Introduction to Complexity: Genetic Programing and Genetic Art Complexity Explorer English Italian

Introduction to Complexity: Genetic Programing and Genetic ArtYouTube↗ IA↗(long shot)
Science & Technology 5.5K views 8 likes 0 dislikes 13 Sep 2018

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now let's talk about a slightly different approach to genetic

Ora parliamo di un approccio leggermente differente all'algoritmo

algorithms called genetic programming which was developed by John

genetico chiamato programmazione genetica che è stato sviluppato da John

in the 1990s genetic programming

negli anni '90, la programmazione genetica

instead of using strings of numbers

invece di usare stringhe di numeri

as we did for Robbie the Robot uses programs represented as

come abbiamo fatto per il robot Robby usa programmi rappresentati come

what are called syntactic trees. I explain that in a moment

quelli che vengono chiamati alberi sintattici. Tra un attimo vi dico meglio

here's a picture of Jon Koza lecturing on Genetic Programming

Qui c'è un'immagine di una presentazione di Jon Koza sulla programmazione genetica

He's written one two three books on this subject to become a very

Egli ha scritto uno dei tre libri sul tema diventato una sottoarea

big sub area at the field of genetic algorithms.

molto grande dell'algortimo genetico.

So here's the idea let's consider the problem of Robbie the robot again

Questa l'idea: consideriamo di nuovo il problema del robot Robby

involving a control strategy for him

sulla strategia del controllo

Here instead of representing his control strategy as

Qui invece di rappresentare la sua strategia del controllo come

string of numbers which represent actions

stringa di numeri che rappresenta le azioni

in every possible situation, here we would represent

in ogni possibili situazione, qui rappresenteremo

a control strategy as a sort of tree.

una strategia del controllo come una sorta di albero.

This is up but what in computer science is called a tree where we

Ecco fatto, ma quello che nella computer science è chiamato albero dove

have the elements to the program represented

abbiamo gli elementi per rappresentare il programma

in terms of these nodes and these branches

in termini di questi nodi e questi e i rami

So this particular program isn't if

quindi questo particolare programma non segue le istruzioni "se"

then else statement here at the book and it says

"allora" "altrimenti" alla lettera e dice

if this is the clause to consider

se questa è l'affermazione da considerare

if there's a can in the east and

se c'è una lattina ad est e

the north is empty then

il nord è vuoto allora

the robot should move east otherwise

il robot dovrebbe muovere ad est altrimenti

the robot should move south.That's what this tree represents and you can look at

il robot dovrebbe muovere a sud. Questo è quello che rappresenta l'albero e potete guardarlo

a regular kind of program: if east == can and north equals empty the move east

una specie di programma regolare: se est == lattina e nord == "vuoto", vai ad est

out of himself.

now suppose Robbie

Ora immaginate che Robby

is in this situation and this is his strategy, here's what he would do

sia in questa situazione e che questa sia la sua strategia, quindi quello che dovrebbe fare

he would look at the if clause here you would say

dovrebbe guardare al "se", direste

is there's can in my East and is the North

c'è una lattina nel mio est e è il mio nord

of me empty others can to the east and the north is empty so

vuoto, ci sono altre lattine ad est e il nord è vuoto, quindi

he would follow this first branch, he would move east

seguirebbe il primo ramo, muoverebbe ad est

And now he's in a new situation so he follows this strategy again he says

E ora è in una nuova strategia quindi segue questa strategia di nuovo si domanda

is there a can to the east of me in the North empty

c'è una lattina al mio est nel nord vuoto

no that I follow the second branch

no quindi seguo il secondo ramo

himelf and does it again

not there's not a can in the east and north of me so move south

non c'è una lattina ad est e il mio nord quindi vado a sud

so this isn't a very good strategy but this is what it is for him to follow it

quindi non c'è una strategia molto buona, questa è quella per lui, quella che segue

it's a different kind of representation then what we saw before.

è un diverso tipo di rappresentazione rispetto a quanto visto prima.

Obviously this tree is way too simple to be a good strategy because it doesn't

Ovviamente, quest'albero è un modo molto simplice per una buona strategia

involves picking up any cans

non riguardando la raccolta di alcuna lattina

Consider this more complicated strategy which is represented as a

Considerate una strategia più complicata che è rappresentata come

longer tree. Well this is getting harder to make sense a

un albero più lungo. Allora è più difficile dare un senso

but here we can have Robbie follow this strategy. Okay here he is

ma qui possiamo avere Robby a seguire questa strategia. Ok

he says if north is empty and there's a can to my East

dice se il nord è vuoto e c'è una lattina nel mio est

well that's true so follow this first branch

allora è vero, quindi seguo il primo ramo

but now this first branch has another if statement so he looks at this

ma ora il primo ramo ha un'altra istruzione "se", quindi guarda

if it's both true that there's not a can to my West

al se entrambi sono vere non c'è una lattina nel mio ovest

there's no can to the west and there is a can to the east

non c'è una lattina ad oves e c'è una lattina ad est

then well this is true so if all the first branch is this

allora bene è vero se tutto il primo ramo è questo

va' ad est, sì.

now he's in a new situation so start up here

Ora è in una nuova situazione, quindi inizia

say is there is the North empty

dice, c'è un nord vuoto

and there's a can in east, no over here to the final branch

e c'è una lattina ad est, non oltre il ramo finale

there was a if there's can in the current site

c'era una del tipo: se c'è una lattina nell'attuale spazio

there is. pick up the camp

he does it okay will now he's in a situation where

lo fa, ok, ora è in una situazione dove

this first this if clause fails it's not true

questo primo: se l'affermazione fallisce allora non è vera

so we go over here there's not a current can in his sight

quindi andiamo oltre qui, non c'è una lattina in questo sito

so he has to move south. I hope you get the idea that this is just a different way

quindi muove a sud. Spero abbiate afferrato l'idea che è solamente un modo diverso

a strategy. it's hard to find a tree

una strategia. É difficile trovare un albero

that is a good strategy but that's going to be the job the genetic algorithm

che sia una buona strategia ma questo sarà il compito dell'algoritmo genetico

the only difference from what we did before is that the genetic algorithms

lo sola differenza da quanto fatto prima è che l'algoritmo genetico

going to evolve these trees

porta all'evoluzione di questi alberi

instead of strings so here's how that works

invece di stringhe quindi ecco come funziona

the initial population instead have said i've random strings is just a set of

la popolazione iniziale invece di avere stringhe casuali è solo un insieme

di alberi casuali

with some what we call syntactic constraints

con quello che chiamiamo limiti sintattici

for example we need if else at the root of the tree

per esempio, abbiamo bisogno di "se" "altrimenti" alla radice dell'albero

and some other constraints I'm not going to talk about the details that here

e altri limiti di cui non parlerò in dettaglia qui

I just want you to get the general idea

voglio solo darvi l'idea generale

to calculate fitness well it's the same procedure we have Robbie tryout each

per calcolare la fitness, è la stessa procedura già vista, Robby

strategy in a variety of environments

prova ogni strategia in diversi ambienti

computer each strategies average score and then we have the

computa lo score della media di ogni strategia e poi abbiamo

fitter individuals get to create more offspring nonetheless fit individuals

l'adattamento individuale per creare più discendenti, ciò nonostante preparino gli individui

that implements selection to do cross over to produce children

che implementano la selezione al il crossover per l'inventivo di scambio per la riproduzione

incentive exchange in parts of strings we exchange subtrees

in parti di stringhe scambiamo sottoalberi

so here's an example here's to possible parents

quindi qui c'è un esempio di possibili genitori

to trees and we might create a child

per alberi e possiamo creare un bambino

by taking this subtree from

prendendo questo sottoalbero

the second parent and putting it here

dal secondo genitore e metterlo qui

instead of this move east note here we would

invede di questo, muove ad est, guarda, e metterebbe

put this subtree there to create a child

questo sottoalbero lì per creare un bambino

who looks like this so here this is exactly the same as this

che sembra questo quindi è esattamente la stessa cosa

first parent except for that move east block

del primo genitore eccetto per quella mossa ad est

is replaced by this if else block

rimpiazzata da questo se altrimenti fermati

it's still a syntactically correct treat it's still a strategy

è ancora sintatticamente corretto è ancora una strategia

and this is how the genetic algorithm is able to take part serve

e questo è come un algoritmo genetico è capace di prendere parte, serve

fit parents and we combine them

per preparare i genitori e combiniamo quelli

mutations started replacing a randomly chosen value by another random value

le mutazioni che iniziano a rimpiazzare un valore casuale scelto con un altro valore casuale

we replace a subtree by randomly generated subtree

sostituiamo un sottoalbero con un sottoalbero generato casualmente

to might do this we might take this subtree here

per poterlo fare, possiamo prendere questo sottoalbero qui

and replace it by some randomly generated subtree

e rimpiazzarlo con un sottoalnero generato casualmente

I didn't implemented genetic programming version A Robbie

non ho implementato la versione della programmazione genitca di Robby

that's something that the more advanced programmers among you might be

che qualcosa che i pià avanzati programmatori tra di voi possono

interested in doing

essere interessati a fare

but I do wanna tell you about a real genetic programming project

ma voglio dirvi di un progetto reale di programmazione genetica

actually to them that are quite interesting

a quelli che potrebbero essere piuttosto interessati

the first one is applying genetic programming to computer graphics

il primo è l'applicazione della programmazione genetica alla computer grafica

this has been done by a lot of people the most famous example was done by Karl

che è stato fatto da molte persone, l'esempio più famoso è stato fatto da Karl

curious in the 1990s he's a computer graphics artist

curioso che negli anni '90 fosse un artista di computer grafica

and decided to you evolve programs to produce computer graphics that are

e ha deciso che voi stessi poteste evolvere i programmi per produrre computer grafiche

aesthetically pleasing. So here's how that works

che sono esteticamente piacevoli. Ecco come funziona.

the individuals in the population are trees just like I showed you acceptance

Gli individui nella popolazione sono alberi prorpio come vi ho mostrato

into representing strategies for

nella rappresentazione delle strategie per

virtual robot they represent equations

robot virtuali, rappresentano equazioni

that generate a collar for each pixel in an image

che generano un colore per ogni pixel in un'immagine

okay so this is just some examples and

ok, quindi questi sono solo alcuni esempi e

these are some programs so I'm not going to explain to you how it works

ci sono alcuni programmi che non vi spiegherò come funzionano

you can read Carl Sims paper if you're interested

potete leggere i saggi di Carl Sims se foste interessati

but just come away with with the idea that you can represent

ma vi resta impressa solo l'idea che potete rappresentare

these programs as trees

questi programmi come alberi

and each program generates a color for every pixel in the image

e ogni programma genera un colore per ogni pixel dell'immagine

okay so you could imagine generating a bunch of random programs

ok, quindi potete immaginare di generare un insieme di programmi casuali

that randomly color the pixels in the image

che casulamente colrano i pixel di un'immagine

the question is how do you define a fitness function that is how you define

la domanda è come definireste una funzione di fitness, cioè come

the fitness of a particular

definireste il fiteness di un particolare

pixel. well this is something that

pixel. Allora questo è qualcosa che

right now is beyond computers

ora è oltre il computer di per sé

to do well so Karl Sims had humans in the loop

per farlo bene Karl Sims ha aggiunto gli umani nel ciclo

what he did was have humans himself as an example

quello che ha fatto era di avere gli umani stessi come esempio

look at pictures that the computer created random pictures

che guardano alle immagini che il computer ha creato immagini casuali

and pick the one that he liked the best

e prendono quella che gli piace di più

than that one would be used as a parent and be a crossover

questa sarà usata come un genitore e crossover

with other random programs and mutation it would produce new programs

con altri programmi casuali e mutazioni produrrebbe nuovi programmi

that would produce new images that are related to the one that he chose

che produrrebbero nuove immagini collegate a quella scelta.

You repeat this over and over again and the genetic algorithm came up with some

Ripetetelo pià volte e l'algoritomo genetico emerge con

very beautiful results

meravigliosi risultati

so here's an example, here's a picture

qui eccone un esempio, un'immagine

and here's a program that created it

e qui un programma che l'ha creata

so this was a collaboration in some sense between

questa è stata una collaborazione in un certo senso tra

the genetic algorithm and human

l'algoritmo genetico e l'essere umano

where the human is not actually writing the program but just saying

dove questo non ha scritto davvero il programma, ma dice solo

what here she likes and then the genetic algorithm

cosa gli piace e poi l'algoritmo genetico

goes and evolves that program further

parte e evolve il programma ulteriormente

here's another example

qui un altro esempio

and another one

here's a particularly beautiful one very reminiscent of some Japanese paintings I

