Главная » Все файлы » Просмотр файлов из архивов » PDF-файлы » The Clonal Selection Algorithm with Engineering Applications

The Clonal Selection Algorithm with Engineering Applications (Задание 5), страница 2

PDF-файл The Clonal Selection Algorithm with Engineering Applications (Задание 5), страница 2 Надёжность программного обеспечения (53219): Лабораторная работа - 7 семестрThe Clonal Selection Algorithm with Engineering Applications (Задание 5) - PDF, страница 2 (53219) - СтудИзба2019-09-18СтудИзба

Описание файла

Файл "The Clonal Selection Algorithm with Engineering Applications" внутри архива находится в папке "Задание 5". PDF-файл из архива "Задание 5", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "надёжность программного обеспечения" из 7 семестр, которые можно найти в файловом архиве МГУ им. Ломоносова. Не смотря на прямую связь этого архива с МГУ им. Ломоносова, его также можно найти и в других разделах. .

Просмотр PDF-файла онлайн

Текст 2 страницы из PDF

Figure 2 illustrates thisidea by considering all possible antigen-binding sitesdepicted in the x-axis, with the most similar ones adjacentto each other. The Ag-Ab affinity is shown on the y-axis.If it is taken a particular antibody (A) selected during aprimary response, then point mutations allow the immunesystem to explore local areas around A by making smallsteps towards an antibody with higher affinity, leading toa local optima (A1).

Because mutations with loweraffinity are lost, the Ab can not go down the hill.Receptor editing allows an antibody to take large stepsthrough the landscape, landing in a locale where theaffinity might be lower (B). However, occasionally theleap will lead to an antibody on the side of a hill wherethe climbing region is more promising (C), reaching theglobal optimum.

From this locale, point mutations candrive the Ab to the top of the hill (C1). In conclusion,point mutations are good for exploring local regions,while editing may rescue immune responses stuck onunsatisfactory local optima.In addition to somatic hypermutation and receptor editing,a fraction of newcomer cells from the bone marrow isadded to the lymphocyte pool in order to maintain thediversity of the population.

According to Jerne (1984),from 5-8% of the least stimulated lymphocytes is replacedper cell generation, joining the pool of available antigenrecognizing cells. This may yield the same result as theprocess of receptor editing, i.e., a broader search for theglobal optimum of the antigen-binding site.2.3THE REGULATION OF THEHYPERMUTATION MECHANISMA rapid accumulation of mutations is necessary for a fastmaturation of the immune response, but the majority ofthe changes will lead to poorer or non-functionalantibodies. If a cell that has just picked up a usefulmutation continues to be mutated at the same rate duringthe next immune responses, then the accumulation ofdeleterious changes may cause the loss of theAN EVOLUTIONARY SYSTEMThe clonal selection functioning of the immune systemcan be interpreted as a remarkable microcosm of CharlesDarwin’s law of evolution, with the three major principlesof diversity, variation and natural selection (Cziko, 1995).The two central processes involved in the production ofantibodies, genetic recombination and mutation, are thesame ones responsible for the biological evolution ofsexually reproducing species.

In these species, the sametwo processes are involved in providing the variations onwhich natural selection can work to fit the organism to theenvironment (Holland, 1995). As a consequence,cumulative blind variation and natural selection, whichover many millions of years resulted in the emergence ofmammalian species, remain crucial in the day-by-dayceaseless battle to survival of these species.Whereas adaptive biological evolution proceeds bycumulative natural selection among organisms, researchon the immune system has now provided the first clearevidence that ontogenetic adaptive changes can beachieved by cumulative blind variation and selectionwithin organisms.

The clonal selection algorithm, to bedescribed further in the text, aims at demonstrating thatthis cumulative blind variation can generate high qualitysolutions to complex problems.4THE SHAPE-SPACE MODELThe shape-space model (S) aims at quantitativelydescribing the interactions among antigens and antibodies(Ag-Ab). The set of features that characterize a moleculeis called its generalized shape. The Ag-Ab representation(binary or real-valued) determines a distance measure tobe used to calculate the degree of interaction betweenthese molecules. Mathematically, the generalized shape ofa molecule (m), either an antibody or an antigen, can berepresented by a set of coordinates m = <m1, m2,..., mL>,which can be regarded as a point in an L-dimensionalreal-valued shape-space (m ∈ SL).

