Population diversity is crucial in evolutionary algorithms as it helps with global exploration and facilitates the use of crossover. Despite many runtime analyses showing advantages of population diversity, we have no clear picture of how diversity evolves over time. We study how population diversity of $(\mu+1)$ algorithms, measured by the sum of pairwise Hamming distances, evolves in a fitness-neutral environment. We give an exact formula for the drift of population diversity and show that it is driven towards an equilibrium state. Moreover, we bound the expected time for getting close to the equilibrium state. We find that these dynamics, including the location of the equilibrium, are unaffected by surprisingly many algorithmic choices. All unbiased mutation operators with the same expected number of bit flips have the same effect on the expected diversity. Many crossover operators have no effect at all, including all binary unbiased, respectful operators. We review crossover operators from the literature and identify crossovers that are neutral towards the evolution of diversity and crossovers that are not.


翻译:---- 分析种群多样性的平衡态 Translated abstract: 在进化算法中,种群多样性对于全局探索和交叉使用非常重要。尽管许多运行时分析显示种群多样性的优势,但我们对多样性如何随时间演变没有清晰的认识。本文研究了在健身中立的环境下,$(\mu+1)$算法的种群多样性(通过汉明距离的两两和测量)如何演化。我们给出了种群多样性漂移的精确公式,并表明其被推向平衡态。此外,我们限制了接近平衡状态的预期时间。我们发现,包括算法选择在内的这些动态,对平衡位置都没有影响。所有具有相同期望位翻转次数的无偏变异算子对预期多样性具有相同的影响。许多交叉算子根本没有影响,包括所有的二进制无偏尊重算子。我们回顾了文献中的交叉算子,并识别了对多样性进化中性的交叉和不中性的交叉。

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