遺伝的改良（コンピュータサイエンス）

コンピュータソフトウェア開発において、遺伝的改善とは、最適化や機械学習技術、特に遺伝的プログラミングなどの検索ベースのソフトウェアエンジニアリング技術を使用して既存のソフトウェアを改善することです。^[1]^[2] 改善されたプログラムは、元のプログラムと同じように動作する必要はありません。たとえば、自動バグ修正では、バグのある動作が削減または排除されることによってプログラムコードが改善されます。^[3] 他の場合には、改善されたソフトウェアは古いバージョンと同じように動作しますが、たとえば、より高速に実行される、^[4]メモリの使用量が少ない、^[5]エネルギーの使用量が少ない^[6] または異なるタイプのコンピュータで実行されるなどの理由で優れています。^[7] GIは、たとえば正式なプログラム変換とは異なり、新しいソフトウェアと古いソフトウェアの両方をテスト入力で実行し、その出力とパフォーマンスを比較して、新しいミュータントバージョンの動作を主に検証し、新しいソフトウェアが元のプログラムに求められていることをまだ実行でき、より優れているかどうかを確認する

遺伝的改良を利用すると、特定の用途や特定のコンピューターに合わせてそれぞれがカスタマイズされた複数のバージョンのプログラムを作成できます。

遺伝的改良は、多目的最適化と組み合わせて使用することで、複数の次元に沿ってソフトウェアを改良することを検討したり、速度と回答の質をトレードオフするプログラムを進化させるように GI に依頼するなど、複数の目的間のトレードオフを検討したりすることができます。もちろん、より高速でより良い回答を提供するプログラムを見つけることは可能です。

遺伝的改良では、通常、プログラムのソースコードに小さな変更や編集（突然変異とも呼ばれる）が行われますが、アセンブリコード、バイトコード^[8] 、またはバイナリマシンコード^[9]に突然変異が行われることもあります。

参考文献

^ Langdon, William B. (2015). 「遺伝的に改良されたソフトウェア」。遺伝的プログラミング応用ハンドブック。pp. 181–220。doi : 10.1007 / 978-3-319-20883-1_8。ISBN 978-3-319-20882-4。
^ Justyna Petke、Saemundur O. Haraldsson、Mark Harman、William B. Langdon、David R. White、John R. Woodward (2018)。「ソフトウェアの遺伝的改善：包括的な調査」（PDF）。IEEE Transactions on Evolutionary Computation。22（ 3）： 415–432。doi ： 10.1109 /TEVC.2017.2693219。hdl ：1893/ 25358。S2CID 30314751 。
^ Weimer, Westley; et al. (2010). 「進化的計算による自動プログラム修復」Communications of the ACM . 53 (5): 109–116. CiteSeerX 10.1.1.170.188 . doi :10.1145/1735223.1735249. S2CID 7408151.
^ Langdon, William B.; Harman, Mark (2015). 「遺伝的プログラミングによる既存ソフトウェアの最適化」IEEE Transactions on Evolutionary Computation . 19 : 118–135. doi :10.1109/TEVC.2013.2281544. S2CID 9891830.
^ Wu, Fan; Weimer, Westley; Harman, Mark; Jia, Yue; Krinke, Jens (2015). 「ディープパラメータ最適化」。遺伝的および進化的計算に関する 2015 年年次会議の議事録。pp. 1375–1382。doi : 10.1145 / 2739480.2754648。ISBN 9781450334723. S2CID 17820784。
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^ Langdon, William B.; Harman, Mark (2014). 「遺伝的に改良された CUDA C++ ソフトウェア」。遺伝的プログラミング。コンピュータサイエンスの講義ノート。第 8599 巻。pp. 87–99。doi : 10.1007 / 978-3-662-44303-3_8。ISBN 978-3-662-44302-6。 {{cite book}}:|journal=無視されました (ヘルプ)
^ Orlov, Michael; Sipper, Moshe (2011). 「ジャワの荒野を飛ぶフィンチ」. IEEE Transactions on Evolutionary Computation . 15 (2): 166–182. CiteSeerX 10.1.1.298.6272 . doi :10.1109/TEVC.2010.2052622. S2CID 14616802.
^ Schulte, Eric M.; Weimer, Westley; Forrest, Stephanie (2015)。「ソースコードやテストスイートにアクセスせずに COTS ルーターファームウェアを修復する」。遺伝的および進化的計算に関する 2015 年年次会議の付属出版物の議事録。pp. 847–854。doi : 10.1145 / 2739482.2768427。ISBN 9781450334884. S2CID 14772346。

