Evolutionary Design of Generic Structures Using Instruction-Based Development

Výpočetní development představuje obsáhlou podoblast evolučního návrhu.Obecně je development chápán jako přídavný mechanismus evolučníhoalgoritmu, snažící se překonat problém škálovatelnosti, který tvořízásadní omezení při evolučním návrhu. Dosud bylo v oblasti developmentuuvedeno mnoho modelů a technik, včetně jejich aplikací v různýchoborech. Tato doktorská práce představuje novou třídu modelů prodevelopment, nazvanou development založený na instrukcích. Základnímrysem tohoto přístupu je evoluce aplikačně-specifických programů,sestávajících z jednoduchých instrukcí, podobně jako v genetickémprogramování využívajícím lineární reprezentaci. Koncept programů vesvé podstatě umožňuje realizovat univerzální výpočetní model vzávislosti na volbě instrukčního souboru, interpretaci a způsobuvykonávání instrucí. Program v podobě posloupnosti instrukcí tedyumožňuje specifikovat libovolný algoritmus, který je v oblastidevelopmentu chápán jako předpis pro vývoj (konstrukci) cílovéhoobjektu. Smyslem této práce je aplikace developmentu založeného nainstrukcích v návrhu generických struktur. Jako vhodná oblast proúspěšnou demonstraci tohoto záměru byly zvoleny kombinační logickéobvody. Jsou zavedeny dva odlišné přístupy aplikace developmentuzaloženého na instrukcích. První přístup, nazvaný jako kontinuálnídevelopment, umožňuje návrh teoreticky libovolně velkých, "rostoucích"objektů, z určitého triviálního počátečního řešení, které zachovávajípožadovanou funkci po celou dobu svého vývoje. Případová studiekontinuálního developmentu demonstruje schopnosti této metody v oblastievolučního návrhu generických řadicích sítí. Evoluce je v tomto případěschopna nalézt inovativní řešení, které vykazuje lepší vlastnosti vporovnání s konvenčním přístupem. Schopnost nejlepšího nalezenéhoprogramu konstruovat skutečně generické řadicí sítě je dokázánaformálně. Další experimenty s využitím kontinuálního přístupu jsouprezentovány v oblasti návrhu libovolně velkých polymorfních obvodů.Druhý přístup představuje takzvaný parametrický development. V tomtopřípadě je cílový objekt vyvíjen pokaždé od počáteční instance apožadovaná velikost je specifikována parametrem. V souvislosti s toutometodou je představeno zavedení externí informace do vývojovéhosystému, kterou zde nazýváme prostředí, sloužící k vývoji generickýchstruktur obsahujících nepravidelné části. Aplikace parametrickéhodevelopmentu jsou prezentovány v oblasti evolučního návrhu generickýchkombinačních násobiček. Uvedeny jsou dvě varianty tohoto přístupu, znichž první představuje počáteční experimenty evoluce běžnýchkombinačních násobiček, zatímco druhá varianta umožňuje vývoj libovolněvelkých efektivních násobiček založených na principu uchování přenosu.Celkově tato práce představuje širokou škálu experimentů,demonstrujících schopnosti předložených konceptů kontinuálního aparametrického developmentu založeného na instrukcích, zabývajících senávrhem různých generických struktur včetně ukázky možnosti nalezeníinovativních obecných řešení.