Max Home IndustryСамовоспроизводящийся паттерн был обнаружен в самом известном клеточном автомате — Жизни, что доказывает, что сложное поведение может быть результатом смехотворно простых правил.
Самовоспроизводящийся паттерн был обнаружен как часть наиболее часто встречающегося клеточного автомата — Жизни. Возможно, вы уже кое-что знаете об игре «Жизнь», изобретенной Джоном Конвеем — если нет, то прочтите «Смысл жизни».
По сути, система состоит из двумерного массива ячеек, которые подчиняются двум простым правилам:
если вы живы и у вас меньше двух или больше трех живых соседей, тогда умри
если вы мертвы и у вас ровно трое живых соседей, оживите.
Система работает, итеративно обновляя массив, чтобы получить последовательность поколений. Что удивительно, так это то, что эти два правила создают очень сложные модели. Если вы разместите какое-либо расположение ячеек на сетке, очень трудно предсказать, что они будут делать, и по мере увеличения количества ячеек это становится все труднее и труднее.
Одним из первых больших сюрпризов в Life стало открытие паттернов, которые перемещались по массиву — так называемых «планеров» и «космических кораблей» — и других паттернов, которые генерировали планеры или космические корабли, называемые «пушками». Энтузиасты жизни изобрели множество терминов для обозначений моделей, которые ведут себя по-разному: «пуффер» — это образец, который движется, оставляя за собой обломки, «грабли» движется, а также испускает космические корабли. Если смотреть на мир глобально, кажется, что у шаблонов есть организация и цель. Кажется, что они работают вместе, но правила, управляющие Вселенной Жизни, локальны и касаются только ближайших соседей. Это пример локального поведения, создающего глобальную организацию.
Близнецы
Жизнь была изобретена в ответ на поиски Джоном фон Нейманом самовоспроизводящейся машины, но на сегодняшний день самовоспроизводящийся паттерн не обнаружен. Теперь у нас есть Близнецы, космический корабль, который движется в наклонном направлении, и за этим интересно наблюдать. Со временем энтузиасты жизни научились думать о способах использования известных паттернов в качестве компонентов для построения более крупных и новых паттернов. Эндрю Уэйд изобрел Близнецов в мае (2010 г.), соединив три строительных рычага Чепмена-Грина в конце ряда активных «лент». Это придает узору вид длинной диагональной линии, которая при более внимательном рассмотрении имеет на конце два узора, напоминающих капли.
Общая картина начинается с 846278 живых клеток — это немалая конфигурация. По мере того, как шаблон развивается через 33699586 поколений, он медленно разрушает исходные капли и создает две новые копии, а затем ленты перемещаются, чтобы завершить репликацию всей машины.
Стартовая конфигурация выглядит как диагональная линия …
… но если вы увеличите масштаб в конце, вы увидите, что новая копия создается во время стирания оригинала,
и если увеличить масштаб еще больше, становится понятна невероятная сложность узора — это одна из «капель» в процессе стирания.
Можно утверждать, что это не саморепликатор, как утверждают, а, скорее, очень сложный космический корабль. Утверждается, что узор может быть изменен для создания грабли, пуффера или заводчика. Как бы то ни было, это удивительный подвиг, свидетельствующий о том, что за простыми правилами игры скрываются уровни сложности.
Бегущие Близнецы
Если вы хотите увидеть конфигурацию в действии, загрузите копию Golly — хорошо известной программы моделирования жизни. Разархивируйте папку в подходящее место. Далее загрузите подготовленный узор Близнецов. Разархивируйте это в тот же каталог. Теперь запустите Golly, дважды щелкните Golly.exe и используйте команду File Open Pattern, чтобы открыть шаблон Gemini gemini.rle. Теперь вы должны увидеть диагональную линию, которая является начальной конфигурацией. Чтобы запустить симуляцию, просто нажмите зеленую кнопку запуска в верхнем левом углу и, чтобы увеличить скорость, нажмите кнопку + 3 раза, пока параметр Step в строке состояния не покажет 8 ^ 3. Вам нужно будет увеличить масштаб и изучить узор, чтобы увидеть, что происходит — в конечном итоге вся линия сдвинется вверх и влево. Обратите особое внимание на концы линии, где происходит большая часть строительства и разрушений.
Что все это значит?
Очень хороший вопрос. Некоторые предполагают, что этот прорыв может что-то сказать о возникновении биологической жизни. Некоторые скажут, что это поможет узнать, как построить молекулярные или биологические компьютеры. Эти выводы кажутся маловероятными.
Достижение состоит в том, чтобы показать, как простое порождает сложное, и продемонстрировать, что клеточные автоматы обладают глубиной. Этот прорыв также, вероятно, не произошел бы, если бы программы для вычислений Life не стали достаточно быстрыми. Возможно, есть место для использования графического процессора для ускорения этой явно «графической» задачи. Дело также в том, что эти новые инновации в Жизни происходят в очень большом количестве поколений.
Интересно предположить, что существует связь между простотой и локальностью базовой системы и пространственным / временным размером структур, которые необходимы для возникновения сложности. Возможно, даже более сложные системы могут быть построены с использованием компонентов, которые мы рассматриваем как развивающиеся в другом масштабе времени — возможно, посмотрите и опишите состояние только после миллиарда итераций. В конце концов, в реальном мире все происходит по лестнице временных масштабов и размеров, и на каждой ступеньке действуют разные законы. Как будто основы должны быть собраны в более крупные компоненты, которые делают полезные вещи, которые, в свою очередь, затем используются для создания более крупных компонентов и так далее. В этом смысле смысл жизни состоит в том, что редукционизм работает, но описания, необходимые на каждом из уровней, совершенно разные.
Также приятно видеть, что энтузиасты-любители могут внести свой вклад в эту тему и что в старой Жизни есть еще жизнь. Что сейчас нужно, так это программа, которая запускает Жизнь на гораздо более высоких скоростях.
Ссылки
Новости Игры Жизни
LifeWiki
ConwayLife.com
Новый ученый
Другие статьи
Вселенная как компьютер
Смысл жизни