2.2 遗传算法的生物学基础

自然选择学说认为适者生存，生物要存活下去，就必须进行生存斗争。生存斗争包括种内斗争、种间斗争以及生物跟环境之间的斗争三个方面。在生存斗争中，具有有利变异的个体容易存活下来，并有更多的机会将有利变异传给后代；具有不利变异的个体就容易被淘汰，产生后代的机会也将小得多。因此，凡是在生存斗争中获胜的个体都是对环境适应性比较强的个体。达尔文把这种在生存斗争中适者生存、不适者淘汰的过程叫作自然选择。

达尔文的自然选择学说表明，遗传和变异是决定生物进化的内在因素。遗传是指父代与子代之间，在性状上存在的相似现象；变异是指父代与子代之间以及子代的个体之间，在性状上存在的差异现象。在生物体内，遗传和变异的关系十分密切。一个生物体的遗传性状往往会发生变异，而变异的性状有的可以遗传。遗传能使生物的性状不断地传送给后代，因此保持了物种的特性；变异能够使生物的性状发生改变，从而适应新的环境而不断地向前发展。

生物的各项生命活动都有它的物质基础，生物的遗传与变异也是这样。根据现代细胞学和遗传学的研究得知：遗传物质的主要载体是染色体；基因是有遗传效应的片段，它储存着遗传信息，可以准确地复制，也能够发生突变。生物体自身通过对基因的复制和交叉，使其性状的遗传得到选择和控制。同时，通过基因重组、基因变异以及染色体在结构和数目上的变异而产生丰富多彩的变异现象。生物的遗传特性，使生物界的物种能够保持相对的稳定；生物的变异特性，使生物个体产生新的性状，以至形成新的物种，推动生物的进化和发展。

由于生物在繁殖过程中可能发生基因交叉和变异，引起了生物性状的连续微弱改变，为外界环境的定向选择提供了物质条件和基础，使生物的进化成为可能。人们正是通过对环境的选择、基因的交叉和变异这一生物演化的迭代过程的模仿，才提出了能够用于求解最优化问题的具有强鲁棒性和自适应性的遗传算法[1]。生物遗传和进化的规律如下：

（1）生物的所有遗传信息都包含在其染色体中，染色体决定了生物的性状。染色体是由基因及其有规律的排列所构成的。

（2）生物的繁殖过程是由其基因的复制来完成的。同源染色体的交叉或变异会产生新的物种，使生物呈现新的性状。

（3）对环境适应能力强的基因或染色体，比适应能力差的基因或染色体有更多的机会遗传到下一代。