[論文レビュー] The Fundamental Problem with the Building Block Hypothesis

Keki M. Burjorjee|ArXiv.org|Oct 19, 2008

Evolutionary Algorithms and Applications参考文献 45被引用数 11

ひとこと要約

この論文は、遺伝的アルゴリズムにおける構築ブロック仮説（BBH）に挑戦し、その基礎となる適応度分布に関する仮定が不切当に強く、仮説の理論的妥当性を損なっていると主張する。BBHはゲノム内の適応度の構造に関する現実的でない仮定に依存しており、これにより他の説明よりも説得力が薄れる。また、物理学における否定されたエーテル理論に類似していると指摘する。

ABSTRACT

Skepticism of the building block hypothesis (BBH) has previously been expressed on account of the weak theoretical foundations of this hypothesis and the anomalies in the empirical record of the simple genetic algorithm. In this paper we hone in on a more fundamental cause for skepticism--the extraordinary strength of some of the assumptions that undergird the BBH. Specifically, we focus on assumptions made about the distribution of fitness over the genome set, and argue that these assumptions are unacceptably strong. As most of these assumptions have been embraced by the designers of so-called "competent" genetic algorithms, our critique is relevant to an appraisal of such algorithms as well.

研究の動機と目的

• 遺伝的アルゴリズムにおける構築ブロック仮説（BBH）の理論的正当性を、その基礎的仮定を検証することで挑戦すること。
• BBHを支える一般的な適応度構造仮定（CFSAs）が、あまりに強く、経験的根拠がないと主張すること。
• BBHの説明的力が、ゲノム上の適応度分布に関する不切当に強い仮定に依存しているため、損なわれていることを示すこと。
• 遺伝的アルゴリズムの適応をモデル化するにあたり、より慎重でオッシャムの剃刀に適合した方法を提唱し、弱い仮定を好むこと。
• BBHがGA研究において優位であるのは、理論的・経験的根拠よりも直感的吸引力と研究者の思考への固定化効果によるものであることを強調すること。

提案手法

• ゲノム集合における適応度分布に関するBBHの核心的仮定を分離して分析すること。
• オッシャムの剃刀の原則を適用し、GA適応の有効な理論を導くには、適応度構造に関する弱い仮定しか得られないことを主張すること。
• BBHの仮定を、物理学における否定されたエーテル理論の仮定と比較し、両者の理論的要求の類似性を強調すること。
• 表現形式が適応度ランドスケープをどのように形作るかを検討し、GA研究者が利用可能な適応度構造を信頼して誘導できるとみなす考えを批判すること。
• BBHの記述的役割と説明的役割の違いを評価し、BBHを仮説ではなく定義として扱うことで、その検証可能性が損なわれると主張すること。
• 人間の創造的革新（例えば、ジャック・アダマールのアイデアの組み合わせの考え）に類似させることでBBHを正当化する試みを、循環的かつ証明不能であると批判すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 構築ブロック仮説の背後にある、適応度分布に関する基礎的仮定は何か？
• RQ2 なぜこれらの仮定があまりに強く、BBHが科学的仮説としての信頼性を損なうのか？
• RQ3 これらの仮定の強さは、エーテル理論のような否定された科学的概念と比べてどの程度か？
• RQ4 BBHが、そのコアメカニズムを遺伝的アルゴリズムの定義に埋め込むことで、循環的推論に依存している程度はどの程度か？
• RQ5 BBHが理論的・経験的欠陥を抱えながらも、なぜGA研究において依然として優位なのか？

主な発見

• 構築ブロック仮説は、ゲノム全体における適応度分布に関する非常に強い仮定に依存しており、これは経験的根拠に乏しい。
• これらの仮定はあまりに強く、歴史的エーテル信仰と同様に「魔法的」な信念に近い。
• BBHの説明的力は、あらゆる説明が正当化可能になるほど強い仮定に依存しているため、オッシャムの剃刀に反する。
• 仮説は理論的に弱いのではなく、検証不能で現実的でない適応度構造仮定に依存しているため、根本的に誤りである。
• GA研究におけるBBHの優位性は、科学的妥当性によるのではなく、直感的吸引力と研究者の思考への固定化効果によるものである。
• 遺伝的アルゴリズムが構築ブロックを活用するというBBHの主張は、一貫性があり弱い仮定に基づく適応度構造がなければ成立せず、GA適応の説明としては信頼できない。