第3章 中性

在進(jìn)化算法的研究領(lǐng)域，中性的作用已經(jīng)得到了很多研究者的關(guān)注。如果從一個(gè)基因到另一個(gè)基因的變異沒(méi)有改變基因的表型，那么這樣的現(xiàn)象就稱為中性。

進(jìn)化計(jì)算系統(tǒng)的靈感來(lái)源于進(jìn)化論，該理論提出通過(guò)選擇過(guò)程，個(gè)體適應(yīng)環(huán)境，這就是有效變異累積的結(jié)果。但是，在20世紀(jì)60年代，Kimura提出了大部分分子水平的進(jìn)化變化都是隨機(jī)固定中性變異的結(jié)果^[1]，換句話說(shuō)，在進(jìn)化過(guò)程中，變異過(guò)程對(duì)于個(gè)體的生存既不是有利的，也不是不利的。這稱為分子進(jìn)化的中性理論，指的就是基因的突變不改變基因的表型。

當(dāng)時(shí)，由于Kimura的理論看上去與達(dá)爾文的進(jìn)化論相對(duì)立，因此受到了生物學(xué)研究界的高度批評(píng)。Kimura對(duì)這一看法進(jìn)行了回答，他認(rèn)為中性理論沒(méi)有否認(rèn)自然選擇在適應(yīng)性進(jìn)化過(guò)程中的決定性作用，但它假設(shè)了只有一分鐘進(jìn)化中DNA（deoxyribonucleic acid，脫氧核糖核酸）變化的部分是適應(yīng)性的，而絕大多數(shù)表型不變的分子變異對(duì)物種的生存和繁殖沒(méi)有顯著的影響^[2]。

中性理論同時(shí)也啟發(fā)了進(jìn)化計(jì)算的研究人員，他們希望通過(guò)引入中性理論幫助進(jìn)化過(guò)程。假設(shè)適應(yīng)度地形是一個(gè)三元集合L=（X，N，f），其中X是所有可能解的集合，N：x→2^x是一個(gè)鄰域函數(shù)，對(duì)于每一個(gè)解x∈X，它的鄰居解的集合是N（x），f：x→是適應(yīng)度函數(shù)。如果給定一組變異算子，N可以定義為N（x）={x′∈X|x′可以通過(guò)x一次變異得到}。在很多情況下，即使搜索空間S非常大，但是f只是一個(gè)有限的集合，因此會(huì)出現(xiàn)大量的不同解擁有相同的適應(yīng)度值。這樣的情況下，該地形就是中性程度高的。