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\documentclass[pdf]{beamer}
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\usepackage[square,sort,numbers]{natbib}% Pour pouvoir utiliser une bibliographie externe
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\usepackage[french]{babel} % Pour préciser la langue du document
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\usepackage[utf8]{inputenc} % Précise comment le texte est saisi : cela permet de tapper directement les accents
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\usepackage[T1]{fontenc} % Précise la façon dont le document actuel est encodé
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\usepackage{setspace}
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\usepackage{datetime}
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\mode<presentation>
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%% preamble
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\title[Algo. génétique et SàBC]{Algorithmes génétiques et systèmes à base de connaissances}
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\subtitle{Présentation dans le cadre du cours GLO-7001}
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\author{François Pelletier}
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\date{\today}
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\bibliographystyle{plainnat} % Pour changer le style de bibliographie
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\addto{\captionsfrench}{\renewcommand{\refname}{Bibliographie}} % Comme le langage défini est le français, "Références" aurait été le titre par défaut pour la bibliographie
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\usepackage{amsmath,amsthm,amssymb,amsfonts} % Pour pouvoir inclure certains symboles et environnements mathématiques
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\usepackage{enumerate} % Pour mieux gérer la commande enumerate dans les sections
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\usepackage{graphicx} % Pour inclure des images
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\usepackage{color} % Pour inclure du texte en couleur
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\usepackage{units} % Pour pouvoir tapper les unités correctement
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\usepackage{pgf,tikz} % Utilisation du module tikz, qui permet de tracer des belles images
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\usepackage{hyperref}
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\usepackage{listings}
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\usetikzlibrary{shapes.geometric, arrows} % Quand on exporte une image GeoGebra, on a besoin de préciser cela
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\usecolortheme{dolphin}
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\useoutertheme{infolines}
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\setbeamertemplate{headline}[default]
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% logo of my university
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\titlegraphic{\includegraphics[width=2cm]{logo}
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}
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\begin{document}
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\begin{frame}
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\titlepage
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\end{frame}
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\begin{frame}
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\tableofcontents
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\end{frame}
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\section{Introduction}
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\label{sec:intro}
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\begin{frame}
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\frametitle{Historique des algorithmes génétiques}
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\begin{itemize}
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\item Inspirés de la théorie de l'évolution de Charles Darwin (1859): On the Origin of Species by Means of Natural Selection, or the Preservation of Favoured Races in the Struggle for Life.
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\item Survie due à la capacité d'adaptation. \cite{fogel1997introduction}
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\item Rechenberg (1965, 1973): Stratégies d'évolution, optimisation de fonctions réelles.
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\item Fogel, Owens and Walsh(1966): Programmation évolutionnaire, automate avec un nombre fini d'états.
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\item John Holland (1975): Adaptation in Natural and Artificial System \cite{holland1992adaptation}
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\item Début de la popularité avec David Goldberg (1989): Algorithms in Search, Optimization, and Machine Learning \cite{goldberg1989genetic}
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\end{itemize}
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\end{frame}
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\subsection{Objectifs de l'algorithme}
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\label{sec:objalgo}
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\begin{frame}
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\frametitle{Objectifs de l'algorithme}
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Il y a deux familles d'objectifs poursuivis par les chercheurs en algorithmique génétique:
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\begin{enumerate}
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\item Mathématiques:
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\begin{itemize}
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\item Problème d'optimisation combinatoire ou d'optimisation mathématique d'une fonction réelle.
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\item En autre mots: trouver les meilleures valeurs d'entrées d'une fonction pour obtenir la meilleur valeur de sortie.
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\end{itemize}
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\item Biologiques
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\begin{itemize}
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\item Modéliser et reproduire l'évolution humaine
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\item Étude formelle des phénomènes d'adaptation dans la nature (Holland)
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\end{itemize}
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\end{enumerate}
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\end{frame}
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\subsection{Description de l'algorithme}
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\label{sec:descalgo}
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\begin{frame}
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\frametitle{Étapes de l'algorithme}
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\begin{enumerate}
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\item Initialisation: On ititialise une population formée de plusieurs individus ayant un ou plusieurs chromosomes.
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\item Évaluation: On évalue une fonction objectif, la valeur sélective sur chaque individu de la population.
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\item Sélection: Selon la fonction de valeur sélective, on sélectionne les parents qui se reproduisent.
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\item Croisement: Sectionnement des chromosomes en deux ou plusieurs sections et reconstitution de nouveaux chromosomes.
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\item Mutation: Application de mutations aléatoires sur les descendants.
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\item Remplacement: remplacement par la nouvelle génération de descendants, incluant parfois aussi des parents (élitisme).
