • 进化计算
  • 算法
  • 计算机科学
  • 优化
  • 程序合成
  • 1996
  • 学术著作
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具体描述

好的,这是一份关于《遗传规划 1996》一书内容的详细介绍,完全不涉及任何后续或替代主题: 图书名称:《遗传规划 1996》(Genetic Programming 1996) 内容摘要与深度解析 《遗传规划 1996》是遗传规划(Genetic Programming, GP)领域早期、奠基性研究成果的集中体现。本书汇集了 1996 年全球范围内在该领域取得的关键进展、实验方法论、理论探讨以及实际应用案例。它记录了 GP 从早期概念验证阶段向更成熟、更具工程实用性方向发展的关键转折点。本书的结构严谨,内容聚焦于遗传规划的核心机制——如何通过模拟自然选择和遗传过程,让计算机程序或结构(而非简单的数值参数)进行自我演化以解决复杂问题。 本书的重点关注以下几个核心技术和理论层面: 第一部分:遗传规划的核心机制与基础理论 这一部分深入探讨了遗传规划的基础构建模块,这些模块是所有后续应用和高级技术的基础。 1. 树状表征与程序结构: 本书详细阐述了遗传规划中程序如何被编码为树结构。这种树结构是 GP 与传统遗传算法(GA)最显著的区别之一。书中分析了不同类型的函数集(terminals 和 non-terminals),以及如何构建具有足够表达能力的语法结构。特别地,它讨论了如何平衡程序结构的复杂性与计算效率,防止生成过长或不可执行的“悖论树”(ephemeral trees)。 2. 选择、交叉与变异操作的精确实现: 本书提供了 1996 年时最前沿的选择、交叉(crossover)和变异(mutation)算子的详细描述和实现细节。 交叉操作的挑战: 重点分析了 Subtree Crossover(子树交叉)的原理,以及在实践中如何避免生成无效的子代程序,例如如何确保交叉点后的结构保持语法正确性。书中讨论了 Subtree Crossover 过程中,程序树的深度和宽度对演化动态的影响。 变异操作的精细化: 讨论了针对特定结构(如节点类型、函数集)的局部变异策略,以及如何平衡探索(exploration)和利用(exploitation)的矛盾。 3. 适应度函数的设计与评估: 适应度函数是指导 GP 演化的“环境”。本书花费大量篇幅探讨了适应度函数的关键性。它分析了如何为解决特定问题设计一个能够准确衡量程序性能的指标。讨论内容包括:处理多目标优化问题时的适应度组合策略,以及如何通过添加“保护性惩罚项”来避免程序在运行时发生错误(如除零错误或无限循环)。 第二部分:算法的效率与收敛性分析 在 1996 年,研究的重点之一是如何提高 GP 的搜索效率,并理解其收敛行为。 1. 种群规模与一代次数的敏感性研究: 书中包含了对不同种群规模和迭代次数对最终解的质量影响的实证研究。这些研究试图量化 GP 算法的计算资源需求与解决方案质量之间的权衡。 2. 线性与非线性演化动态: 研究人员开始深入分析 GP 种群在演化过程中的非线性特性。书中展示了如何通过监控种群多样性(diversity)和最佳适应度值(best fitness)的变化曲线,来诊断算法是否陷入局部最优,以及何时应停止演化。 3. 知识的积累与“巨型个体”现象: 本书探讨了 GP 演化过程中,某些高效的、结构精巧的程序片段(building blocks)是如何被保留和重组的。同时也分析了“巨型个体”(Bloaters)——即那些虽然适应度高但体积异常庞大的程序——的形成原因及其对种群资源占用的影响。 第三部分:关键应用案例与领域突破 1996 年是遗传规划开始展示其在工程和科学建模领域强大能力的关键时期。本书收录了多个里程碑式的应用实例。 1. 符号回归(Symbolic Regression): 这是 GP 最经典的应用之一。书中展示了如何利用 GP 从数据集中自动发现潜在的数学模型和函数表达式。讨论集中在如何选择合适的基函数集(如幂函数、三角函数、对数函数等),以确保发现的公式具有可解释性和泛化能力。特别关注了如何处理高噪声数据和多变量关系。 2. 自动电路设计(Automatic Circuit Design): 书中详述了 GP 如何用于设计电子电路,特别是模拟电路的拓扑结构和元件值优化。这要求程序结构不仅要“计算正确”,还要在物理上可行。书中包含了使用特定门级组件作为函数集的案例,以及如何将电路的性能指标(如增益、带宽)转化为适应度函数。 3. 自动程序生成与优化: 此部分涵盖了利用 GP 解决传统编程问题的尝试,例如自动生成排序算法或路径规划的启发式规则。研究强调了如何构建一个“沙盒”环境,确保生成的程序能够在受控条件下安全执行和评估。 4. 对抗性学习与复杂系统建模: 书中也展示了 GP 在模拟复杂系统行为中的早期尝试,例如生态模型或经济模型。这通常涉及构建预测模型,其中程序的复杂性直接对应于系统动态的复杂性。 第四部分:方法论的局限性与未来展望(基于 1996 年视角) 本书的最后部分总结了当时研究人员对 GP 局限性的认识,并指明了未来研究的方向,这些讨论完全基于当时的技术水平和理解。 1. 计算复杂性与可伸缩性问题: 1996 年的计算资源限制使得 GP 难以应用于包含成千上万个数据点或需要极其复杂程序的任务。书中坦诚地讨论了运行时间过长的问题,并探讨了并行化 GP(Massively Parallel GP)的早期设想。 2. 结构偏差与搜索空间的限制: 研究人员认识到,预先设定的函数集(语法结构)对最终发现的解决方案具有决定性的影响。本书讨论了如何设计更具“信息性”或“开放性”的函数集,以减少固有的搜索空间偏差。 3. 程序的解释性与验证: 虽然 GP 自动生成了程序,但如何理解这些“黑箱”程序的工作原理仍是一个挑战。书中探讨了后处理技术,如程序简化和可视化,以增强研究人员对演化结果的信心。 总而言之,《遗传规划 1996》是一份珍贵的历史文献,它清晰地勾勒出遗传规划作为一种强大的、以结构为中心的搜索与优化范式的确立过程,聚焦于其基础理论的严密构建和早期在科学工程领域突破性的实践应用。

