제네틱스
Jenetics는 현대 Java로 작성된 유전 알고리즘 , 진화 알고리즘 , 문법적 진화 , 유전 프로그래밍 및 다중 목표 최적화 라이브러리입니다. 이는 알고리즘의 여러 개념(예: Gene
, Chromosome
, Genotype
, Phenotype
, Population
및 Fitness Function
을 명확하게 분리하여 설계되었습니다. Jenetics를 사용하면 주어진 피트니스 기능을 조정하지 않고도 최소화하고 최대화할 수 있습니다. 다른 GA 구현과 달리 라이브러리는 진화 단계를 실행하기 위해 진화 스트림( EvolutionStream
) 개념을 사용합니다. EvolutionStream
Java Stream 인터페이스를 구현하므로 나머지 Java Stream API와 원활하게 작동합니다.
다른 언어
- Jenetics.Net : 기본 라이브러리의 C#에서 실험적인 .NET Core 포트입니다.
- Helisa : Jenetics 라이브러리 주변의 Scala 래퍼입니다.
선적 서류 비치
라이브러리는 완전히 문서화되어 있으며(javadoc) 사용자 설명서(pdf)와 함께 제공됩니다.
제네틱스 구축
Jenetics를 컴파일하고 실행하려면 최소한 Java 21이 필요합니다.
GitHub에서 마스터 브랜치를 확인하세요.
$ git clone https://github.com/jenetics/jenetics.git <builddir>
Jenetics는 Gradle을 빌드 시스템으로 사용하고 소스를 하위 프로젝트(모듈)로 구성합니다. 각 하위 프로젝트는 자체 하위 디렉터리에 있습니다.
게시된 프로젝트
다음 프로젝트/모듈도 Maven에 게시됩니다.
- jenetics : 이 프로젝트에는 Jenetics 코어 모듈에 대한 소스 코드와 테스트가 포함되어 있습니다.
- jenetics.ext : 이 모듈에는 추가 비표준 GA 작업 및 데이터 유형이 포함되어 있습니다. 또한 다목적 문제(MOEA)를 해결하고 문법 발전(GE)을 수행하기 위한 수업도 포함되어 있습니다.
- jenetics.prog : 모듈에는 GP(유전 프로그래밍)를 수행할 수 있는 클래스가 포함되어 있습니다. 기존
EvolutionStream
및 진화 Engine
과 원활하게 작동합니다. - jenetics.xml : Jenetics 기본 데이터 구조를 위한 XML 마샬링 모듈입니다.
게시되지 않은 프로젝트
- jenetics.example : 이 프로젝트에는 핵심 모듈에 대한 예제 코드가 포함되어 있습니다.
- jenetics.doc : 웹사이트 코드와 매뉴얼이 포함되어 있습니다.
- jenetics.tool : 이 모듈에는 통합 테스트 및 알고리즘 성능 테스트에 사용되는 클래스가 포함되어 있습니다. 또한 GA 성능 측정을 생성하고 성능 측정에서 다이어그램을 생성하는 데에도 사용됩니다.
<builddir>
디렉터리(또는 모듈 디렉터리 중 하나)에 라이브러리 변경 사항을 빌드하고 사용 가능한 작업 중 하나를 호출합니다.
- compileJava : Jenetics 소스를 컴파일하고 클래스 파일을
<builddir>/<module-dir>/build/classes/main
디렉터리에 복사합니다. - jar : 소스를 컴파일하고 JAR 파일을 생성합니다. 아티팩트는
<builddir>/<module-dir>/build/libs
디렉터리에 복사됩니다. - javadoc : API 문서를 생성합니다. Javadoc은
<builddir>/<module-dir>/build/docs
디렉토리에 저장됩니다. - test : 단위 테스트를 컴파일하고 실행합니다. 테스트 결과는 콘솔에 인쇄되고 TestNG에서 생성된 테스트 보고서는
<builddir>/<module-dir>
디렉터리에 기록됩니다. - clean :
<builddir>/build/*
디렉터리를 삭제하고 생성된 모든 아티팩트를 제거합니다.
소스 호출에서 라이브러리 jar을 빌드하는 경우
$ cd <build-dir>
$ ./gradlew jar
예
Hello World(하나씩 세기)
최소 진화 엔진 설정에는 유전자형 팩토리, Factory<Genotype<?>>
및 피트니스 Function
필요합니다. Genotype
Factory
인터페이스를 구현하므로 초기 Population
생성 및 새로운 무작위 Genotypes
생성을 위한 프로토타입으로 사용할 수 있습니다.
import io . jenetics . BitChromosome ;
import io . jenetics . BitGene ;
import io . jenetics . Genotype ;
import io . jenetics . engine . Engine ;
import io . jenetics . engine . EvolutionResult ;
import io . jenetics . util . Factory ;
public class HelloWorld {
// 2.) Definition of the fitness function.
private static Integer eval ( Genotype < BitGene > gt ) {
return gt . chromosome ()
. as ( BitChromosome . class )
. bitCount ();
}
public static void main ( String [] args ) {
// 1.) Define the genotype (factory) suitable
// for the problem.
