진화알고리즘이 주어진 문제에 대하여 만족스런 해를 도출할 수 있음이 많은 연구결과를 통하여 알려졌지만, 그러한 해가 진화과정에서 형성되는 과정에 대한 분석은 미비한 실정이다. 진화현상에는 적응적 진화 외에도 다양한 현상들이 동시에 존재하기 때문에, 비록 진화알고리즘을 적용하여 해를 도출하였다 하더라도 그것이 적응적 진화의 결과임을 판정하기는 어렵다. 이 논문에서는 적응적 진화의 정량화를 통하여 최종해가 다른 유전적 현상에 의하여 도출되어진 것이 아니라 주어진 문제에 잘 적응한 적응성에서 비롯된 결과임을 보인다. 이를 위하여 하드웨어 에이전트의 제어기를 유전자 알고리즘을 이용하여 진화적으로 구축하고, 적응성 측정을 통하여 최종해의 형성과정을 분석한다. 실험결과 최종해는 적응적 진화의 결과임을 알 수 있었다.
Avery, MacLeod, McCarty가 1944년에 세균에서 유전적 재조합이 이루어진다는 사실을 발견한 후 세균은 진화 학자들과 미생물 학자들로 부터 주목을 받기 시작했다. 왜냐하면 세균은 자연생태계에서 또다른 형태의 유전적 적응성을 지니고 그러한 돌영변이 중 일부는 모세포(parent cell)보다도 주변환경에 더 잘 적응되었기 때문이다. 이제까지 GEM들이 생태계에서 유전자들 전이시키는 빈도가 대부분 낮았고, 토양이나 다른 자연생태계애서 유전자의 전이가 지속적으로 일어난다는 실험적 증거는 없었지만 이들을 생태계에 방출한 결과 유전자 전이가 몇몇 실험에서 확인된 적이 있어 토양에서의 유전적 전이의 가능성을 강하게 암시하고 있다. 하지만 어떻게 전이되고 토양의 물리, 화학및 전이에 필요한 최소한의 donor와 recipient의 수와 정확한 감지 방법등이 아직까지 밝혀져 있지 않은 상태이다. 더우기 토양환경에서 미생물의 활성과 생태, 군집 동태에 영향을 줄 수 있는 기능을 나타내려면 얼마만큼의 재조합 세균이 단위면적당 필요한지도 밝혀지지 않은 상태이다. 따라서 이러한 여러가지 문제점을 밝히는 것은 학문적인면 뿐만 아니라 진화론적인 이론에도 도움이 되며 GEM들이 토양이나 다른 생태계에 유출되었을 때의 환경영향평가나 규제를 하는데에도 도움이 될 수 있다고 본다.
본 논문에서는 Python 을 사용한 유전 알고리즘 구현을 다룬다. 유전 알고리즘은 생물의 진화과정에서 일어나는 자연선택과 같은 유전법칙을 모방한 확률적 탐색기법이다. 유전 알고리즘에서는 염색체를 하나의 리스트 혹은 문자열로써 다룬다. 리스트나 문자열 처리 위주인 유전 알고리즘의 경우, 기존의 C/C++/Java 보다 표현력이 풍부한 Python 으로 프로그래밍할 경우 별도의 라이브러리 없이 쉽게 구현이 가능하다. 본 논문에서는 Python 을 사용한 유전 알고리즘 구현 방법에 대해 소개하고, 추가적으로 높은 성능을 얻기 위한 방법들에 대해 논의한다.
본 논문은 기존의 수학적인 모델링으로는 만족스러운 결과를 얻기 어려운 복잡하고 불확실한 비선형 시스템에 대한 퍼지 모델링 기법을 다룬다. 유전 알고리듬은 어느 정도 최적해를 전역적으로 찾을 수 있기 때문에 퍼지 모델링시에 파라미커와 구조를 동정하기 위하여 사용되었다. 하지만, 유전 알고리듬은 개체군이 유전적 다양성을 잃었을 경우 조기 수렴한다는 문제점이 있으며 바이러스-진화 유전 알고리듬은 이러한 지역수렴에 대한 방아닝 될 수 있다. 따라서, 본 논문에서는 바이러스 이론이 적용된 VEGA를 퍼지 모델링 할 때 이용할 수 있는 방법을 제안한다. 이 방법에서는 지역정보가 개체군 내에서 교환됨으로써 유전적 다양성을 유지하게 된다. 마지막으로, 본 논문에서 제안한 방법의 우수성과 일반성을 평가하기 위해 몇 가지의 수치적 예제를 제공한다.
본 연구에서는 중학교 3학년 "유전과 진화"단원 학습을 위해 만화를 활용한 형성평가 문항을 총 17개 개발하고, 이를 실험집단 73명과 통제집단 78명을 대상으로 적용하였다. 이에 학생들의 평가에 대한 인식 및 태도와 학업성취도 변화에 효과적인지를 알아보았다. 그 결과 만화를 활용한 형성평가는 학생들의 평가에 대한 부정적인 인식과 태도를 긍정적으로 변화시키는데 효과적인 것으로 나타났으며 특히, 학생들이 평가의 유용성을 인식하고(p<.05) 시험에 대한 불안감을 감소시키는 데 효과적인 것으로 나타났다(p<.01). 또한 개발된 만화를 활용한 형성평가는 서술형 지문의 형성평가에 비해 학생들의 학업성취도 향상에 긍정적인 효과를 갖는 것으로 나타났다(p<.05). 이는 "유전과 진화"단원의 추상적인 개념들을 그림으로 표현하여 학습내용과 문항의 이해를 더 쉽게 하기 때문인 것으로 판단된다. 따라서 만화를 활용한 형성평가는 학습내용의 이해와 흥미도의 향상에 기여하며 수업에 적극 활용했을 때 학생들의 평가에 대한 불안을 극복하고 평가에 대한 긍정적인 인식을 줄 수 있는 평가방법이라고 할 수 있다.
