[논문 리뷰] The Fundamental Problem with the Building Block Hypothesis

Keki M. Burjorjee|ArXiv.org|2008. 10. 19.

Evolutionary Algorithms and Applications참고 문헌 45인용 수 11

한 줄 요약

이 논문은 유전적 알고리즘에서 빌딩 블록 가설(BBH)을 도전하며, BBH의 기초가 되는 적합도 분포에 대한 가정이 이론적으로 타당하지 않게 너무 강력하다고 주장한다. 이는 BBH의 이론적 타당성을 약화시키며, 게놈 내 적합도의 구조에 대해 비현실적인 가정에 의존하고 있음을 보여주어, 다른 설명보다 더 타당성이 떨어지게 한다. 또한 물리학에서 기각된 빛의 매질( luminiferous aether)과 유사한 비유를 제시한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 빌딩 블록 가설(BBH)의 이론적 정당성을 검토함으로써, 그 기초가 되는 가정을 분석함으로써 유전적 알고리즘에서 BBH의 이론적 타당성을 도전한다.
• BBH를 뒷받де는 일반적인 적합도 구조 가정(CFSAs)이 지나치게 강력하고 경험적으로 정당화되지 않았음을 주장한다.
• BBH의 설명력이 게놈의 적합도 분포에 대해 너무 강력한 가정에 의존함으로써 손상된다는 것을 보여준다.
• 더 신중하고 오카머의 면도 원칙에 부합하는 접근을 주장하며, 더 약한 가정을 우선시하는 모델링 방식을 권장한다.
• BBH가 유전적 알고리즘 연구에서 지배적인 이유는 과학적 타당성이나 경험적 근거보다는 직관적 매력과 연구자들의 사고에 뿌리내린 심리적 고정관념 때문일 수 있음을 강조한다.

제안 방법

• 게놈 집합 내 적합도 분포에 대한 핵심 가정을 분리하여 빌딩 블록 가설(BBH)을 분석한다.
• 오카머의 면도 원칙을 적용하여, GA 적응 이론의 타당성은 오직 적합도 구조에 대한 약한 가정에서만 유도될 수 있음을 주장한다.
• BBH의 가정을 물리학에서 기각된 빛의 매질과 비교하며, 이 둘 간의 이론적 요구 수준이 유사하다는 점을 강조한다.
• 표현 방식이 적합도 지형을 어떻게 형성하는지 분석하며, GA 전문가들이 이용 가능한 적합도 구조를 신뢰성 있게 유도할 수 있다는 개념을 비판한다.
• BBH의 묘사적 역할과 설명적 역할의 차이를 평가하며, BBH를 정의로 보는 것이 가설로 보는 것보다 오히려 검증 가능성을 떨어뜨린다고 주장한다.
• 인간의 창의적 발상, 예를 들어 자크 하다마르의 아이디어 조합 개념과의 유사성을 근거로 BBH를 정당화하는 것은 순환 논증이며 입증되지 않은 주장이라고 비판한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 빌딩 블록 가설을 뒷받침하는 적합도 분포에 대한 기초 가정은 무엇인가?
• RQ2 왜 이러한 가정들이 너무 강력하여 BBH가 과학적 가설로서의 신뢰성을 상실하게 되는가?
• RQ3 이러한 가정의 강도는 빛의 매질과 같은 기각된 과학적 개념과 비교해 볼 때 어떻게 되는가?
• RQ4 빌딩 블록 가설이 핵심 메커니즘을 유전적 알고리즘의 정의에 내재시킴으로써 순환 논증에 의존하는 정도는 어느 정도인가?
• RQ5 왜 BBH는 이론적·경험적 결함이 있음에도 불구하고 여전히 유전적 알고리즘 연구에서 지배적인가?

주요 결과

• 빌딩 블록 가설은 게놈 전체에 걸쳐 적합도 분포에 대해 매우 강력한 가정에 기반하고 있으며, 이는 경험적으로 정당화되지 않는다.
• 이러한 가정은 마치 역사적으로 존재했던 빛의 매질에 대한 믿음과 유사하게 '마법적' 신념에 가까운 수준에 이르렀다.
• BBH의 설명력은 너무나 강력한 가정에 의존함으로써 손상되었으며, 어떤 설명이라도 정당화될 수 있어 오카머의 면도 원칙을 위반한다.
• 이 가설은 이론적으로만 약한 것이 아니라, 검증 불가능하고 비현실적인 적합도 구조 가정에 의존함으로써 근본적으로 오류가 있다.
• BBH가 GA 연구에서 지배적인 것은 과학적 우월성 때문이 아니라, 직관적 매력과 연구자들의 사고에 뿌리내린 심리적 고정관념 때문일 수 있다.
• 유전적 알고리즘이 빌딩 블록을 이용해 적응한다는 BBH의 주장은 일관되고 약한 가정에 기반한 적합도 구조가 없기 때문에, GA 적응을 설명하는 데 신뢰할 수 없다.