外部リンク

Open PhD チュートリアル http://phdopen.mimuw.edu.pl/index.php?page=z15w1 (SBSE と CIT も取り上げていますが、3 つのトピックの最後はソフトウェアの遺伝的改良です)。
遺伝的改良に関する国際ワークショップ: http://www.geneticimprovementofsoftware.com ウェブページには GI コミュニティページ http://geneticimprovementofsoftware.com/learn/about が含まれています

ツール

ジン https://github.com/gintool/gin
カササギ https://github.com/bloa/magpie
PyGGI https://github.com/coinse/pyggi

[1] Langdon, William B. (2015). 「遺伝的に改良されたソフトウェア」。遺伝的プログラミング応用ハンドブック。pp. 181–220。doi : 10.1007 / 978-3-319-20883-1_8。ISBN 978-3-319-20882-4。

[2] Justyna Petke、Saemundur O. Haraldsson、Mark Harman、William B. Langdon、David R. White、John R. Woodward (2018)。「ソフトウェアの遺伝的改善：包括的な調査」（PDF）。IEEE Transactions on Evolutionary Computation。22（ 3）： 415–432。doi ： 10.1109 /TEVC.2017.2693219。hdl ：1893/ 25358。S2CID 30314751 。

[3] Weimer, Westley; et al. (2010). 「進化的計算による自動プログラム修復」Communications of the ACM . 53 (5): 109–116. CiteSeerX 10.1.1.170.188 . doi :10.1145/1735223.1735249. S2CID 7408151.

[4] Langdon, William B.; Harman, Mark (2015). 「遺伝的プログラミングによる既存ソフトウェアの最適化」IEEE Transactions on Evolutionary Computation . 19 : 118–135. doi :10.1109/TEVC.2013.2281544. S2CID 9891830.

[5] Wu, Fan; Weimer, Westley; Harman, Mark; Jia, Yue; Krinke, Jens (2015). 「ディープパラメータ最適化」。遺伝的および進化的計算に関する 2015 年年次会議の議事録。pp. 1375–1382。doi : 10.1145 / 2739480.2754648。ISBN 9781450334723. S2CID 17820784。

[6] ブルース、ボビー R.、ペトケ、ジャスティナ、ハーマン、マーク (2015)。「遺伝的改良によるエネルギー消費量の削減」。遺伝的および進化的計算に関する 2015 年年次会議の議事録。pp. 1327–1334。doi :10.1145 / 2739480.2754752。ISBN 9781450334723. S2CID 207224618。

[7] Langdon, William B.; Harman, Mark (2014). 「遺伝的に改良された CUDA C++ ソフトウェア」。遺伝的プログラミング。コンピュータサイエンスの講義ノート。第 8599 巻。pp. 87–99。doi : 10.1007 / 978-3-662-44303-3_8。ISBN 978-3-662-44302-6。 {{cite book}}:|journal=無視されました (ヘルプ)

[8] Orlov, Michael; Sipper, Moshe (2011). 「ジャワの荒野を飛ぶフィンチ」. IEEE Transactions on Evolutionary Computation . 15 (2): 166–182. CiteSeerX 10.1.1.298.6272 . doi :10.1109/TEVC.2010.2052622. S2CID 14616802.

[9] Schulte, Eric M.; Weimer, Westley; Forrest, Stephanie (2015)。「ソースコードやテストスイートにアクセスせずに COTS ルーターファームウェアを修復する」。遺伝的および進化的計算に関する 2015 年年次会議の付属出版物の議事録。pp. 847–854。doi : 10.1145 / 2739482.2768427。ISBN 9781450334884. S2CID 14772346。