qui c'è uno particolarmente bello, che ricorda alcune pitture giapponesi

Another one and

it goes on and on. Here 2

così via. Qui 2

KRL's you couldn't go to the first is to Carl Sims website reaches all these

KRL non potete andare al primo, è il sito di Karl Sims dove potete trovare tutte

pictures and talks about a lot of his different projects

queste immagini e molti altri diversi progetti

the second one is a applet which

il secondo è un'applet che

gives you the opportunity to evolve the sky kinds of pictures yourself

vi dà la possibilità di evolvere tipi di immagini del cielo da soli

when really interesting thing that Karl Sims did

una cosa molto interessante che ha fatto Karl Sims

in addition to what I just described is to set up

inoltre a quello già descritto è

a museum exhibit. this one wasn't this George Pompidou Center in Paris

la mostra in un museo. Era il Center George Pompidou a Parigi

where he had syriza monitors as you can see

dove aveva alcuni schermi come potete vedere

each showing a different picture the kind that we just looked at

ognuno che mostra un'immagine diversa di quella che abbiamo appena visto

and down here on the floor are sensors

e sul pavimento, giù, ci sono dei sensori

and the people in the exhibit can go and stand on the sensors

e le persone nell'installazione possono andare e rimanare sui sensori

if they like a particular picture and then that one

se gli piace una particolare immagine e poi quella

gets chosen and gets evolved further via the genetic algorithm

viene scelta ed evolte ulteriormente grazie all'algoritmo genetico

perhaps meeting with some the other chosen pictures

forse insieme ad altri immagini scekte

so in that way it wasn't a single person but it was a whole group of people who

così in questo modo non c'è una singola persona ma un intero gruppo che

stava interpretando

in some sense playing the role love the selection algorithm for the genetic

in un certo senso il ruolo di amare la selezione di un algoritmo per

l'algoritmo genetico.

Here what sims said about this: the viewers at the exhibit can observe a

Quello che Sims ci ha detto a riguardo: «Gli osservatori alla mostra possono osservare

computer simulated evolution in progress

un'evoluzione simulata a computer nel progresso

an evolutionary image but in this evolution the viewers are not just

di un'immagine evolutiva ma in questa evoluzione gli osservatori non sono solo

they cause the evolution and direct its course

sono la causa dell'evoluzione e ne dirigono il percorso».

He goes on to say: a population of images is displayed by the computer

Continua poi così: «Una popolazione di immagini viene vista sul computer

on archive 16 video screens, the viewers determine which images will survive by

in un archivio di 16 monitor, gli osservatori determinano quali immagini sopravviverà

standing on sensors and for those I think the most aesthetically interesting

stando sui sensori e per quelli che penso siano le immagini più interessanti esteticamente

pictures that are not selected are removed and replaced by offspring from

che non sono selezione vengono rimosse e rimpiazzate dalle discendenti

the surviving images

delle immagini sopravvissute

the new images are copied and combinations are their parents but with

le nuove immagini vengono copiate e le cobinazioni sono i loro genitori ma quando

various alterations

alterazioni varie

this is an artificial evolution which the viewers themselves interactively

questa è un'evoluzione artificiale che gli osservatori stessi in maniera interattiva

determine the fitness at the pictures by choosing where they stand

essi determinano la fitness dell'immagine scegliendo dove stanno

as the cycle continues the population have images can progress towards more

come il ciclo continua la popolazione, le immagini che vanno avanti in

and more interesting visual effects

sempre più interessanti effetti visivi

this interactive installation is an unusual collaboration

questa installazione interattiva è un'insolita collaborazione

between humans and machines.The human supply decisions a visual aesthetics

tra esseri umani e macchine. L'essere umano fornisce le decisioni come estetica visiva

and the computer supplies the mathematical ability for generating

e il computer fornisce l'abilità di calcolo per generare

mating and mutating complex textures and patterns

combaciamenti e mutazioni di texture e modelli complessi

The viwers are not required to understand the technical equations involved

Agli osservatori non è richiesto di comprendere le equazioni tecniche considerate

the computer can only experiment at random with no sense of aesthetics

il computer può solo sperimentare in maniera casaule senza alcun senso dell'estetica

but the combination of human-machine abilities permits the creation of

ma la combinazione di abilità umane e della macchina permette la creazione

results that neither of the two could produce alone.

di risultati che nessuno dei due produrrebbe da solo.

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