4.1 物種演化物種演化 4.1.1 物種演化物種演化歷程歷程 地球生物經(jīng)歷了由無到有，由簡單到復(fù)雜的演化過程。一共地球上生物主要經(jīng)歷了 5 個不同時代太古代、元古代、古生代（早古生代和晚古生代）、中生代、新生代。最終發(fā)展到現(xiàn)在的人類時代。在最早的太古代，生命初形成，以單細胞生物為主。到元古代是細菌和藻類時代。再到古生代，又分為早古生代和晚古生代。早古生代是藻類繁榮時期，無頸椎動物發(fā)展時期（包括：棘皮動物、軟體動物、扁形動物、環(huán)節(jié)動物、腔腸動物、節(jié)肢動物、海綿動物、線形動物等）。晚古生代是蕨類、魚類和兩棲動物時代。到了中時代恐龍時代，主要以爬行動物和裸子植物為主。再到距今最近的新生代，以被子植物和哺育動物為主。圖 4.1 生物進化歷程 圖 4.2 物種演化樹 4.1.2 達爾文的進化論達爾文的進化論 19 世紀中葉，達爾文總結(jié)前人的經(jīng)驗與理論，提出生物演化機制：演化是生存競爭中自由淘汰的結(jié)果，食物與空間等資源有限，只有最適應(yīng)環(huán)境的個體才能生存下來，延續(xù)族群。1859 年，達爾文的科學巨著物種起源，講述生物進化過程與法則，提出自然選擇學說：生命只有一個祖先，生物從簡單到復(fù)雜，從低級到高級逐漸發(fā)展過來。圖 4.3 達爾文與物種起源（1）物競天擇 物競：生物的生存競爭；天擇：自然選擇。大自然中，豹子與斑馬都受到大自然的選擇，只有生存能力強的個體才能生存。在炎熱的沙漠中，只有像駱駝一樣能儲藏大量水的生物，才能在沙漠中呆更久的時間。圖 4.4 物競天擇示意圖 （2）適者生存 當環(huán)境發(fā)生改變時，只有能適應(yīng)環(huán)境變化的生物，才能繼續(xù)生存、繁衍后代、壯大種群。圖 4.4 長頸鹿適者生存 4.1.3 孟德爾遺傳學孟德爾遺傳學 1866 年，孟德爾根據(jù)豌豆雜交試驗揭示了生物的基本遺傳規(guī)律，奠定了遺傳學的基礎(chǔ)。孟德爾的遺傳規(guī)律表明了父代的基因，能夠按一定規(guī)則傳給子代，這就從科學上證明了生物進化論的正確性。孟德爾通過長達 8 年的培植豌豆試驗，對各代豌豆進行觀察、計數(shù)和分析，揭示了生物遺傳奧秘的基本規(guī)律：“孟德爾第一定律”（即孟德爾遺傳分離規(guī)律），“孟德爾第二定律”（即基因自由組合規(guī)律）。圖 4.5 孟德爾與其豌豆試驗 4.1.4 進化計算的基本思想進化計算的基本思想 進化計算是以達爾文的進化論、門德爾的遺傳學思想為基礎(chǔ)，通過模擬生物進化過程與機制自組織、自適應(yīng)的問題求解智能方法。生物進化是通過物種繁殖、基因組合與變異、個體競爭和自然選擇實現(xiàn)的；而進化計算主要是通過選擇、重組和變異這三種操作實現(xiàn)優(yōu)化計算的一種計算模式。圖 4.6 進化計算基本框架 4.1.4 進化計算的進化計算的主要方法主要方法 目前研究的進化計算方法主要包括：1)遺傳算法 2)協(xié)同進化 3)進化策略 4)進化規(guī)劃 5)遺傳編程