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＜マッチ箱で作るGA#2＞
さて、教科書検定も終わり、
わかりやすくすることと
内容を削るということの区別もつかない困った大人達が、
とほほな教科書というか学習方針を作っちゃいましたが、
それに抗議して、
今回は理科の復習から始めることにしました。
われわれは、だいたい五十種類の文字を使って、
小説を書いたり、哲学を語ったり、
愛を告白したりしています。
それに対して、われわれの遺伝子というかＤＮＡは、
４種類の文字で書かれています。
日本語に例えるなら
「アオイイイエイエイオイエエアア、、、」
みたいな感じですね。
で、遺伝子の場合、必ず３つの文字で
１つの意味（アミノ酸）と決まっていますから、
上の例だと、
「アオイ」「イイエ」「イエイ」
「オイエ」「エアア」、、、と区切られていきます。
そして、例えば、「アオイ」ならアミノ酸Ａ、
「イイエ」ならアミノ酸Ｂを作るというような
決まり事になっています。
なぜ遺伝子は４種類の文字を使うのか？
なぜ３つの組み合わせで
１つの意味（アミノ酸）を作るとしたのか、
ＡＩとは全く関係なくなっちゃっていますが、
考えることにします。
４種類の文字を３つ組み合わせると、
その組み合わせの種類はいくつになるでしょう。
ちょっと、小学校の算数を思い出してほしいんですが、
これは４×４×４＝６４種類ということになります、、ね。
これに対して、アミノ酸というのは
世の中に２０種類しか存在しませんから、
４種類の文字を３つ組み合わせることで
全アミノ酸を決めるってことができるわけです。
これに対して、２種類の文字を３つ組み合わせるだと、
２×２×２＝８種類となって足りません
（ＤＮＡの化学的性質上、
奇数の種類というのはありえないから、
３種類は考えない）。
また、４種類の文字を２つ組み合わせて
１つの意味とすると、４×４＝１６種類とこれまた、
全アミノ酸２０種類を網羅するに足りません。
ちゃんと、神様は考えているんですね。
さて、これに対して、コンピュータの遺伝子
（を使ったＡＩ）は、何種類の文字を使うんでしょうか。
今回は、そのあたりからの話です。
以下、「マッチ箱の脳」の「ニューラルネットワーク」より抜粋
●GAの遺伝子は0と1
我々の遺伝子は、4種類の塩基
（アデニン、シトシン、チミン、グアニン）から
できています。
一方、一般的なGAでは、
塩基に相当するものは2種類の数字、＜0,1＞になります。
ですから、GAの遺伝子は、
＜0100101001111＞
というような感じに0と1が、
ずらっと並んだものになるのです。
この0と1の組み合わせが何を意味しているか、
それはそのときに解こうとしている問題によって、
自由に決めていきます。
例えば、上の「遠足のお菓子問題」では、
この数字の組み合わせが、お菓子を買う、
買わないを意味していると決めます。
「数字の並び順」はお菓子の順番を意味し、
「数字の1はそのお菓子を買う、0は買わない」を
意味するといった具合です。
●サイコロを振って遺伝子を生む
さて、GAがうまく進化するためには、
個性豊かな遺伝子がそれなりの数必要だといわれています。
我々の世界で、多様性が大切だといわれているのと
同じ理由で、GAにおいても、最初の世代には、
いろいろなタイプの遺伝子がいることが必要となります。
そして、この多様性を出すために、
一般的なGAでは、
ランダムに数字＜0,1＞の組み合わせを作り出します。
「神はサイコロを振らない」と
アインシュタインは言いましたが、ここでは、
人がサイコロを振って遺伝子を創造するわけです。
●遺伝子の成績表
ランダムにたくさんの遺伝子を作ったら、
彼らの成績を出します。
成績とは、上の「遠足のお菓子問題」で言えば、
制限金額内でなるべくいろいろな種類のお菓子を、
しかも、できるだけ総量が多くなるような遺伝子が、
最も成績が良い遺伝子（＝買い方）となります。
そして、その成績によって生き残れる、
淘汰される遺伝子が決められます。
ですからこの成績の出し方は、
GAがうまい具合に進化していくか否かに、
とても大きく影響します。
各個体（＝遺伝子）の「成績」をどうはじきだすかは、
問題ごとに違います。
この評価はとても大事な要素であり、
この評価方法が良いか悪いかで、
そのGAがうまい解答を見つけられるかどうかが、
だいたい決まってしまうといって差し支えないほどです。
最近、世間ではエリートと呼ばれる人たちの
不祥事が取り沙汰されることが多いですね。