Here, the precisephysical meaning of each parameter is not relevant. In thiswork, we used binary (or integer) strings to represent themolecules. Antigens and antibodies were considered ofthe same length L. The length and cell representationdepends upon the problem.5THE PROPOSED ALGORITHMAfter discussing the clonal selection principle and theaffinity maturation process, the development of the clonalselection algorithm (CSA) is straightforward. The mainimmune aspects taken into account were: maintenance ofthe memory cells functionally disconnected from therepertoire, selection and cloning of the most stimulatedcells, death of non-stimulated cells, affinity maturationand re-selection of the clones with higher affinity,generation and maintenance of diversity, hypermutationproportional to the cell affinity.Nd(6)Pr(1)M6ENGINEERING APPLICATIONS(2)To evaluate the clonal selection algorithm (CSA), weconsidered three different problems:(3)1.

a binary character recognition task will be used to testits learning and memory acquisition capabilities;2. a multi-modal optimization task; and3. a 30 cities instance of the Travelling SalesmanProblem (TSP).SelectPn(5)Re-select(3) Reproduce (Clone) these n best individuals of thepopulation, giving rise to a temporary population ofclones (C). The clone size is an increasing functionof the affinity with the antigen;(4) Submit the population of clones to a hypermutationscheme, where the hypermutation is proportional tothe affinity of the antibody with the antigen. Amaturated antibody population is generated (C*);(5) Re-select the improved individuals from C* tocompose the memory set M. Some members of P canbe replaced by other improved members of C*;(6) Replace d antibodies by novel ones (diversityintroduction).

The lower affinity cells have higherprobabilities of being replaced.CloneC6.1Maturate(4)C*Figure 3: Block diagram of the clonal selection algorithm.The algorithm works as in Figure 3 (after each six stepswe have one cell generation):(1) Generate a set (P) of candidate solutions, composedof the subset of memory cells (M) added to theremaining (Pr) population (P = Pr + M);(2) Determine (Select) the n best individuals of thepopulation (Pn), based on an affinity measure;BINARY CHARACTER RECOGNITIONThe learning and memory acquisition of the CSA isverified through its application to a binary characterrecognition problem.

Our goal is to demonstrate that acumulative blind variation together with selection canproduce individuals with increasing affinities (maturationof the immune response). In this case, we assume that theantigen population is represented by a set of eight binarycharacters to be learned. These characters are the sameones originally proposed by Lippman (1987), in adifferent context. Each character is represented by abitstring (Hamming shape-space, briefly discussed inSection 4) of length L = 120. The antibody repertoire iscomposed of 10 individuals, 8 of them in the memory setM.(a) Input patterns(b) 0 generations(c) 50 generations(d) 100 generations(e) 200 generationsFigure 4: (a) Patterns to be learned, or input patterns (antigens). (b) Initial memory set.

(c) Memory set after 50 cellgenerations. (d) Memory set after 100 cell generations. (e) Memory set after 200 cell generations.The original characters (antigens) are depicted in Figure4(a). Figure 4(b) illustrates the initial memory set, andFigures 4(b) to 4(e) represent the maturation of thememory set (immune response) through cell generations.The affinity measure takes into account the Hammingdistance (D) between antigens and antibodies, accordingto Equation (1):L1 if abi ≠ ag iD = ∑ / where / = 0 otherwisei =1Global optimum(1)Notice that an exact matching is not necessary to obtain asuccessful character recognition.

A partial matching isenough in most applications. The algorithm convergedafter 250 cell generations.6.2MULTI-MODAL OPTIMIZATIONFigure 5: Function to be maximized by the CSA.The CSA reproduces those individuals with higheraffinities and selects their improved maturated progenies.This strategy suggests that the algorithm performs agreedy search, where single members will be locallyoptimized (exploitation of the surrounding space), and thenewcomers yield a broader exploration of the searchspace. This characteristic makes the CSA very suitable forsolving multi-modal optimization tasks and, as anillustration, consider the case of maximizing the functionf(x,y) = x.sin(4πx)−y.sin(4πy+π)+1, depicted in Figure 5.Notice that this function is composed of many localoptima and a single global optimum.We employed the Hamming shape-space, with binarystrings representing real values for x and y.

The chosenbitstring length was L = 22, corresponding to a precisionof six decimal places. The variables x and y are definedover the range [−1, 2], and the mapping from a binarystring m = <mL,..., m2, m1> into a real number z iscompleted in two steps:•convert the binary string m = <mL,..., m2, m1> frombase 2 to base 10:(< mL ,..., m2 , m1 >)2 = (∑)21m .2 ii =0 i10= z'Figure 6: Optimized population after 100 cell generations.•find the corresponding real value for z:−zzz = z min + z '.

Свежие статьи
Популярно сейчас
Как Вы думаете, сколько людей до Вас делали точно такое же задание? 99% студентов выполняют точно такие же задания, как и их предшественники год назад. Найдите нужный учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Нашёл ошибку?
Или хочешь предложить что-то улучшить на этой странице? Напиши об этом и получи бонус!
Бонус рассчитывается индивидуально в каждом случае и может быть в виде баллов или бесплатной услуги от студизбы.
Предложить исправление
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
5076
Авторов
на СтудИзбе
455
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее