유전 알고리즘 - 컨셉

'쉽게 배우는 유전 알고리즘' 두 챕터를 읽었다. 유전 알고리즘의 컨셉은 단순하다. 많은 과학기술이 자연 상태에서 영감을 얻어 개발된다. 유전 알고리즘도 마찬가지다. 말 그대로 유전자에서 영감을 얻었다.

 

유전자

고등학교 생물시간에 매번 졸았던 나도 DNA의 2중 나선구조가 4가지의 염기가 줄줄이 결합하여 형성된 구조라는 것쯤은 알고 있다. 사이토신(C)은 구아닌(G), 아데닌(A)은 티민(T)과 결합한다. 왼쪽 그림을 내 맘대로 염기서열화 해보면 위에서부터 순서대로 CGATGCCGTAGCAT 가 될 것이다.

 

이렇게 생긴 것을 유전자라고 치고 스스로 신이 되어 나만의 유전자를 만들어보자. 나만의 염기는 2가지이고 각각 0과 1이다. 둘 다 0과도 1과도 결합할 수 있다. 길이가 8인 유전자 Alice를 만들어보겠다. 01101010. 와우! 나만의 유전자를 벌써 하나 만들었다.

 

위와 같은 유전자는 이진수로 표현된 유전자로 가장 단순한 형태의 유전자라 할 수 있다. 유전자 Bryan을 하나 더 만들어보겠다. 10010001. 이제 유전자가 두 개가 되었다. 내친 김에 Cristina와 Daryl까지 만들어 보겠다. 00110110, 10101011. 이제 4개의 유전자를 만들었다.

 

 

선택

과거에 Alice와 Bryan은 애인 관계였다. 그러나 둘은 그 유명한 성격 차이로 헤어졌다. 그리고 Alice는 Daryl을 새로 만났다. Alice와 Daryl은 궁합도 안보는 4살 차이였다. 둘은 결혼까지 이른다. 결혼 1년차에 Alice와 Daryl은 아이를 갖기로 결심하게 된다.

 

반면 Brayn은 Alice와 헤어진 후 운명의 그녀 Cristina를 만나게 된다. Cristina가 첫만남부터 결혼 상대라고 느꼈던 그는 6개월만에 청혼을 한다. Cristina는 청혼을 받아들인다. 이윽고 Bryan과 Cristina는 아이를 계획하게 된다.

 

Alice와 Daryl이 선택되었고, Bryan과 Cristina가 선택되었다!

 

교차

금술 좋은 부부 Alice와 Daryl은 건장한 남아 Kevin을 출산하게 된다. Kevin은 엄마와 아빠를 반반씩 닮았다. Kevin에게는 Alice의 좌측 절반 유전자와 Daryl의 우측 절반 유전자를 각각 Kevin에게 물려주었기 때문이다. 이렇게 두 유전자가 서로의 일부를 물려주어 새로운 유전자가 생성되는 것을 교차되었다고 한다.

 

이번엔 맞벌이 부부 Bryan과 Cristina의 경우를 살펴보자. 이 부부는 몇 개월 전 어여쁜 여아 Julia를 출산했다. 그런데 Julia의 외모가 아빠를 쏙 빼닮았다. 어떻게 된 일인지, 유전자를 살펴보니 알 수 있었다. Julia는 교차 과정에서 Brayn의 유전자를 Cristina에 비해 더 많이 물려받게 된 것이다. 이렇게 교차의 방법은 무척 다양할 수 있다.

 

 

변이

이럴 수가! 어떻게 된 것일까? Cristina가 Daryl과 만나 숨겨진 아이 Mia를 키우고 있었다! Bryan이 가정을 너무 소홀히 한 탓일까? Alice는 최악의 남편 Daryl을 만난 것일까? 충격적이지만, 여기서 잠시 Mia를 살펴보자. Mia의 5번째 유전자가 실제로 물려받은 정보와는 다르다. 둘 사이의 부적절한 관계를 암시한 것인지, Mia에게는 5번째 염기에 변이가 생긴 것이다.

 

땀에 흠뻑 젖은 채로 잠에서 깬 Bryan. 옆에서 곤히 자고 있는 Cristina를 보며 안도의 한숨을 내쉰다. 이런 꿈을 꾸는 것을 보니 아무래도 요즘 직장 스트레스가 이만저만이 아닌 것 같다. Bryan은 휴대폰을 들고 천천히 휴가 일정을 알아보기 시작한다.

 

대치

금술 좋은 부부 Alice와 Daryl은 둘째 Rachel을 낳는다. Bryan과 Cristina는 Cristina의 하나만 낳아 훌륭하게 기르자는 의견에 따라 Julia만을 잘 보살피기로 한다. 처음의 1세대에는 Alice, Bryan, Cristina, Daryl 4명의 유전자가 존재했고 이제 더 이상 선택되지 않을 것이다. 선택 대상은 1세대의 자손들인 2세대의 Kevin, Rachel, 그리고 Julia이다. 이렇게 선택 대상 개체군을 바꾸는 것을 대치라고 한다. (정확히 말하면 대치 단위는 개체군이 아닌 개체이다.) 이제 3세대는 2세대의 선택과 교차, 그리고 변이에 따라 달려있다..