1、by 谢广明 ， 20052006学年度第一学期,1,Immune Algorithm，IA,第七章 免疫算法 (I),by 谢广明 ， 20052006学年度第一学期,2,简介,IA属于随机模拟算法模拟生物体免疫系统的免疫功能，建立人工免疫系统模型，并基于所建立模型构造出的一种新的随机模拟算法。目前根据不同的免疫机理已提出多种免疫系统模型和免疫算法,by 谢广明 ， 20052006学年度第一学期,3,内 容,IA起源与发展IA提出依据免疫系统IA介绍,by 谢广明 ， 20052006学年度第一学期,4,IA起源与发展,1881-1885: Pasteur制出抵御霍乱, 炭疽病, 狂犬病的
2、疫苗1882: Mechnikov发现了巨噬细胞的噬菌性1906: Pirquet发现了过敏症1922: Fleming发现了溶菌酶和青霉素1944: Medawar尝试皮肤移植(但排斥反应剧烈)1947: Owen发现了孪生子间相互不产生排斥1966: 发现了T-B细胞关联反应1974: Jerne推断出免疫控制的整套理论构架1980: 官方宣布天花灭绝, 但是1981: HIV来了, 爱滋(AIDS):获得性免疫缺陷综合症,by 谢广明 ， 20052006学年度第一学期,5,IA起源与发展,20世纪80年代 免疫学研究获得充分发展1990年 Bersini首次使用IA来解决问题20世纪末
3、 Forrest 应用于计算机安全领域同期 Hunt 应用于机器学习2002年首届人工免疫系统国际学术会议在英国召开 目前是各种各样的IA并存，并且在各个方面广泛应用,by 谢广明 ， 20052006学年度第一学期,6,IA提出依据,免疫系统至关重要是哺乳动物抵御外来有害物质侵害的防御系统，动物一生始终处于复杂多变的、充满伤害的自然环境中，能够平安无事、进行正常的生命活动，免疫系统在其中起着重要的保障作用。,by 谢广明 ， 20052006学年度第一学期,7,IA提出依据,当生物系统受到外界病毒侵害时, 便激活自身的免疫系统,其目标是尽可能保证整个生物系统的基本生理功能得到正常运转。,by
4、 谢广明 ， 20052006学年度第一学期,8,IA提出依据,免疫系统以其有限的资源,能够有效地应付数量庞大得几近无限的不同种类的病毒的侵害,这一特性无疑引起了人们特别的关注. 在学科交叉性越来越大的今天,人们在从医学的角度,分析和研究这一特性的同时,也希望能以此作为启发,设计出新的具有突破性的应用方法,以解决某些应用领域中目前难以解决的难题.,by 谢广明 ， 20052006学年度第一学期,9,IA提出依据,构造人工免疫系统人工免疫系统是由免疫学理论和观察到的免疫功能、原理和模型启发而生成的适应性系统. 可通过免疫算法进行人工免疫系统的计算和控制.当人工免疫系统受到外界攻击时, 内在的免
5、疫机制被激活, 其目标是保证整个智能信息系统的基本信息处理功能正常运作。,by 谢广明 ， 20052006学年度第一学期,10,免疫系统,免疫系统是生物所必备的防御体系。由具有免疫功能的器官、组织、细胞、免疫效应分子及有关的基因等组成。保护机体抗御病原体、有害的异物及癌细胞等致病引子的侵害。,by 谢广明 ， 20052006学年度第一学期,11,免疫系统,免疫的生理功能免疫防御：正常情况下机体可防御病原微生物等的侵害和中和毒素；异常情况下，若反应过高会引起变态反应(过敏)，反映过低，则出现免疫缺陷病。免疫稳定：正常情况下机体可经常性的清楚受损或衰老的细胞，进行免疫调节维护体内生理平衡；自稳
6、功能失调会导导致自身免疫病的发生。免疫监视：正常情况下体内的免疫细胞能够及时发现并处理体内出现的异常细胞；监视功能丧失可导致癌变和持续性感染。,by 谢广明 ， 20052006学年度第一学期,12,免疫系统,免疫系统通常由干细胞产生的白血球构成。免疫系统可以分为两个部分：体液免疫系统：抵抗体液（例如血液）中的病毒和细菌。它主要通过免疫球蛋白，或称抗体来完成免疫反应的。抗体由B细胞产生。 细胞免疫系统：处理被病毒感染的细胞。由T细胞完成。,by 谢广明 ， 20052006学年度第一学期,13,免疫系统,抗原是被免疫系统看作异体的物质，因其引起免疫反应最常见的抗原分子是长的蛋白质。一般抗原分子
7、沾浮在侵入身体的微生物细胞膜上。一旦抗原被发现，身体会加强生产抗体，免疫系统的细胞会増生，身体发动免疫反应来抵抗入侵物。,by 谢广明 ， 20052006学年度第一学期,14,免疫系统,排异反应人的细胞膜上也有抗原分子。每个人的抗原分子都不相同，因此将一个人的血液或器官移植到另一个人身上往往会引起免疫反应。做输血或器官移植前因此必须首先试验会不会引起免疫反应。,by 谢广明 ， 20052006学年度第一学期,15,免疫系统,抗体是免疫系统用来鉴别和抑制外源物质(例如细菌和病毒)的一种蛋白质复合体。每种抗体只识别特定的目标抗原。,by 谢广明 ， 20052006学年度第一学期,16,免疫系
8、统,免疫细胞泛指参与免疫反应过程的相关细胞，包括吞噬细胞、NK细胞、淋巴细胞等。最重要的是淋巴细胞，主要包括B细胞和T细胞。,by 谢广明 ， 20052006学年度第一学期,17,免疫系统,B细胞持续从骨髓干细胞产生，主要功能产生抗体，执行特异体液免疫功能。T细胞有胸腺产生，执行特异细胞免疫功能和免疫调节工能，调节B细胞。分为抑制T细胞和辅助T细胞，分别用于意志和帮助B细胞对某一抗原的反应。,by 谢广明 ， 20052006学年度第一学期,18,免疫系统,关于整个免疫系统如何工作的，目前已经提出若干中学说，并且都有一定的实验证据。由于涉及过多专有名词，这里不在详细介绍。两种主要学说Burn
9、et 细胞克隆学说Jerne 免疫网络学说,by 谢广明 ， 20052006学年度第一学期,19,免疫系统,免疫系统的智能性免疫识别：能够区分异己！免疫学习记忆：可以记住你，甚至一辈子!自我调节：自组织！抗体多样性：106 对付 1016！分布式系统：无集中控制中心！自适应系统：魔高一尺，道高一丈！多时间尺度进化：从分子变化到世代演化！,by 谢广明 ， 20052006学年度第一学期,20,构造免疫算法,基本思想模拟其某项智能性构造免疫算子，然后把这个算子融入到GA中。主要结果基于自调节机制基于免疫响应过程基于免疫疫苗接种基于免疫记忆,by 谢广明 ， 20052006学年度第一学期,21,自我调节机制,by 谢广明 ， 20052006学年度第一学期,22,免疫响应过程,by 谢广明 ， 20052006学年度第一学期,23,免疫疫苗接种1,by 谢广明 ， 20052006学年度第一学期,24,免疫疫苗接种2,by 谢广明 ， 20052006学年度第一学期,25,免疫记忆,by 谢广明 ， 20052006学年度第一学期,26,应用领域,优化问题常以TSP问题为算例,
