代码与 "遗传学" "进化论"

2020-03-19 本文已影响0人呆木大人

前言

前几天我看了一篇文章, 讲的就是这个, 深有感触, 于是自己用代码撸了一遍

先讲故事 (故事是根据之前的文章写的)

有一块沙滩, 上面住着很多的贝壳 , 贝壳的壳上有着各种的图案. 有一天村民发现了这里, 开始捡贝壳回家..., 贝壳跟村民回家后的待遇大伙们都懂...
但是村民不是什么贝壳都捡, 村民家里有信仰的图腾, 当发现贝壳的图案与图腾比较像的时候就跳过, 村民会留下一部分让贝壳们繁衍生息
就这样过了 n 代以后 , 你会发现每个贝壳的壳上都长着与图腾很像的图案.

故事讲完了, 这就是 遗传学 进化论 的神奇之处 , 下来我用代码来模拟这一过程

定义

/// 种群最大数
let populationMaxCount = 100;
/// 种群被筛选后剩余最小数
let populationMinCount = 30;

/// 每个 unit 特征个数
let unitDNACount = 100;
/// 突变概率, 20 代表 20% , 即: 生成model会产生突变的概率;
let mutationRate = 60;

/// 算法按 相同 算还是 相似 算
let isEqualCount = true;

/// 输出结果是按 线 输出还是按 点 输出
let isDrawLine = false;

主要循环 :

繁衍生息 >> 排序 >> 剔除不像的 >> 输出最像的 >> 是否继续 >> 繁衍生息

 func runLoop(block:(_ datas:[HeredityModel] , _ times:Int)->Bool) {
        var isGoOn = true;
        while isGoOn {
            makeChilds();
            sort();
            weedOut();
            times += 1;
            isGoOn = block(datas,times);
        }
    }

繁衍生息

当少于种群最大值时就繁殖
在剩余种群中找出一对父母进行繁育

// 繁衍生息
    func makeChilds() {
        while datas.count < populationMaxCount - 1 {
            birthChild();
        }
    }
    
    // 造人
    func birthChild() {
        let half = populationMinCount / 2;
        let mother = datas[Int(arc4random()) % half];           // 前半数组中取一个
        let father = datas[Int(arc4random()) % half + half];    // 后半数组中取一个
        
        let child = HeredityModel(father, mother);
        child.makeLikeCount(base: baseModel);
        datas.append(child);
    }

造物过程

取父与母的随机一个 DNA 进行遗传 (遗传学中 DNA 是根据显性与隐性来遗传的, 代码中就用随机来代表了)
根据概率计算其是否需要变异 (没有变异, 物种就不会进化)
随机计算要进化的 DNA 的位置

    init(_ model1:HeredityModel ,_ model2:HeredityModel) {
        let isMutation = arc4random() % 100 < mutationRate; //是否进行突变
        let index = isMutation ? Int(arc4random()) % unitDNACount : -1;   // 突变位置
        
        for i in 0...unitDNACount-1 {
            if i == index { // 突变
                models.append(HereditySubModel());
            } else { // 正常遗传
                let random = arc4random() % 2;
                let model = random == 1 ? model2 : model1;
                
                models.append(model.models[i]);
            }
        }
    }

相似度计算

基准 DNA 我是画了一条45°的直线
按 DNA 相似计算 (物种会很快取向相似 , 并且越来越相似)
按 DNA 相同计算 (物种多样性会更好 , 很久以后也存在跳脱的)

func makeLikeCount(base:HeredityModel) {
        likeCount = 0;
        for i in 0...unitDNACount-1 {
            if isEqualCount {   // 按基因相同计算
                if (self.models[i].x == base.models[i].x &&
                    self.models[i].y == base.models[i].y) {
                    likeCount += 1;
                }
            } else {    // 按基因相似计算
                likeCount += unitDNACount - abs(self.models[i].x - base.models[i].x);
                likeCount += unitDNACount - abs(self.models[i].y - base.models[i].y);
            }
        }
    }

成果展示 `基准 DNA 我是画了一条45°的直线`

按 DNA 相似计算

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