ВВЕДЕНИЕ 5
1 Обзор литературы 6
1.1 Проблема воспроизводимости эволюционных траекторий 6
1.2 Эксперименты по воспроизводимости эволюции 7
1.3 Ландшафт приспособленности 8
1.4 Эволюция геномов, эволюция белков 13
1.5 Особенности биологических систем 14
1.6 Эвристическое моделирование 15
1.7 Формальный вид эволюционного процесса 16
1.8 Нейронная сеть как модельный объект эволюционного процесса 17
1.9 Сеть формальных нейронов 18
1.10 Обучение нейронной сети 21
1.11 Экстремальность и дивергенция траекторий 22
1.12 Характер дивергентного движения 25
1.13 Большие и малые этапы обучения 26
1.14 Разрез ландшафта в окрестности финала обучения 27
1.15 Интерполированный ландшафт приспособленности 28
2 Материалы и методы 31
2.1 Программа для создания ансамблей нейронных сетей 31
2.2 Программа для векторного представления траекторий 36
2.3 Программа расчёта параметра дивергентного движения 36
2.4 Программа для визуализации ландшафта вблизи финальной точки
траектории 37
2.5 Программа интерполяции ландшафта и его визуализации 38
3 Результаты и их обсуждение 39
3.1 Векторное представление траекторий 39
3.2 Ландшафты вблизи финальной точки траектории 40
3.3 Оценка параметра дивергентного движения 43
3.4 Интерполированные ландшафты приспособленности 51
ВЫВОДЫ 53
Список использованных источников 54
Список сокращений 59
Вопрос о том идет ли эволюция по детерминированному пути или может протекать по большому числу альтернативных траекторий инициировал интенсивные исследования последних лет. Экспериментальные эволюционные исследования совместно с математическим моделированием ландшафтов функции приспособленности дают возможность эффективно работать с проблемой воспроизводимости эволюционных траекторий.
Однако успешность исследований во многом зависит от адекватности концепции изучаемого процесса. Анализ литературы показывает, что существующие концепции формирования эволюционных исходов не могут объяснить некоторые характерные свойства эволюционного процесса, связанные с множественностью эволюционных исходов. Данной работа основана на концепции, согласно которой множественность исходов является прямым следствием механизма эволюционного процесса, а именно, результатом действия функционально-инвариантных вариаций, изменяющих структуру без изменения функции.
1. Были разработаны программные инструменты для вычислительных экспериментов различной направленности в рамках, связанных с ландшафтом приспособленности модельной нейронной сети.
2. В качестве показателя дивергентного движения на основе простых геометрических соображений был выбран угол отклонения от центрального вектора группового движения траекторий.
3. Результаты моделирования показали, что степень детерминированности эволюционных траекторий не имеет какого-либо явно выраженной зависимости от стадии обучения, но сильно зависит от расположения стартовой точки на ландшафте, даже для структур соответствующих одной и той же функции.
4. Существование участков малых и больших величин расхождения указывает на наличие плохо и хорошо проходимых мест ландшафта приспособленности, наличие которых представляет большой интерес, так как данный факт находится в хорошем соответствии с результатами реальных экспериментов по эволюции.
5. Визуализированная картина ландшафта наглядно демонстрирует его неровность и наличие множества вариантов эволюционных траекторий.
