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Günter Bachelier, M.A.

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Ev-OS:

Evolutionäre Betriebssysteme

Alle bisherigen Genetic Programming und Compiling Genetic Programming Systeme arbeiten mit einem konventionellen Betriebssystem zusammen, um die Basis-Operationen eines evolutionären Systems wie Reproduktion, Bewertung und Selektion durchzuführen. Mit evolutionären Betriebssystemen soll allgemein eine Klasse von Betriebssystemen bezeichnet werden, die diese Prozesse explizit unterstützen. Die Basisaufgaben dieser Betriebssysteme sind somit Speicherung und Strukturierung der Individuen, sowie Scheduling-Operationen bezüglich Reproduktion, Bewertung und Selektion. Es können weiterhin mehrere zusätzliche Anforderungen gestellt werden, wie verteiltes Betriebssystem oder Echtzeitanforderungen.

Die Anforderungen bezüglich evolutionärer Operationen können sich aber auch auf das Betriebssystem selbst beziehen, d.h. das Betriebssystem als (Kernel-)Programm bzw. einzelne Steuer-, Übersetzungs- und Dienstprogramme können einem Evolutionsprozeß unterzogen werden. Besonders im Hinblick auf eine kontinuierliche Performanceverbesserung wäre dies sinnvoll, bei der das System immer dann, wenn es Ressourcen zur Verfügung hat, versucht, seine Bestandteile zu optimieren, indem verbesserte Compilierungsversuche unternommen werden, oder indem Filestrukturen entsprechend Erwartungen an zukünftige Zugriffsstatistiken reorganisiert werden.

Die Einbeziehung evolutionärer Prozesse auf das Ev-OS ist auch im Hinblick auf eine heterogene Hardware bei einem verteilten CGP-System von Bedeutung, da ein Binärstring, der sich auf einer Hardware entwickelt hat, auf einer anderen entweder nicht valide ist, oder eine völlig andere Bedeutung besitzt. Übersetzungen werden somit in einer heterogenen Hardwareumgebung notwendig, die beispielsweise erwartet wird, wenn eine Ev-OS in eine World-Wide-Computing-Umgebung integriert werden soll. Eine wichtige Eigenschaft wäre in diesem Zusammenhang die Selbst-Portierung, bei dem ein Ev-OS ein Teil seiner Struktur, z.B. ein Dienstprogramm, in eine diversive Population umwandelt, und versucht ein Programm zu erzeugen, das auf einer bislang unbekannten Hardware die Basisfunktionalitäten dieses Dienstprogrammes erfüllen kann.

Immunologie, Idea-Future, Ökosysteme, Artificial-Life

Weitergehende Ansätze bieten Ideen aus der Computer-Immunologie, der ökonomischen Märkte (Idea-Futures), der Ökosysteme, und des Artificial Life um Systeme zu erzeugen, in denen Programm-Individuen zirkulieren, um Ressourcen kämpfen, sich reproduzieren und gelöscht werden.

Die Programm-Individuen werden als Lösungsvorschläge für Probleme interpretiert, die in dem betrachteten System durch Beispielsmengen bzw. durch formale Beschreibungen vorliegen, und ebenfalls in Programmen verpackt sind, sodaß zwischen Problem (P)- und Lösungs (L)-Individuen unterschieden werden kann. Die Paarung von Problem und Lösungsvorschlag kann beispielsweise als Schlüssel-Schloß-Test im Rahmen eines Computer-Immunsystem betrachtet werden.

Eine Bewertung eines L-Individuums bezieht sich jeweils auf ein P-Individuum, wobei ein L-Individuum Ressourcen zur Reproduktion zugeordnet bekommt, wenn es mindestens in einer Bewertung einen guten Wert erlangt. Es wird somit eine Form von Pareto-Optimalität angestrebt, bei der L-Individuen in der Menge der nicht-dominanten Individuen liegen, d.h. in der Gesamt-Paretomenge liegen, wenn sie in mindestens einem Problem überlegene Eigenschaften besitzen.

