Natural Computing - Important Terms (English & German)

1. Optimization Algorithms

Elitist

English:

  • Definition: An elitist algorithm always keeps the best-found candidate in the next generation. This guarantees that the best solution is preserved, which can lead to faster convergence.

Deutsch:

  • Definition: Ein elitistischer Algorithmus behält den besten gefundenen Kandidaten immer in der nächsten Generation bei. Dadurch wird garantiert, dass die beste Lösung erhalten bleibt, was eine schnellere Konvergenz ermöglicht.

Greedy

English:

  • Definition: A greedy algorithm chooses the best local solution at each step without considering long-term consequences. This can lead to quick results but not necessarily the best global solution.

Deutsch:

  • Definition: Ein gieriger Algorithmus wählt bei jedem Schritt die beste lokale Lösung, ohne langfristige Konsequenzen zu berücksichtigen. Dies kann zu schnellen Ergebnissen führen, aber nicht immer zur besten globalen Lösung.

Diversity

English:

  • Definition: Diversity refers to the variety within the population of an evolutionary algorithm. Higher diversity helps explore the search space more broadly and prevents getting stuck in local optima.

Deutsch:

  • Definition: Diversity bezeichnet die Vielfalt innerhalb der Population eines evolutionären Algorithmus. Eine höhere Vielfalt hilft, den Suchraum breiter zu erkunden und das Steckenbleiben in lokalen Optima zu verhindern.

Convergence

English:

  • Definition: Convergence happens when the population in an evolutionary search begins to produce similar solutions, leading to stagnation in improvement.

Deutsch:

  • Definition: Konvergenz tritt auf, wenn die Population in einer evolutionären Suche zunehmend ähnliche Lösungen entwickelt, was zu einer Stagnation der Verbesserung führen kann.

No Free Lunch Theorem

English:

  • Definition: The No Free Lunch Theorem states that there is no universally best optimization algorithm. An algorithm that works well for one problem class may perform poorly on another.

Deutsch:

  • Definition: Das No Free Lunch Theorem besagt, dass es keinen universell besten Optimierungsalgorithmus gibt. Ein Algorithmus, der für eine Problemklasse gut ist, kann für eine andere schlecht sein.

Local Optima

English:

  • Definition: Local optima are solutions that are better than their immediate neighbors but may not be the best overall solution in the search space (global optimum).

Deutsch:

  • Definition: Lokale Optima sind Lösungen, die besser sind als ihre direkten Nachbarn, aber nicht unbedingt die beste Lösung im gesamten Suchraum (globales Optimum).

Global Optima

English:

  • Definition: Global optima are the best possible solutions in the entire search space. The aim of optimization algorithms is to find these.

Deutsch:

  • Definition: Globale Optima sind die besten möglichen Lösungen im gesamten Suchraum. Das Ziel von Optimierungsalgorithmen ist es, diese zu finden.

2. Game of Life

Ash

English:

  • Definition: A state in the Game of Life where no new cell patterns emerge and the grid becomes stable.

Deutsch:

  • Definition: Ein Zustand, in dem keine neuen Zellenmuster mehr entstehen und das Gitter des Game of Life stabil bleibt.

Still Life

English:

  • Definition: A Still Life is a static configuration of cells that remains unchanged in the Game of Life.

Deutsch:

  • Definition: Ein Still Life ist eine statische Konfiguration von Zellen, die sich im Game of Life nicht mehr verändert.

Oscillators

English:

  • Definition: Oscillators are patterns in the Game of Life that repeat themselves after a fixed number of steps.

Deutsch:

  • Definition: Oszillatoren sind Zellenmuster im Game of Life, die sich nach einer festen Anzahl von Schritten periodisch wiederholen.

Glider

English:

  • Definition: A Glider is a pattern in the Game of Life that moves diagonally across the grid over time.

Deutsch:

  • Definition: Ein Glider ist ein Muster im Game of Life, das sich diagonal über das Gitter bewegt.

Garden of Eden

English:

  • Definition: A Garden of Eden is a configuration in the Game of Life that cannot be reached by evolving any previous pattern. It has no predecessor.

Deutsch:

  • Definition: Ein Garden of Eden ist eine Konfiguration im Game of Life, die nicht durch die Entwicklung eines vorherigen Musters erreicht werden kann. Sie hat keinen Vorgänger.

3. Natural Computing in Science

Biology in Natural Computing

English:

  • Definition: Natural Computing draws inspiration from biology, incorporating concepts like evolution, neural networks, and cellular development to create algorithms.

Deutsch:

  • Definition: Natural Computing nimmt Konzepte aus der Biologie wie Evolution, neuronale Netzwerke, und Zellentwicklung auf, um Algorithmen zu entwickeln.

Physics in Natural Computing

English:

  • Definition: In physics, Natural Computing uses principles from quantum mechanics and thermodynamics, especially in areas like quantum computing.