これは、学科試験の成績のみを対象とする評価方法が、
いかにまずいかを物語っています。
GAにおいても、同じような理由で
評価方法を慎重に決める必要があります。
●GAの世界で子作りする
各個体の成績を出したら、
成績によって、生き残る個体、
淘汰される個体が選ばれます。
さて、生き残れるかどうかは、
基本的には成績の良いことが条件となります。
が、選出方法には、エリート戦略と呼ばれる、
成績が一番良い個体が生き残り、
最も成績が悪い個体が淘汰されるという方法や、
ルーレット戦略と呼ばれる、
成績に応じた確率で選ばれるものなどがあります。
例えば、個体Aの成績が100点、
個体Bの成績が50点だったとすると、エリート戦略では、
100％個体Aが選ばれます。
これに対してルーレット戦略では、
個体Aが選ばれる確率は、
個体Bが選ばれる確率の2倍になるという考えです。
ですから、依然、成績の良い方が
選ばれる確率は高いのですが、
エリート戦略を取ったら100％淘汰されてしまう
成績の低い個体にも、生き残るチャンスが残ります。
ちなみに、ルーレット戦略の名の由来ですが、
宝くじの当選番号を決めるときに
ルーレットの的に矢を射ち込み、
そこに書かれた数字を選ぶようなイメージからきています。
また、
ルーレット→カジノ→カジノの本場→モンテカルロ
ということから「モンテカルロ法式」などとも
呼ばれます（これほんと）。
●親を決める
生き残った個体のうちからは、
次の世代に子孫を残せる親となる資格を持つ個体が
選ばれます。
問題によっては、生き残った個体全部が
親になるという方法もありますし、
2個体だけが親になれるという方法もあります。
親の選び方は、上のエリート戦略や
ルーレット戦略をそのまま利用するなどして選びます。
●コピー人間じゃつまらないので
親となる個体が決定したら彼らの子供を作ります。
しかし、これが完全に親の生き写し（コピー）だと、
いっこうに進化になりませんので、
交叉という方法で両親の遺伝子を交ぜ合わせたり、
突然変異を起こして
遺伝子の一部をランダムに変化させたり、
といった作業をします。
交叉とは、遺伝子を交ぜ合わせること、
つまり2つの遺伝子をある部分で入れ替えることを
意味します。
例えば、子孫を残す親の遺伝子が次の2つだったとします。
◆親A ＜00000000＞
◆親B ＜11111111＞
この両親の遺伝子の
5番目と6番目の間で交叉するとしましょう。
◆親A ＜00000▲000＞
◆親B ＜11111▲111＞
▲＝交叉個所
交叉個所を支点に、
くるっと両者の遺伝子を入れ替えるわけです。
この2つの遺伝子が交叉するとこうなります。
◆子A ＜00000111＞
◆子B ＜11111000＞
どの個所で交叉するかは、一般的にはランダムに決めます。
また、交叉するポイント数も、何カ所でもかまいません。
これで、子孫は、親の遺伝子を受け継ぎながらも、
ちょっと違う個性を持つことになります。
突然変異も個性を持たせるための作業で、
ある個所の0と1が入れ替わってしまうことをいいます。
1だったところが突然変異する場合は0に、
0だったなら1に変わります。
例えば、次のような遺伝子の
3番目の個所に突然変異があったとするとこうなります。
◆突然変異が起こる前の遺伝子
＜00000000＞
▲
◆突然変異が起こった後の遺伝子
＜00100000＞
▲突然変異の個所
突然変異を起こすかどうか、どの個所で突然変異するかは、
これまたランダムに決めます。
突然変異はどうしても必要な手段なのですが、
突然変異が起こる確率は、
かなり低く設定しておく必要があります。
なぜなら、優秀な遺伝子が
せっかく獲得した情報を壊してしまう
可能性があるからです。
ただ、突然変異を絶対にしないとすると、
これまた進化が止まってしまうのも不思議なところです。
GAは以上に説明したように、
1.各個体の成績を出す
2.成績によって、親となる個体、淘汰される個体を選ぶ
3.親となった遺伝子を交叉、突然変異させて、
新しい個体（子）を作る
を、繰り返します。
これを、一世代と呼びます。
淘汰される遺伝子は、
新しく作られた子孫で補われますので、
集団の人数（？）は常に同じになります。
ただただ、こうして世代を交代していきます。
簡単なアルゴリズムですよね。
こうした単純な作業の繰り返しにもかかわらず、
どんどん進化していく
（＝良い答えに向かっていく）のですから不思議です。
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