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读后感

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用户评价

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阅读《Genetic Programming 1996》,让我对“学习”这个概念有了全新的认识。我一直认为,学习就是通过积累知识和经验来提升能力。但这本书让我看到,学习的本质,或许是一种不断尝试、犯错、以及从错误中学习的过程。遗传编程正是通过模拟生物的进化,来实现这种“学习”和“适应”。书中关于“操作符的组合”(combination of operators)的讨论,让我体会到了灵活性和适应性的重要。如何巧妙地组合“交叉”和“变异”,以及如何调整它们的概率,直接影响到搜索过程的效率和最终解的质量。 我特别欣赏书中关于“早熟收敛”(premature convergence)问题的讨论。作者深入分析了导致早熟收敛的原因,并提供了一些有效的解决方案。这一点,对于任何一个正在使用遗传编程或其他进化算法的实践者来说,都是非常有价值的指导。它让我意识到,在追求效率的同时,也不能忽略对搜索过程的深度和广度的考量。

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我必须承认,《Genetic Programming 1996》这本书,在某些方面挑战了我原有的认知。我一直认为,创造出能够解决复杂问题的程序,是一项需要高度专业技能的工作,需要经验丰富的程序员花费大量时间和精力来编写。然而,这本书让我看到了另一种可能性:让计算机“自己”来创造程序。通过模拟生物的进化过程,遗传编程能够自动地生成出令人惊叹的解决方案,这让我对人工智能的未来充满了期待。书中对于“程序的表示”(program representation)的详细阐述,让我理解了为什么遗传编程能够如此灵活地处理各种类型的问题。无论是树状结构还是线性代码,只要能够被编码成“基因”,就可以被遗传编程所操纵。 让我印象尤为深刻的是,作者在书中反复强调了“探索”与“利用”(exploration vs. exploitation)之间的平衡。在遗传编程中,如何既能广泛地探索搜索空间,发现新的潜在解决方案,又能有效地利用已经发现的优秀解决方案,这是一个至关重要的课题。这一点,不仅仅适用于遗传编程,在很多领域,包括商业决策、科学研究,甚至是我们个人的成长,都息息相关。书中关于“并行化”(parallelization)的讨论,也为我打开了新的思路。随着计算能力的不断提升,如何利用并行计算来加速遗传编程的过程,是提升其效率的关键。这本书不仅提供了理论知识,更重要的是,它激发了我对人工智能潜在能力的思考。

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《Genetic Programming 1996》这本书,在我心中播下了对人工智能无限可能的种子。我一直对那些能够“自主”解决问题、甚至“创造”新事物的事物感到着迷。而遗传编程,恰恰是这样的存在。它不是被动地接受指令,而是通过模拟自然进化,主动地寻找解决方案。书中关于“多目标优化”(multi-objective optimization)的讨论,让我看到了遗传编程在解决复杂、多维度问题时的强大能力。当一个问题同时存在多个相互冲突的目标时,如何找到一个最优的平衡点,是一个巨大的挑战,而遗传编程在这方面展现出了惊人的潜力。 我对于书中关于“表现型”(phenotype)和“基因型”(genotype)之间关系的阐述印象深刻。它让我理解了,遗传编程是如何将抽象的程序结构,转化为可以被遗传操作所操纵的“基因”形式,又如何将这些“基因”重新翻译回可执行的程序。这种“编码”和“解码”的过程,是遗传编程能够实现自动程序生成的关键。这本书,不仅仅是技术的介绍,更是对智能本质的一次深刻探索。