Die Gesamtressourcen des Systems werden bei einer teleologischen Implementierung durch externe Festlegungen auf die einzelnen P-Individuen verteilt, d.h. zu jedem Zeitpunkt existiert eine Prioritätsliste, wobei die Anzahl und Rangordnung der darin enthaltenen P-Individuen veränderlich ist. Neue P-Individuen werden von Außen eingefügt, während andere P-Individuen, zu denen man eine hinreichend gute Lösung gefunden hat, aus der Prioritätsliste entfernt werden. In selbstorganisierenden Systemen unterliegen auch die P-Individuen einer Evolution, d.h. sie sind nicht wie in einem streng teleologischen System unveränderlich während sie Teil der Prioritätsliste sind, sondern es können Rekombinations- und Mutations-Operationen auf die Struktur der P-Programme angewendet werden, wobei die Selektion, d.h. die Bewertung, ob ein Problem sinnvoll oder jetzt nützlich ist, kann ganz oder teilweise extern durchgeführt werden.

Die Zerlegung eines P-Individuums in eine Hierarchie von P-Individuen ist im Rahmen einer Koevolution von P- und L-Individuen ein wichtiger Aspekt in den Fällen, bei denen der Aufwand zur Evaluierung eines P-L-Paares sehr groß ist. Eine Hierarchiesierung nach steigendem Schwierigkeitsgrad bzw. Aufwand in Verbindung mit einer Wettkampfstrategie der Selektion zum Überleben könnte somit ganz erheblichen Evaluierungsaufwand ersparen.

Mem-OS:

Evolutionäre Betriebssysteme zur Unterstützung von Memen
Ein Szenario, in dem sich L- und P-Individuen durch Koevolution, Konkurrenz und Symbiose entwickeln, kann als offene Gesellschaft von Memen interpretiert werden, wobei Basisarchitekturen, welche diese Entwicklung unterstützen als Mem-OS, d.h. als Mem-Betriebssysteme, bezeichnet werden können. In einer solchen Architektur können evolutionäre und kulturelle Algorithmen integriert werden, wobei Mitglieder der ersten Klasse sich duch eine populationsbasierte Breitensuche, und Mitglieder der zweiten Klasse durch eine strategische Tiefensuche auszeichnen.