비선형 시스템의 제어에서 널리 사용되는 방식이 퍼지 제어기이다. 퍼지 제어기에서 가장 중요한 것은 퍼지 룰의 설계이다. 퍼지 룰을 설계하는 많은 기법들이 제안되어 있는데, 최근 들어 진화 알고리즘에 대한 관심이 증가하고 있다 그 중에서도 공생적 공진화 알고리즘이 최적의 퍼지룰을 찾기 위해 이용되는데, 본 논문에서는 스키마 공진화 알고리즘을 이용한다. 스키마 공진화 알고리즘의 성능을 입증하기 위해, 이동 로봇의 행동제어를 위한 퍼지 제어기를 스키마 공진화 알고리즘을 이용하여 설계하고, 다른 공생적 공진화 알고리즘인 바이러스_진화 유전 알고리즘과 Handa의 공진화에 대해 비교하고 실험한다.
공정기술의 발달과 컴퓨터 구조적인 발전에 의해서, 시스템의 동작속도가 기하급수적으로 증가하고 있다. 동작속도의 증가는 CMOS로 구현된 chip의 RC 특성에 의해서 timing variation 문제가 발생할 가능성이 높아지면서 테스트 비용이 전체 설계비용에서 차지하게 되는 비중이 급격하게 증가하고 있다. 따라서 온라인 테스트와 진화하드웨어 등이 테스트 비용감소를 위해서 연구되고 있다. 본 논문에서는 네트워크프로세서의 생존성을 위해서, 패킷엔진의 pipline의 각 stage사이의 clock slack borrowing을 이용해서 timing variation 문제를 자체적으로 해결할 수 있다는 것을 mixed-mode simulation을 통해서 통합 검증하였다. 또한 기존의 off-chip 진화하드웨어에 비해서 on-chip구현을 통해서 진화하드웨어의 성능향상과 메모리에 의해서 발생하는 overhead를 감소시키는 것이 가능함을 확인했다.
1차에서 6차에 이르기까지 13종의 교과서의 진화내용을 분석하였다. 9가지 성분으로 구분된 교과서의 내용분석은 80가지 진화내용 항목에 대해 이루어졌다. 분석결과 교과서에서 진화내용의 총량은 증가하였으나 총 진화내용 중 본논문내용이 차지하는 비중은 1차에서 6차 교육과정에 따라 개발된 교과서로 가며 점차 감소하였고 진화내용의 비중은 생물교육과정과 교과서 저자의 시각에 의해서도 영향을 받았다. 대체로 분석된 교과서에서 다루어진 진화주제는 다양성면에서 부족하였다. 어떤 주제 항목은- '집단선택', '유전자 선택', '화석 기록에서의 공백', '공진화', 단속 평형설', '혼합진화', '인류진화에 있어서의 노동의 위치', 인종의 차이', ''개체발생의 계통발생을 반복한다'에 대한 비판', '진화에 영향을 미치는 인간의 활동'-다루어지지 않았고 또 어떤 항목은-'중립설', '지질시대에서 발견되는 주요사건에 관한 설(멸종에 관한 내용 제외)', '동소적 종분화', '연속변이적 종분화 및 지역효과 종분화', '배수성과 진화', '점진주의', '연장류의 기원과 진화'-거의 언급되지 않았다. 가장 강조된 주제 항목은 '일반적인 계통학', '세포전 단계의 형성', '기타' 순으로 많이 강조되었다. 자연선택설은 진화의 중요 주제임에도 불구하고 여러진화설중의 하나로 다루어졌다. 또한 유전적 평형을 붕괴시키는 요인으로서 유전적 부동이나 이주 등도 소홀히 다루어지고 있었고 종분화의 속도와 관련된 주제도 거의 언급되지 않았다. 반면 신뢰성이 의심되는 발생반복설이 진화 증거의 하나로 교과서에서 제시되었다. 이 결과에 근거해 교과서 저자들이 진화와 진화설을 설명할 때 자연 선택설에 초점을 맞추어 보다 의미 있는 주제를 소개할 것을 제안한다.
본 논문에서는 유전 알고리즘의 성능 향상을 위해 교배(Crossover) 기법의 중요 매개변수인 교배 교차점(Crossover Point)의 수를 개체군(Population)의 진화 과정 중에 적응적으로 변화 할 수 있는 자기-적응형(Self-Adaptive) 교배 기법을 제안한다. 이를 위해 제안 교배 기법은 전체 개체군을 다수개의 작은 개체군들로 군집화(Grouping)하여 일차적으로 서로 다른 교차점을 갖는 교배 기법을 적용시키고, 그 후 각 군집의 개체(Individual)들의 선택률을 기반으로 군집들간의 경쟁을 수행한다. 이는 유전 알고리즘이 개체군의 진화 과정 중에 문제에 적합한 교차점을 갖는 교배 기법을 적응적으로 사용할 수 있도록 한다. 또한 제안 교배 기법은 진화 과정 중에 교차점이 지속적으로 변화되므로 알고리즘 초반에는 높은 탐색 능력을 보유하게 되고 후반에는 높은 부분-해(Building-Block) 보존 능력을 지니게 되어, 최적 해(Optimal Solution)로의 수렴 능력이 향상된다. Deceptive 문제를 통해 제안 자기-적응형 교배 기법과 기존 (고정 교차점) 교배 기법의 성능을 비교 하였으며, 실험 결과로부터 제안 교배의 성능 우위를 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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