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Por: Rubén ParmaTutor: José Gregorio Sánchez
EVALUACIÓN DEL PROGRESO GLOBAL EN LA COEVOLUCIÓN DE
CRIATURAS VIRTUALES: UN MODELO DEPREDADOR-PRESA
BASADO EN REDES NEURONALES ARTIFICIALES DE ESTRUCTURA FIJA Y EVOLUTIVA
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2Ing. Rubén Parma
Introducción
> Por qué estudiar la coevolución?
> El Problema
> Cómo obtener mejores resultados?
> Aplicación?
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33Ing. Rubén Parma
Terminología utilizada
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4Ing. Rubén Parma
Coevolución
> Biológica
> Artificial
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5Ing. Rubén Parma
Progreso
> Local. Biológicamente Posible. Computacionalmente Posible.
> Histórico. Biológicamente Imposible. Computacionalmente Posible.
> Global. Biológicamente Imposible. Computacionalmente Imposible.
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6Ing. Rubén Parma
Carrera de Armas
Gen
erac
ione
s
Especie A Especie B
A1 B1
B2A1
A2 B2
B3A2
B3A3
B1A2
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7Ing. Rubén Parma
Especie AEspecie B
Hipótesis de la Reina Roja
Generaciones
Ada
ptac
ión
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8Ing. Rubén Parma
NeuroEvolución
> Evolución de los pesos sinápticos.
> Evolución de los pesos sinápticos y la topología.
Evolución AG
Evolución AG
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9Ing. Rubén Parma
NEAT
> NeuroEvolution of Augmenting Topologies.
> Es una técnica utilizada para Evolucionar los pesos sinápticos y la topología de redes neuronales artificiales.
> Utiliza una codificación directa.
> Protege la aparición de nuevas estructuras (especiación).
> Inicia desde una topología sin capas ocultas.
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1010Ing. Rubén Parma
Antecedentes de la Investigación
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11Ing. Rubén Parma
Cliff y Miller
> Evolución Limitada de la Estructura/Morfología de sus criaturas.
> Función de Adaptación.
> Método para calcular la velocidad y el ángulo de las criaturas virtuales.
> Tiempo de 15 segundos.
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12Ing. Rubén Parma
Nolfi y Floreano> Coevolucionaron depredadores y presas
para controlar el comportamiento en robots, no en criaturas virtuales.
> Implementaron el Salón de la Fama para evitar los ciclos en la Carrera de Armas (Propuesto por Rosin y Belew).
> Proponen el Torneo Maestro para evaluar el desempeño de las poblaciones.
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13Ing. Rubén Parma
Miconi
> Define conceptos y terminología que aclara los resultados obtenidos.
> Define como pueden compararse dos o más individuos y como evaluar el progreso.
> También realizó aportes importantes en el área de coevolución, tanto de comportamiento como de morfología de criaturas virtuales, pero no con un modelo depredador-presa.
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14Ing. Rubén Parma
Stanley y Miikkulainen
> Desarrollaron todo el marco de trabajo para realizar la Neuroevolución - NEAT.
Sims, Rada-Vilela
> Modelado de mundos, criaturas virtuales y vida artificial.
> Evolución de la morfología y su comportamiento de criaturas virtuales.
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1515Ing. Rubén Parma
Experimento
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16Ing. Rubén Parma
Sistema de Hipótesis
H1: La presencia de un progreso histórico no implica un progreso
global.
H2: Las criaturas virtuales son más exitosas cuando la topología de sus
respectivas redes neuronales artificiales son sometidas a evolución.