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	Günter Bachelier, M.A.
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Ev-OS: Evolutionäre Betriebssysteme	Alle bisherigen Genetic Programming und Compiling Genetic Programming Systeme arbeiten mit einem konventionellen Betriebssystem zusammen, um die Basis-Operationen eines evolutionären Systems wie Reproduktion, Bewertung und Selektion durchzuführen. Mit evolutionären Betriebssystemen soll allgemein eine Klasse von Betriebssystemen bezeichnet werden, die diese Prozesse explizit unterstützen. Die Basisaufgaben dieser Betriebssysteme sind somit Speicherung und Strukturierung der Individuen, sowie Scheduling-Operationen bezüglich Reproduktion, Bewertung und Selektion. Es können weiterhin mehrere zusätzliche Anforderungen gestellt werden, wie verteiltes Betriebssystem oder Echtzeitanforderungen. Die Anforderungen bezüglich evolutionärer Operationen können sich aber auch auf das Betriebssystem selbst beziehen, d.h. das Betriebssystem als (Kernel-)Programm bzw. einzelne Steuer-, Übersetzungs- und Dienstprogramme können einem Evolutionsprozeß unterzogen werden. Besonders im Hinblick auf eine kontinuierliche Performanceverbesserung wäre dies sinnvoll, bei der das System immer dann, wenn es Ressourcen zur Verfügung hat, versucht, seine Bestandteile zu optimieren, indem verbesserte Compilierungsversuche unternommen werden, oder indem Filestrukturen entsprechend Erwartungen an zukünftige Zugriffsstatistiken reorganisiert werden. Die Einbeziehung evolutionärer Prozesse auf das Ev-OS ist auch im Hinblick auf eine heterogene Hardware bei einem verteilten CGP-System von Bedeutung, da ein Binärstring, der sich auf einer Hardware entwickelt hat, auf einer anderen entweder nicht valide ist, oder eine völlig andere Bedeutung besitzt. Übersetzungen werden somit in einer heterogenen Hardwareumgebung notwendig, die beispielsweise erwartet wird, wenn eine Ev-OS in eine World-Wide-Computing-Umgebung integriert werden soll. Eine wichtige Eigenschaft wäre in diesem Zusammenhang die Selbst-Portierung, bei dem ein Ev-OS ein Teil seiner Struktur, z.B. ein Dienstprogramm, in eine diversive Population umwandelt, und versucht ein Programm zu erzeugen, das auf einer bislang unbekannten Hardware die Basisfunktionalitäten dieses Dienstprogrammes erfüllen kann.
Immunologie, Idea-Future, Ökosysteme, Artificial-Life	Weitergehende Ansätze bieten Ideen aus der Computer-Immunologie, der ökonomischen Märkte (Idea-Futures), der Ökosysteme, und des Artificial Life um Systeme zu erzeugen, in denen Programm-Individuen zirkulieren, um Ressourcen kämpfen, sich reproduzieren und gelöscht werden. Die Programm-Individuen werden als Lösungsvorschläge für Probleme interpretiert, die in dem betrachteten System durch Beispielsmengen bzw. durch formale Beschreibungen vorliegen, und ebenfalls in Programmen verpackt sind, sodaß zwischen Problem (P)- und Lösungs (L)-Individuen unterschieden werden kann. Die Paarung von Problem und Lösungsvorschlag kann beispielsweise als Schlüssel-Schloß-Test im Rahmen eines Computer-Immunsystem betrachtet werden. Eine Bewertung eines L-Individuums bezieht sich jeweils auf ein P-Individuum, wobei ein L-Individuum Ressourcen zur Reproduktion zugeordnet bekommt, wenn es mindestens in einer Bewertung einen guten Wert erlangt. Es wird somit eine Form von Pareto-Optimalität angestrebt, bei der L-Individuen in der Menge der nicht-dominanten Individuen liegen, d.h. in der Gesamt-Paretomenge liegen, wenn sie in mindestens einem Problem überlegene Eigenschaften besitzen. Die Gesamtressourcen des Systems werden bei einer teleologischen Implementierung durch externe Festlegungen auf die einzelnen P-Individuen verteilt, d.h. zu jedem Zeitpunkt existiert eine Prioritätsliste, wobei die Anzahl und Rangordnung der darin enthaltenen P-Individuen veränderlich ist. Neue P-Individuen werden von Außen eingefügt, während andere P-Individuen, zu denen man eine hinreichend gute Lösung gefunden hat, aus der Prioritätsliste entfernt werden. In selbstorganisierenden Systemen unterliegen auch die P-Individuen einer Evolution, d.h. sie sind nicht wie in einem streng teleologischen System unveränderlich während sie Teil der Prioritätsliste sind, sondern es können Rekombinations- und Mutations-Operationen auf die Struktur der P-Programme angewendet werden, wobei die Selektion, d.h. die Bewertung, ob ein Problem sinnvoll oder jetzt nützlich ist, kann ganz oder teilweise extern durchgeführt werden. Die Zerlegung eines P-Individuums in eine Hierarchie von P-Individuen ist im Rahmen einer Koevolution von P- und L-Individuen ein wichtiger Aspekt in den Fällen, bei denen der Aufwand zur Evaluierung eines P-L-Paares sehr groß ist. Eine Hierarchiesierung nach steigendem Schwierigkeitsgrad bzw. Aufwand in Verbindung mit einer Wettkampfstrategie der Selektion zum Überleben könnte somit ganz erheblichen Evaluierungsaufwand ersparen.
Mem-OS: Evolutionäre Betriebssysteme zur Unterstützung von Memen	Ein Szenario, in dem sich L- und P-Individuen durch Koevolution, Konkurrenz und Symbiose entwickeln, kann als offene Gesellschaft von Memen interpretiert werden, wobei Basisarchitekturen, welche diese Entwicklung unterstützen als Mem-OS, d.h. als Mem-Betriebssysteme, bezeichnet werden können. In einer solchen Architektur können evolutionäre und kulturelle Algorithmen integriert werden, wobei Mitglieder der ersten Klasse sich duch eine populationsbasierte Breitensuche, und Mitglieder der zweiten Klasse durch eine strategische Tiefensuche auszeichnen.