[论文解读] 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 11

一句话总结

本文通过质疑遗传算法中建构模块假说（BBH）的基础假设，挑战其理论有效性。该文指出，BBH所依赖的关于适应度分布的假设过于强烈，不切实际，从而削弱了该假说的理论基础。文章认为BBH对基因组中适应度结构的假设不切实际，使其远不如其他解释可信，并将其类比于物理学中已被证伪的以太理论。

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.

研究动机与目标

• 通过审视其基础假设，挑战遗传算法中建构模块假说（BBH）的理论正当性。
• 论证支撑BBH的常见适应度结构假设（CFSAs）过于强烈，缺乏实证依据。
• 证明BBH的解释力因依赖于对基因组上适应度分布的过度强烈假设而受损。
• 倡导一种更谨慎、符合奥卡姆剃刀原则的遗传算法适应建模方法，优先采用较弱的假设。
• 指出BBH在遗传算法研究中的主导地位可能源于其直观吸引力，而非坚实的理论或实证支持。

提出的方法

• 通过隔离BBH关于基因组集合中适应度分布的核心假设，分析该假说。
• 应用奥卡姆剃刀原则，论证唯有对适应度结构的弱假设才能产生可行的遗传算法适应理论。
• 将BBH的假设与物理学中已被证伪的以太理论的假设进行比较，强调两者在理论需求上的相似性。
• 探讨表示法在塑造适应度景观中的作用，批判遗传算法从业者可可靠诱导可利用适应度结构的观点。
• 评估BBH的描述性与解释性角色之间的区别，主张将其视为定义而非假说，会削弱其可检验性。
• 批判通过类比人类创新（如雅克·哈达玛关于思想组合的观点）来证明BBH的合理性，认为这种类比是循环且未经证实的。

实验结果

研究问题

• RQ1 支撑建构模块假说的基础适应度分布假设是什么？
• RQ2 为何这些假设过于强烈，以至于损害了BBH作为科学假说的可信度？
• RQ3 这些假设的强度与已被证伪的科学概念（如以太）相比如何？
• RQ4 BBH在多大程度上依赖于循环推理，即将其核心机制嵌入遗传算法的定义之中？
• RQ5 为何BBH尽管存在理论和实证缺陷，仍在遗传算法研究中占据主导地位？

主要发现

• 建构模块假说依赖于对基因组间适应度分布的极其强烈的假设，而这些假设缺乏实证依据。
• 这些假设强烈到近乎‘魔法’般的信念程度，类似于历史上对以太的信仰。
• BBH的解释力受损，因为它依赖于如此强烈的假设，以至于任何解释都可被合理化，从而违背了奥卡姆剃刀原则。
• BBH不仅理论薄弱，更因依赖于不可验证且不切实际的适应度结构假设而根本上存在缺陷。
• BBH在遗传算法研究中的主导地位并非源于其科学价值，而是因其直观吸引力和对研究人员思维的锚定效应。
• BBH声称遗传算法利用了建构模块，但这一主张缺乏基于一致且弱假设的适应度结构支持，因此无法作为遗传算法适应的可靠解释。