Factory < Genotype < BitGene >> gtf =
Genotype . of ( BitChromosome . of ( 10 , 0.5 ));
// 3.) Create the execution environment.
Engine < BitGene , Integer > engine = Engine
. builder ( HelloWorld :: eval , gtf )
. build ();
// 4.) Start the execution (evolution) and
// collect the result.
Genotype < BitGene > result = engine . stream ()
. limit ( 100 )
. collect ( EvolutionResult . toBestGenotype ());
System . out . println ( "Hello World: n " + result );
}
}
다른 GA 구현과 달리 라이브러리는 진화 단계를 실행하기 위해 진화 스트림( EvolutionStream
) 개념을 사용합니다. EvolutionStream
Java Stream 인터페이스를 구현하므로 나머지 Java 스트리밍 API와 원활하게 작동합니다. 이제 위 목록을 자세히 살펴보고 이 간단한 프로그램을 단계별로 논의해 보겠습니다.
새로운 진화 Engine
설정할 때 아마도 가장 어려운 부분은 문제 영역을 적절한 Genotype
(공장) 표현으로 변환하는 것입니다. 우리의 예에서는 BitChromosome
의 개수를 세고 싶습니다. 우리는 하나의 염색체 중 하나만 계산하기 때문에 Genotype
에 BitChromosome
하나만 추가합니다. 일반적으로 Genotype
1~n개의 염색체로 생성될 수 있습니다.
이 작업이 완료되면 최대화되어야 하는 적합도 함수를 정의할 수 있습니다. Java 8에 도입된 새로운 언어 기능을 활용하여 우리가 정의한 유전자형을 가져와 적합도 값을 계산하는 전용 정적 메서드를 작성하기만 하면 됩니다. 최적화된 비트 계산 방법인 bitCount()
를 사용하려면 Chromosome<BitGene>
클래스를 실제 사용되는 BitChromosome
클래스로 캐스팅해야 합니다. 우리는 BitChromosome
사용하여 Genotype을 생성했음을 확실히 알고 있으므로 이 작업을 안전하게 수행할 수 있습니다. 그런 다음 eval 메서드에 대한 참조가 피트니스 함수로 사용되고 Engine.build
메서드에 전달됩니다.
세 번째 단계에서는 주어진 인구의 변화와 각각의 진화를 담당하는 진화 Engine
만들고 있습니다. Engine
고도로 구성 가능하며 진화 및 계산 환경을 제어하기 위한 매개변수를 사용합니다. 진화적 행동을 변경하기 위해 다양한 변경자와 선택자를 설정할 수 있습니다. 사용된 Executor
서비스를 변경하여 스레드 수를 제어합니다. 엔진을 사용할 수 있습니다. 새 Engine
인스턴스는 Engine.builder
메서드를 호출하여 생성되는 빌더를 통해서만 생성할 수 있습니다.
마지막 단계에서는 Engine
에서 새로운 EvolutionStream
생성할 수 있습니다. EvolutionStream
은 진화 과정의 모델 또는 관점입니다. 이는 "프로세스 핸들" 역할을 하며 무엇보다도 진화 종료를 제어할 수 있게 해줍니다. 이 예에서는 100세대 후에 스트림을 자릅니다. 스트림을 제한하지 않으면 EvolutionStream
종료되지 않고 영원히 실행됩니다. EvolutionStream
java.util.stream.Stream
인터페이스를 확장하므로 나머지 Java Stream API와 원활하게 통합됩니다. 우리 예에서 가장 좋은 Genotype
최종 결과는 EvolutionResult
클래스의 사전 정의된 수집기 중 하나를 사용하여 수집됩니다.
진화하는 이미지
이 예에서는 반투명 다각형으로 주어진 이미지를 근사화하려고 시도합니다. Swing UI가 함께 제공되어 즉시 실험을 시작할 수 있습니다. 소스를 컴파일한 후
$ ./gradlew compileTestJava
다음을 호출하여 예제를 시작할 수 있습니다.
$ ./jrun io.jenetics.example.image.EvolvingImages
이전 이미지는 약 4,000세대에 걸쳐 기본 이미지를 진화시킨 후의 GUI를 보여줍니다. »열기« 버튼을 사용하면 다각형화를 위한 다른 이미지를 로드할 수 있습니다. »저장« 버튼을 사용하면 다각형 이미지를 PNG 형식으로 디스크에 저장할 수 있습니다. UI의 버튼에서 예제의 일부 GA 매개변수를 변경할 수 있습니다.