Deutsch:

  • Definition: In der Physik sind Quantenmechanik und thermodynamische Prozesse relevant, insbesondere in Quantencomputern und Algorithmen, die von physikalischen Prozessen inspiriert sind.

Chemistry in Natural Computing

English:

  • Definition: Chemistry plays a role in Natural Computing through chemical reaction systems and molecular interactions, which serve as models for certain algorithms.

Deutsch:

  • Definition: Chemie beeinflusst Natural Computing durch chemische Reaktionssysteme und Molekül-Interaktionen, die als Grundlage für Algorithmen dienen können.

4. Evolutionary Algorithms

Increasing Diversity

English:

  • Definition: Increasing diversity in evolutionary algorithms promotes different solutions and helps avoid premature convergence.

Deutsch:

  • Definition: Das Hinzufügen von Diversity fördert unterschiedliche Lösungen und verhindert vorzeitige Konvergenz in Evolutionären Algorithmen.

Premature Convergence

English:

  • Definition: Premature convergence happens when the population gets stuck in a local optimum too early, preventing the discovery of the global optimum.

Deutsch:

  • Definition: Vorzeitige Konvergenz tritt auf, wenn die Population zu früh in einem lokalen Optimum feststeckt und das globale Optimum nicht gefunden wird.

Selection

English:

  • Definition: In selection, fitter individuals are chosen to participate in the next generation.

Deutsch:

  • Definition: Bei der Selektion werden die fitteren Individuen ausgewählt, um an der nächsten Generation teilzunehmen.

Crossover

English:

  • Definition: In crossover, two parent solutions are combined to produce offspring by mixing their features.

Deutsch:

  • Definition: Beim Crossover werden zwei Elternlösungen kombiniert, um neue Nachkommen zu erzeugen, indem ihre Merkmale gemischt werden.

Mutation

English:

  • Definition: Mutation introduces random changes in individuals to increase diversity and generate new solutions.

Deutsch:

  • Definition: Mutation führt zu zufälligen Änderungen in den Individuen eines evolutionären Algorithmus, um die Vielfalt zu erhöhen und neue Lösungen zu erzeugen.

Memetic Algorithm

English:

  • Definition: A memetic algorithm is an extension of the genetic algorithm that incorporates local search heuristics to refine individuals. This hybrid approach combines the global search capabilities of genetic algorithms with the fine-tuning power of local optimization, often leading to faster convergence and better solutions.

Deutsch:

  • Definition: Ein memetischer Algorithmus ist eine Erweiterung des genetischen Algorithmus, der lokale Suchheuristiken zur Verfeinerung von Individuen einbezieht. Dieser hybride Ansatz kombiniert die globalen Suchfähigkeiten genetischer Algorithmen mit der Feinabstimmung durch lokale Optimierung, was oft zu einer schnelleren Konvergenz und besseren Lösungen führt.

5. Quantum Computing

Superposition

English:

  • Definition: In superposition, a qubit can exist in both 0 and 1 states simultaneously until it is measured.

Deutsch:

  • Definition: In der Superposition kann ein Qubit gleichzeitig in den Zuständen 0 und 1 existieren, bis es gemessen wird.

Entanglement

English:

  • Definition: Entanglement occurs when two qubits are connected so that the state of one qubit determines the state of the other, no matter how far apart they are.

Deutsch:

  • Definition: Verschränkung bedeutet, dass zwei Qubits miteinander verbunden sind, sodass der Zustand eines Qubits den Zustand des anderen beeinflusst, unabhängig von der Entfernung.

6. Genetic Algorithms

Genotype

English:

  • Definition: A genotype is the genetic representation of a solution in a genetic algorithm, typically encoded in a string of bits or symbols.

Deutsch:

  • Definition: Ein Genotyp ist die genetische Darstellung einer Lösung in einem genetischen Algorithmus, die typischerweise in einer Zeichenkette aus Bits oder Symbolen codiert ist.

Phenotype

English:

  • Definition: A phenotype is the expressed characteristics or traits of a genotype, representing the actual solution in the problem space.

Deutsch:

  • Definition: Ein Phänotyp ist die ausgedrückte Merkmale oder Eigenschaften eines Genotyps und stellt die tatsächliche Lösung im Problemraum dar.

Fitness Function

English:

  • Definition: The fitness function evaluates how well a solution (phenotype) performs in the context of the optimization problem, guiding the selection process.

Deutsch:

  • Definition: Die Fitnessfunktion bewertet, wie gut eine Lösung (Phänotyp) im Kontext des Optimierungsproblems funktioniert und leitet den Selektionsprozess.

Target Function

English:

  • Definition: The target function (or objective function) is the specific function that the optimization algorithm aims to optimize, often representing the desired outcome.

Deutsch:

  • Definition: Die Ziel-Funktion (oder Objektivfunktion) ist die spezifische Funktion, die der Optimierungsalgorithmus zu optimieren versucht und oft das gewünschte Ergebnis darstellt.