Als Ende 1930 die Entwicklung der modernen Bionik begann und in den 1950er und 1960er Jahren aufblühte, konnten daraus viele technische Produkte profitieren. Bionik bedeutet, natürliche Prinzipien zu verstehen und daraus optimierte technologische Anwendungen zu entwickeln, um technische Fragestellungen zu lösen. Die Übertragung natürlicher Phänomene auf die Technik ist ein Gebiet, mit dem sich die Bionik auseinandersetzt. In der Öffentlichkeit wird die Bionik sehr positiv wahrgenommen, gilt als raffiniert, ökologisch angepasst und risikoarm. Ein klassischer Ansatz in diesem Bereich ist die an der TU Berlin entwickelte Evolutionsstrategie von Ingo Rechenberg und weiteren Mitstreitern.
Die natürliche Evolution dagegen wurde von Charles Darwin schon über 100 Jahre vor der Evolutionsstrategie im Jahr 1859 veröffentlicht. Dabei werden geringe Änderungen im Erbgut, so genannte Mutationen, über zufällige Chromosomenanordnungen bei der Teilung von Keimzellen auf die Nachkommen verteilt. Angepasst an die Umweltbedingungen müssen sich diese neuen Mutationen bewähren, um sich durch die Selektion fortpflanzen zu können. Dagegen ist die Evolutionsstrategie ein stochastisches Optimierungsverfahren und arbeitet mit der Theorie der natürlichen Evolution. Wird bei einer eingeführten Mutation eine verbesserte Fortpflanzung erreicht, werden die Merkmalsträger als Eltern für die nächste Generation verwendet. Ähnlich der Natur lässt sich dieser evolutionäre Prozess auf technische und wirtschaftliche Produkte und Prozesse übertragen.
Inhaltsverzeichnis
- Einleitung
- Evolutionstheorie nach Charles Darwin
- Anfänge der Evolutionsforschung
- Evolutionstheorie nach Charles Darwin
- Grundlagen der Evolutionstheorie
- Evolutionsstrategie als technisches Optimierungsverfahren
- Entwicklung der Evolutionsstrategie
- Basisalgorithmen der Evolutionsstrategie
- Starke und schwache Kausalität
- Zentrale Gesetz des evolutionären Fortschritts
- „Echte“ und „Pseudo“ Zufallszahlen
- Evolutionstheorie vs. Evolutionsstrategie
- Ein grundsätzlicher Vergleich
- Stärken und Schwächen der Evolutionsstrategie
- Praxisanwendungen von Evolutionsstrategien
- Beispiel 1: Scheduling und Ressourcenoptimierung
- Beispiel 2: Reihenfolgeproblem – Handlungsreisenden
- Beispiel 3: Beladung von Containern
- Zusammenfassung und kritische Reflexion
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Das Assignment strebt eine Einführung in die Darwin’sche Evolutionstheorie und einen Einblick in die Möglichkeiten der Evolutionsstrategie an. Es werden die Grundlagen der Evolutionstheorie nach Charles Darwin gelegt und der Mechanismus der Evolutionsstrategie als Optimierungsstrategie für technische Produkte und Prozesse im Detail beleuchtet. Zudem wird ein Vergleich zwischen natürlicher Evolution und Evolutionsstrategie durchgeführt und die Stärken und Schwächen der Evolutionsstrategie beleuchtet.
- Die Entstehung und Entwicklung der Evolutionstheorie
- Die Evolutionsstrategie als technisches Optimierungsverfahren
- Der Vergleich zwischen natürlicher Evolution und Evolutionsstrategie
- Die Stärken und Schwächen der Evolutionsstrategie
- Die praktische Anwendung der Evolutionsstrategie in verschiedenen Bereichen
Zusammenfassung der Kapitel
Kapitel 2 bietet einen kurzen Einblick in die Zeit vor Charles Darwin und beleuchtet sein Leben und die Entdeckung der Evolutionstheorie. Es erläutert die Evolutionstheorie nach Darwin genauer. Kapitel 3 definiert die Evolutionsstrategie und erläutert ihre technische Optimierung, wobei die Bereiche Basisalgorithmen, Kausalität, Fortschrittsgeschwindigkeit, Mutationsschrittweite und Zufallszahlen beleuchtet werden. Kapitel 4 vergleicht die natürliche Evolutionstheorie mit der Evolutionsstrategie und beschreibt die Stärken und Schwächen der Evolutionsstrategie. Kapitel 5 stellt drei praktische Anwendungen vor, die mit der Evolutionsstrategie gelöst wurden. Abschließend erfolgt eine kurze Zusammenfassung mit einer kritischen Würdigung und einem Ausblick auf die zukünftige Entwicklung.
Schlüsselwörter
Evolutionstheorie, Evolutionsstrategie, Charles Darwin, Bionik, Optimierung, technische Anwendungen, natürliche Selektion, Mutation, Kausalität, Zufallszahlen, Stärken, Schwächen, Praxisbeispiele.
- Citation du texte
- Robert J. G. Wenndorff (Auteur), 2018, Evolutionäre Algorithmen. Evolutionstheorie und Evolutionsstrategie, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/424180