Jenetics를 사용한 프로젝트
- SPEAR : SPEAR(자원 할당을 통한 에너지 예측)은 생산 시스템의 에너지 및 효율성 최적화를 위한 확장 가능한 플랫폼을 만들었습니다.
- Renaissance Suite : Renaissance는 JIT 컴파일러, 가비지 수집기, 프로파일러, 분석기 및 기타 도구를 테스트하는 것을 목표로 하는 현대적이고 개방적이며 다양한 JVM용 벤치마크 제품군입니다.
- APP4MC : Eclipse APP4MC는 임베디드 멀티 코어 및 다중 코어 소프트웨어 시스템 엔지니어링을 위한 플랫폼입니다.
블로그와 기사
- Schachprobleme komponieren mit revolutionären Algorithmen, 작성자: Jakob Leck , 2023년 12월, Die Schwalbe 324-2, pp. 373-380. 평소보다 더 많은 수의 피스로 체스 문제를 구성하고 해결합니다. 무차별 접근 방식 대신 GA를 사용하여 문제를 해결합니다(독일어).
- Jenetics 라이브러리의 배낭 문제 해결, 작성자: Craftcode Crew , 2021년 5월 13일
- 一种基于Jenetics의 遗传算法程序设计,电脑知识与技术 2018年22期 작성자: 王康, 2018년 11월 26일
- Jenetics Library 소개, by baeldung , 2017년 4월 11일
- 유전 알고리즘을 사용하여 어려운 문제를 해결하는 방법, 작성자: Tzofia Shiftan , 2017년 4월 6일
- Java를 사용한 유전 알고리즘, 작성자: William Antônio , 2017년 1월 10일
- Jenetics 설치 및 예제, by JDM , 2015년 5월 8일
- 연금술사(Genetic Algorithms), 작성자: JDM , 2015년 4월 2일
인용
빈센트 A. 시시렐로. Chips-n-Salsa를 사용한 오픈 소스 진화 컴퓨팅. 스톡턴 대학교 경영대학원 컴퓨터공학과. 2024년 12월. ...
- 빈센트 A. 시시렐로. Chips-n-Salsa를 사용한 오픈 소스 진화 컴퓨팅. 스톡턴 대학교 경영대학원 컴퓨터공학과. 2024년 12월.
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릴리스 노트
8.1.0
개량
- #822 : 결합 된 Javadoc을 생성하기위한 빌드 스크립트를 향상시킵니다.
- #898 : CSV 파일 또는 문자열의 데이터 읽기에 대한 지원 추가. 이것은 회귀 문제에 대한 코드를 단순화합니다.
static List < Sample < Double >> parseDoubles ( final CharSequence csv ) {
return CsvSupport . parseDoubles ( csv ). stream ()
. map ( Sample :: ofDouble )
. toList ();
}
- #904 : Gradle 8.10으로 업그레이드하고 빌드 스크립트 정리.
- #907 : 최적화 전략을위한 사용자 매뉴얼에 장을 추가하십시오 : 실용적인 Jenetics .
- #909 : 원시 배열 변환을위한 도우미 방법.
final Codec < int [], DoubleGene > codec = Codecs
. ofVector ( DoubleRange . of ( 0 , 100 ), 100 )
. map ( Conversions :: doubleToIntArray );
버그
- #419 : 플라킹 통계 테스트를 수정하십시오.
8.0.0
개량
- Java 21은 라이브러리 구축 및 사용에 사용됩니다.
- #878 : 피트니스 기능을 평가하는 가상 스레드를 허용합니다.
Engine
만들 때 (아래 코드 스 니펫 참조) 이전 동작이 보존되었습니다.
final Engine < DoubleGene , Double > engine = Engine . builder ( ff )
. fitnessExecutor ( BatchExecutor . ofVirtualThreads ())
. build ();
- #880 : Javadoc의 코드 예제를 JEP 413으로 대체하십시오.
- #886 :
CharStore
정렬을 향상시킵니다. - #894 : 새로운 유전자 연산자 :
ShiftMutator
, ShuffleMutator
및 UniformOrderBasedCrossover
. - #895 : 기본
RandomGenerator
선택을 향상시킵니다. 사용 된 RandomGenerator
은 다음 순서로 선택됩니다.-
io.jenetics.util.defaultRandomGenerator
start 매개 변수가 설정되어 있는지 확인하십시오. 그렇다면이 생성기를 가져 가십시오. -
L64X256MixRandom
생성기가 있는지 확인하십시오. 그렇다면이 생성기를 가져 가십시오. -
RandomGeneratorFactory.stateBits()
값에 따라 사용 가능한 최상의 랜덤 생성기를 찾으십시오. - 최상의 생성기를 찾을 수없는 경우
Random
생성기를 사용하십시오. 이 생성기는 모든 플랫폼에서 사용할 수 있습니다.
모든 릴리스 노트
특허
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