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17Ing. Rubén Parma
Características de las Criaturas Virtuales
Depredador Presa
Controlador RNAN° SensoresPresencia 5
N° SensoresPared 4
Representación CirculoRango Giro 30°
Disposición Sensores
Hacia adelante, gran alcance y poca amplitud
Alrededor del cuerpo en 360°,
con alcance medioVelocidad max 10 px/c 8 px/c
Color y Forma Verde con Boca Amarillo sin Boca
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18Ing. Rubén Parma
Mundo Virtual
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19Ing. Rubén Parma
Parámetros del Experimento
Población Inicial 50 individuos p/e
Generaciones 100
Tiempo de cada corrida 15 segundosEnfrentamientos para evaluar un individuo 10
Experimento A Sin Evolución de la Topología
Experimento B Con Evolución de la Topología
Número de Corridas 5
Parámetros NEATRecomendados para
experimentos de control
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20Ing. Rubén Parma
Función de Adaptación
> Distancia promedio entre los individuos por el número de éxitos obtenidos + 1.
> Depredador: Minimizarla.
> Presa: Maximizarla.
Debido a que NEAT sólo trabaja con maximización de funciones, para el caso del depredador se invierte la distancia promedio, restándola de la distancia diagonal del área (688 px).Es por esto que no se pueden comparar las adaptaciones de ambas especies.
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21Ing. Rubén Parma
Corrida de algunos enfrentamientos
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2222Ing. Rubén Parma
Resultados
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23Ing. Rubén Parma
Hipótesis de la Reina RojaExperimento A. Promedio de las 5 corridas
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24Ing. Rubén Parma
Reina RojaExperimento B. Promedio de las 5 corridas
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25Ing. Rubén Parma
Carrera de Armas
Experimento A Experimento B
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26Ing. Rubén Parma
Progreso GlobalExperimento A. Promedio de las 5 corridas
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27Ing. Rubén Parma
Progreso GlobalExperimento B. Promedio de las 5 corridas
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28Ing. Rubén Parma
Conclusión sobre la Hipótesis H1
Estos datos empíricos sugieren que NO DEBE SER RECHAZADA la hipótesis
de investigaciónH1: La presencia de un progreso histórico no
implica un progreso global.
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29Ing. Rubén Parma
Comparación de Individuos
Depredadores PresasSin Evolución
de la Topología Clase A Clase A
Con Evolución de la Topología Clase B Clase B
Matrices de comparaciónDA vs PA PA vs DADB PBDA vs PB PA vs DBDB PB
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30Ing. Rubén Parma
Comparación de IndividuosÉxito vs individuos clase A. Media y desviación estándar
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31Ing. Rubén Parma
Comparación de IndividuosÉxito vs individuos clase B. Media y desviación estándar
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32Ing. Rubén Parma
Prueba t de Student
Enfrentamientop-value Intervalo de
confianzaTipo de PruebaDep. Presa
Clase A Clase A 0,000984 -∞, -2,195 StudentClase B Clase AClase A Clase A 0,000007 -∞, -3,607 StudentClase A Clase BClase A Clase B 0,005079 -∞, -1,704 Student-
WelchClase B Clase BClase B Clase A 2,543e-32 -∞, -13,802 StudentClase B Clase B
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33Ing. Rubén Parma
Conclusión sobre la Hipótesis H2
La evidencia estadística obtenida sugiere que NO DEBE SER RECHAZADA lahipótesis de investigación
H2: Las criaturas virtuales son más exitosas cuando la topología de sus respectivas
redes neuronales artificiales son sometidas a evolución.
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34Ing. Rubén Parma
Fenotipos Finales de las RNA
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3535Ing. Rubén Parma
Conclusiones
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36Ing. Rubén Parma
Conclusiones
> Función de Adaptación.
> Carrera de Armas e Hipótesis de la Reina Roja.
> Evolución de la Topología de la RNA.
> Progreso Global.
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3737Ing. Rubén Parma
Recomendaciones
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38Ing. Rubén Parma
Recomendaciones
> Evolucionar el número, la disposición y características de los sensores de las criaturas virtuales.
> Identificar en que casos se pierden algunas características de persecución y escape.
> Probar con otras funciones de adaptación, como por ejemplo el tiempo.
> Enfrentar poblaciones depredadores y presas al mismo tiempo, buscando que también se dé un comportamiento cooperativo y un equilibrio natural entre las especies.
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3939Ing. Rubén Parma
Comentarios
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GRACIAS!!!