[发明专利]一种关于进化算法的实验教学方法和系统

说明书

一种关于进化算法的实验教学方法和系统。其目的是实现让所有学生同做一个实验，并且让学生深度参与到进化算法运行过程的中间步骤决策当中。本发明的方法和系统利用手机APP让上实验课的所有学生扮演进化算法中的智体群，每个学生是智体群中的一个智体。而老师在手机APP上负责问题设置、进化算法参数设置、以及算法运行进度控制。学生扮演的智体可以按进化算法的工作机理在APP上进行各自的决策行为。当所有智体完成各自的决策行为后，老师控制算法运行进入下一代智体群；学生又在新一代智体群中扮演智体进行决策行为。如此反复，直到进化算法的停止运行条件满足。实验最终输出结果是所有学生共同深度参与同一个进化算法运行过程的中间步骤决策的结果。

技术领域：

本发明提供了一种关于进化算法的实验教学方法和系统，属于人工智能教学培训领域。

背景技术：

人工智能是现今一个最热门的科学技术领域，既是国家的一项重大科技发展战略方向，也是企业机构争相研发应用的技术，社会上也出现了学习人工智能技术的学习热潮。许多大学除了在传统专业院系开设的专业课级别的人工智能课程外，还面向全校所有专业的学生开设全校通识性人工智能选修课；社会上的商业培训机构也开始大量开设各种形式的人工智能培训课程。进化算法是一项重要的人工智能技术，一般是大学所开设的人工智能专业课和选修课都必须包括的内容。学习进化算法，除了理论知识技术的学习外，通常还需要一些实验教学，以便学生能够更好地理解和掌握所学习的理论知识技术。现有的关于进化算法的实验教学方法通常可以分为两大类。一类是让学生上机自己编写一个进化算法的小程序，另一类是让学生使用一些现有的进化算法软件包解决一个小问题。第一类实验教学方法对学生的相关专业知识和技能要求较高，一般只适用于人工智能专业课学生，难以适用于全校通识选修课学生。第二类实验教学方法只能让学生感受到进化算法软件包的外表功能，而难以体会和理解到进化算法内部的工作机理。事实上，既便是第一类实验教学方法，学生经常也只是将书本上描述的进化算法工作机理机械地转换为程序代码，一旦编好程序，程序运行时进化算法的工作机理到底是怎么运作怎样起作用的，学生也体会不到，因为程序在计算机上运行的内部过程对学生一般是不可见的，学生一般仍然只能看到程序运行的最终结果。虽然有一些进化算法软件也可以显示运行过程的中间步骤数据，一些好学生在编程时也会强制程序在运行过程中输出中间步骤数据，但是，这些中间步骤数据只能看，不能改。即，进化算法软件也好，学生编的程序也好，一旦在计算机上运行起来，其中间步骤的运算过程就不再受学生控制；学生对于一个正在运行的进化算法程序，只是一个旁观者，而不是一个参与者。设想一下，如果学生能够成为一个正在运行的进化算法程序的过程参与者，即如果进化算法运行过程中的某一个步骤该怎么往下发展进行，是可以由学生根据进化算法工作机理来人为选择决定的话，那实验过后，学生就能对进化算法工作机理有非常深刻的体会和理解，而不仅仅是看见了一堆无需自己参与就出现在屏幕上的数据。目前的两大类关于进化算法的实验教学方法都无法带给学生上述的深度参与感。目前的两大类关于进化算法的实验教学方法的另外一个弊端就是：不论是使用现成的进化算法软件，还是学生自己动手编写程序，通常都是学生各自做各自的实验，所有学生的实验彼此之间没有联系，认真的学生可能会把实验做得很好，而不认真的学生可能就是混个出勤，实验只是问问抄抄他人的数据而已；由于带实验的老师人数精力有限，很难监督到每个学生；尤其是全校通识性选修课，由于人工智能的热度，选课学生可以达数百人，现有的两大类关于进化算法的实验教学方法很难监督到每个学生的实验质量。设想一下，如果能让所有学生同做一个实验，任何一个学生不作为实验就无法进行，那么就可以有效避免学生实验课混出勤的情况。

本发明提出一种关于进化算法的实验教学方法和系统，就是要让所有学生共同一起做一个进化算法实验，并且要让学生深度参与到进化算法运行过程的中间步骤决策当中，从而既能有效避免学生实验课混出勤的情况，又能加深学生对进化算法工作机理的体会和理解。

发明内容：