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\end{enumerate}
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\end{frame}
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\begin{frame}
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\frametitle{Espace de recherche}
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\begin{itemize}
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\item Espace des solutions candidates (génotypes) pour un problème donné
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\item L'algorithme génétique peut éviter les solutions locales
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\item Paysage adaptatif: relations entre des solutions candidates et la valeur sélective à un instant donné
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\begin{figure}
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\centering
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\includegraphics[width=2.5in]{images/semaine08/fitness_landscape}
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\caption{Paysage adaptatif}
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\label{fig:paysageadapt}
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\end{figure}
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\end{itemize}
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\end{frame}
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\begin{frame}
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\frametitle{Diagramme de flux}
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\begin{figure}
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\centering
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\includegraphics[width=2in]{images/semaine08/flowchart_genetic}
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\caption{Diagramme de flux}
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\label{fig:paysageadapt}
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\end{figure}
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\end{frame}
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\section{Utilisations}
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\label{sec:util}
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\begin{frame}
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\frametitle{Amélioration d'images}
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Une première utilisation des algorithmes génétiques est l'amélioration d'images issues de la vision artificielle \cite{Paulinas_asurvey}.
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\end{frame}
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\subsection{Amélioration d'images}
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\label{sec:amelimag}
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\begin{frame}
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\frametitle{Amélioration d'images: Types d'améliorations}
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\begin{itemize}
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\item Suppression du bruit
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\item Amplification des contrastes de l'image
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\item Amplification du niveau de détails
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\item Détection de bord
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\end{itemize}
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\end{frame}
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\begin{frame}
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\frametitle{Amélioration d'images: Utilisations}
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\begin{itemize}
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\item Construction de nouveaux filtres
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\item Optimisation des paramètres de filtres existants
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\item Séquence optimale de filtres
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\end{itemize}
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Weighted vector directional filters
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\begin{itemize}
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\item Ne peuvent converger vers un optimum global
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\item On optimise alors avec un algorithme génétique
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\end{itemize}
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\end{frame}
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\subsection{Segmentation d'images}
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\label{sec:segmentationimages}
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\begin{frame}
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\frametitle{Segmentation d'images satellite}
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Application concrète dans le domaine de la télédétection \cite{tang2000color}
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\begin{figure}
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\centering
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\includegraphics[width=2.5in]{images/semaine08/remotesensing}
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\label{fig:paysageadapt}
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\end{figure}
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\end{frame}
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\subsection{Flappy Bird}
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\label{sec:flappy}
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\begin{frame}
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\frametitle{Résoudre automatiquement le jeu Flappy Bird}
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\begin{figure}
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\centering
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\includegraphics[width=2.5in]{images/semaine08/flappy_06}
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\caption{Réseau de neurones}
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\label{fig:paysageadapt}
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\end{figure}
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Référence: Machine Learning Algorithm for Flappy Bird using Neural Network and Genetic Algorithm \cite{mlaflappy}
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\end{frame}
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\begin{frame}
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\frametitle{Flappy Bird: Structure du réseau de neurones}
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\begin{itemize}
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\item Couche d'entrée avec deux neurones
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\begin{itemize}
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\item Distance horizontale vers l'espacement le plus près
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\item Différence de hauteur avec l'espacement le plus près
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\end{itemize}
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\item Couche cachée de 6 neurones
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\item Sortie avec un neurone: Si la sortie est supérieure à 0,5 alors \textbf{flap}.
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\end{itemize}
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\end{frame}
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\begin{frame}
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\frametitle{Flappy Bird: Algorithme génétique: entraîner et améliorer le réseau de neurones}
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\begin{itemize}
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\item Générer une population de 10 oiseaux avec des réseaux de neurones aléatoires associés
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\item Faire jouer les 10 unités simultanément au jeu avec leur propre réseau de neurones
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\item Calculer la fonction de valeur sélective pour chaque oiseau: (distance totale voyagée) - (distance du prochain écart)
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\item Quand tous les oiseaux sont morts, appliquer la stratégie de remplacement
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\end{itemize}
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\end{frame}
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\begin{frame}
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\frametitle{Flappy Bird: Stratégie de remplacement}
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\begin{itemize}
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\item Trier les oiseaux par leur valeur sélective
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\item Prendre les 4 meilleurs et les passer à la génération suivante sans possibilité de mutation (élitisme)
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\item Créer 1 descendant avec les 2 meilleurs
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\item Créer 3 descendants avec 2 gagnants sur les 4 meilleurs
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\item Créer 2 copies de 2 gagnants sur les 4 meilleurs
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\item Appliquer des mutations aléatoires sur tous les descendants
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\end{itemize}
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\end{frame}
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\begin{frame}
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\frametitle{}
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\begin{figure}
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\centering
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\includegraphics[width=3.5in]{images/semaine08/flappy_ss}
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\caption{Capture: Résolution du jeu Flappy Bird}
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\label{fig:paysageadapt}
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\end{figure}
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\end{frame}
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\begin{frame}[allowframebreaks]
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\bibliography{bibliopresentation2}
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\end{frame}
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\begin{frame}
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\include{copyright}
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\end{frame}
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\end{document} |