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阅读《Genetic Programming 1996》的体验,简直就像是进行了一场思维的探险。我一直觉得,真正好的科普读物,应该能够激发读者的好奇心,并引导他们去思考更深层次的问题。而这本书,无疑做到了这一点。它并没有简单地罗列公式和算法,而是通过讲述遗传编程如何“学习”和“进化”的过程,让我深刻体会到了人工智能的魅力。书中对于“繁殖”(reproduction)、“交叉”(crossover)和“变异”(mutation)这些核心概念的解释,充满了哲学的思辨。我开始思考,这些生物学的概念,是如何被巧妙地应用于计算领域,从而创造出解决复杂问题的能力。 作者在书中探讨了遗传编程在解决一些经典问题上的应用,例如函数拟合、分类以及控制系统设计等。这些案例让我看到了遗传编程的强大之处,它能够自动生成满足特定要求的程序,而无需人类 programmer 手写复杂的代码。这对于我这个对编程技术不算精通但对人工智能应用充满兴趣的读者来说,无疑打开了一扇新的大门。它让我认识到,智能的实现,或许并不在于我们能编写多么精妙的算法,而在于我们能否构建一个能够自我优化的、能够从经验中学习的系统。书中对于“解的表示”(representation of solutions)的深入剖析,尤其让我印象深刻。我开始理解,如何将一个抽象的问题,转化为遗传编程能够理解和操作的“基因型”,这本身就是一种艺术。

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《Genetic Programming 1996》这本书,是一扇通往人工智能世界的大门,它以一种前所未有的方式,让我看到了智能的萌芽和演化。我一直觉得,程序的设计是人类智慧的结晶,但这本书让我明白,程序本身也可以通过进化来产生。书中关于“搜索的探索性”(exploratory nature of search)的讨论,让我体会到了遗传编程在发现非传统解决方案方面的优势。它能够跳出人类固有的思维模式,发现我们意想不到的、更优的解决方案。 我对于书中关于“计算复杂度”(computational complexity)的分析,虽然有些技术性,但作者通过生动的例子,将其解释得相对容易理解。它让我认识到,即使是看似简单的生物进化过程,其背后的计算量也是极其庞大的。而遗传编程,正是通过高效的算法设计,来模拟这一过程。这本书,不仅让我对遗传编程有了深入的了解,更重要的是,它激发了我对人工智能未来发展的无限遐想。

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《Genetic Programming 1996》这本书,让我对“智能”的定义有了更深刻的理解。我一直以为,智能就是某种预设好的规则和逻辑,但读完这本书,我发现智能的本质,或许在于一种不断适应和进化的能力。遗传编程的核心思想,就是模拟生物进化,通过“选择”和“变异”,不断产生新的、更优的“个体”(程序)。这种“试错”和“迭代”的过程,在我看来,比任何一种预设的智能都更加强大和灵活。书中关于“适应度函数的选择”的讨论,让我认识到,问题的复杂性往往体现在我们如何准确地定义“好”与“坏”。一个好的适应度函数,能够引导搜索过程走向正确的方向,而一个糟糕的适应度函数,则可能让我们陷入无休止的徒劳搜索。 我特别喜欢书中关于“搜索策略”(search strategy)的章节。作者并没有局限于某种单一的搜索方法,而是探讨了不同的搜索策略如何影响遗传编程的效率和性能。这让我联想到我们在生活中解决问题时,也需要根据问题的特点来选择不同的方法。有时候,深入挖掘某个方向可能更有效;有时候,广撒网、多尝试可能更有收获。书中还介绍了一些与遗传编程相关的其他进化计算技术,比如遗传算法和进化策略,这为我提供了一个更广阔的视野,让我看到不同技术之间的联系和区别。虽然书中涉及的数学原理可能有些深奥,但作者通过丰富的图示和详实的例子,努力让它们变得易于理解。

