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Algoritmi Genetici: soluzioni semplici a problemi complessi, ispirate alle leggi di Darwin

La presente demo interattiva costituisce l’exhibit presentato alla manifestazione Esperienza inSegna 2019 congiuntamente dal CNR-INM s.s. di Palermo e dall’I.S.S. “M. Rutelli” di Palermo, ed è stata realizzata nell’ambito di un progetto di Alternanza Scuola Lavoro con la classe V liceo scientifico di tale Istituto nell’anno scolastico 2018/19.

Attraverso tale demo, l’utente può comprendere cos’è un Algoritmo Genetico e in che maniera esso consente di risolvere facilmente i problemi di ottimizzazione per i quali i classici metodi matematici analitici sono complessi o addirittura impossibili da applicare.

Vengono proposti cinque problemi di esempio. Per ciascuno di essi, è possibile modificare i parametri dell’algoritmo e verificare interattivamente l’evoluzione della popolazione attraverso le varie generazioni, fino a determinare l’individuo con le caratteristiche più adatte all’ambiente, ovvero la soluzione del problema.

Sito ufficiale di Esperienza inSegna 2019

http://www.esperienzainsegna.it/
Cosa sono gli algoritmi genetici

Gli algoritmi genetici appartengono alla famiglia degli algoritmi ispirati all'evoluzione biologica delle specie animali in natura (algoritmi bio-ispirati). Sono utilizzati per la risoluzione di problemi di ottimizzazione, soprattutto di quelli molto complessi o per i quali non esiste una formula matematica risolutiva.

Ispirandosi al concetto di selezione naturale teorizzato da Darwin, la soluzione viene trovata facendo evolvere gli individui di una popolazione attraverso varie generazioni secondo i meccanismi della genetica (selezione, riproduzione, crossing over, mutazione).

Gli individui che formano la popolazione rappresentano le possibili combinazioni delle variabili del problema da risolvere. Così come avviene in natura, gli individui che si adattano meglio all'ambiente sono quelli che hanno maggiore probabilità di sopravvivenza e riproduzione. A differenza di quanto avviene in natura, però, l’ambiente è rappresentato dai vincoli imposti dal problema e, pertanto, non muta nel corso del tempo. Trascorso un numero sufficiente di generazioni, viene identificato l’individuo migliore, il quale rappresenta la soluzione del problema considerato.