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《Genetic Programming 1996》这本书,对我来说,是一次思维的洗礼。它让我看到了人工智能在创造力方面的巨大潜力。我一直认为,创造力是人类独有的特质,但这本书让我开始重新审视这个观点。遗传编程通过模拟生物进化,能够自动地生成出具有创造性的程序,这让我对人工智能的未来充满了敬畏。书中关于“解空间的遍历”(traversal of the solution space)的讨论,让我深刻理解了遗传编程搜索能力的强大。它并非盲目地进行尝试,而是通过“突变”和“交叉”等操作,有策略地探索广阔的搜索空间,从而找到最优解。 我对于书中关于“泛化能力”(generalization)的探讨尤为关注。如何让遗传编程生成的程序,不仅能在训练数据上表现良好,还能在未知的数据上同样出色,这是一个至关重要的问题。作者通过丰富的案例,展示了如何通过调整参数和设计合适的适应度函数来提高泛化能力。这一点,对于任何一个从事机器学习或人工智能研究的人来说,都具有极其重要的参考价值。

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这本《Genetic Programming 1996》真是让我眼前一亮,虽然书名听起来有些技术性,但当我真正翻开它时,却被它所展现的深邃思想和广阔应用前景所深深吸引。作为一名对人工智能领域充满好奇心的读者,我一直渴望能找到一本既有理论深度又能触及实际应用的著作,而这本书恰好满足了我的需求。作者在书中并没有止步于枯燥的算法描述,而是巧妙地将遗传编程的底层逻辑与生物进化这一自然界最伟大的创造过程联系起来,让我从中看到了智能的萌芽和演化。我尤其欣赏其中关于“表述”(representation)的讨论,作者细致地分析了不同表述方式如何影响遗传编程的搜索效率和最终解的质量。这让我联想到我们在解决实际问题时,如何选择合适的工具和框架,以及如何定义问题本身的结构,这些都与书中关于表述的探讨有着异曲同工之妙。 而且,书中关于“适应度函数”(fitness function)的设计部分,更是精彩绝伦。作者不仅阐述了设计一个良好适应度函数的挑战性,还通过大量的案例,展示了如何根据具体问题来定制适应度函数,以引导搜索过程朝着正确的方向前进。这一点对我来说意义非凡,因为它揭示了一个普遍的道理:无论是在人工智能领域还是在其他任何需要优化的场景中,对目标的清晰定义和精确衡量都是成功的关键。书中提到的“不可知性”(intractability)和“搜索空间”(search space)等概念,虽然听起来有些抽象,但作者通过生动的比喻和直观的图示,将其解释得通俗易懂。我仿佛看到了一个巨大的、充满无限可能的未知领域,而遗传编程就像一把神奇的钥匙,能够帮助我们在这个领域中探索出最优解。

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当我翻开《Genetic Programming 1996》这本书时,我并没有预设它会对我产生如此大的影响。我一直觉得,人工智能是一个非常遥远且复杂的领域,需要深厚的数学和计算机科学背景才能触及。然而,这本书打破了我的固有观念。作者通过引人入胜的语言和生动的案例,将遗传编程的奥秘展现在我面前。我开始理解,原来智能的形成,并非完全依靠人类的直接设计,而是可以模拟自然界最伟大的创造过程——进化。 书中关于“个体”(individual)的定义,以及它们如何在“种群”(population)中相互作用,让我仿佛置身于一个微缩的生命世界。每个“个体”都是一个潜在的解决方案,而“选择”和“繁殖”的过程,则确保了最优秀的解决方案得以传承和发展。我尤其欣赏书中关于“适应度评估”(fitness evaluation)的讨论。作者清晰地阐述了,如何根据问题的特性来设计一个有效的适应度函数,以引导搜索朝着正确的方向前进。这一点,不仅仅适用于遗传编程,在许多需要优化的场景中都至关重要。

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《Genetic Programming 1996》这本书,是一次令人振奋的阅读体验。我一直认为,真正的创新,往往来自于对现有理论的深刻理解和突破。这本书恰恰做到了这一点。它不仅仅是对遗传编程算法的介绍,更是一种关于“智能创造”的哲学思考。我被书中关于“生成式设计”(generative design)的概念所吸引。遗传编程不仅仅是解决问题,它更是一种创造新事物的方式。通过模拟进化,它能够产生出我们甚至没有想到的解决方案。 书中对于“操作符”(operators)的讲解,比如“交叉”和“变异”是如何工作的,我花了很长时间去理解。这些看似简单的操作,却蕴含着强大的创造力。它们能够不断地组合和改变现有的“基因”,从而产生出新的“个体”。我开始思考,人类的创造力,是否也存在类似的机制?书中还提到了“约束满足”(constraint satisfaction)问题,以及遗传编程如何在这种情况下进行搜索。这让我认识到,即使在有诸多限制的情况下,遗传编程也依然能够找到有效的解决方案。对于我这个对算法细节不那么熟悉但对人工智能应用前景充满期待的读者来说,这本书提供了一个绝佳的入门视角。

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