Automaty – Agenci życia wewnątrz

Original: http://www.calresco.org/automata.htm


Chris Lucas

     W niewoli mechanicznego, na niewolnictwa maszyny,
Przyszłość świata zależy.

     Oscar Wilde, dusza człowieka w socjalizmie, 1895

Wprowadzenie

W tym wstępie przyjrzymy się kilku bloków organizacji, zarówno w zakresie życia (prawdziwego i sztucznego) oraz w strukturze materiałów nieorganicznych. Zbadamy komórkowe Automaty i odnoszą je do komputerów, mózgu i komórek, a także spekulacje na temat przyszłych celów nanotechnologii.

Zrozumienie Automaty

Po pierwsze, co to właściwie jest automat? Większość ludzi rozpozna słowo jako jeden stosowane do mechanicznego zabawki, które emuluje niektóre pozornie żywą zachowanie. W ramach naszej branży jest to uogólniona do dowolnego systemu, który ma skończoną liczbę stanów wewnętrznych i porusza się między tymi stanami, wykonując określone zasady – jest to forma odwzorowania (wejście do wyjścia, podobny do programu komputerowego).Automat jest środek w zakresie Alife, chociaż środki mogą również występować w wielu innych postaciach.Środek jest podmiot, który może wchodzić w interakcje z otoczeniem i zazwyczaj zmienia swój stan w wyniku. Jeśli zgromadzić kolekcję takich środków i pozwalają im na interakcję to mamy system automatów.

Automaty Komórkowe

Pokrzywka CA Jeśli założymy automaty do mocowania (nie mobile) możemy zrównać je z komórek w strukturze. Struktura ta może być dzienny, cząsteczkowa, mechaniczne każda forma w rzeczywistości. To daje nam komórkowe Automaty (CA), strukturę, która, podczas gdy statyczne w formie fizycznej i przestrzeni, mogą wykazywać zachowanie dynamiczne w czasie wschodzących zamówienia.

Weźmy prosty przykład, płyta podzielony na małe kwadraty (kraty). Każdy kwadrat może być w jednym z dwóch stanów (czarne lub białe). Mamy kolor każdego z kwadratów początkowo albo czarne lub białe losowo. Dla każdego kwadratu, jeśli zaczyna czarny wówczas pozostaje czarny, jeśli dwa lub trzy z ośmiu sąsiadów (w tym przekątnych) również są czarne, inaczej zmieni się na biały. Jeśli zaczyna się białe to białe, chyba pozostaje dokładnie trzy z sąsiadami są czarne, a następnie zmienia się na czarny. Możemy ocenić aktualny stan wszystkich placów i ustalić, co zamierzają zrobić, to odpowiednio zmienić całą planszę. To jest nazywane etapem (a cykl lub generacji). Następnie powtórz ćwiczenie w kółko (iteracji).Wzór w czasie, widzimy zmiany kwadratowych kolorów dowodzi, trudne do przewidzenia, chociaż każdy kwadrat następujące te same proste zasady. Możemy rozszerzyć takie systemy mają wiele poszczególne państwa na komórkę, aby przepisy przejściowe, o dowolnej złożoności i nie zależy od sąsiednich imprez dla tych zasad. Wszystkie są automaty komórkowe.

Gra w życie

Przykład dałem, pomimo swojej prostoty, jest jednym z najpotężniejszych znanych i zwykle jest nazywany “Gra w życie” po jego wynalazcy John Conway. Zasady są wyraźniejsze, jeśli uważamy czarnych komórek, jak żyje. Tak więc o 3 żywych sąsiadów umożliwia nowe narodzenie (rodzice + położna!), Mając ponad 3 daje śmierć z przeludnienia, a poniżej 2 zgonu z ekspozycji. GOL Glider Gun Wzory, które mogą wyniknąć z niektórych pozycjach wyjściowych są złożone i fascynujące, a wiele programów komputerowych, są dostępne do generowania i badać je (np LIFE32). Jednym z najbardziej interesujących wyników jest to, że taki system może wykonywać operacje, włącznie z logiką, a tym samym możliwe jest zbudowanie komputera z wystarczająco bogaty wzór komórek. W rzeczywistości niektóre urzędy (w tym życiu Conwaya) to co jest znane jako uniwersalne komputery, są one zdolne do każdego zadania, w tym reprodukcji, biorąc pod uwagę odpowiednie początkowe wzór (Program).

Jedną z cech zainteresowania jest to, że systemy te są dyskretne, nie ciągłe funkcje. W przeciwieństwie do większości systemów badanych w nauce i matematyce nasze funkcje są tu schodkowych, zmieniają się w stałych odstępach czasu. Nie ma sensu, aby rozważyć generację pomiędzy zmiana z jednego stanu do drugiego zakłada nastąpić natychmiast. Oznacza to, że konwencjonalne metody określania szybkości zmian (różnicowania) lub dynamiki nie są bezpośrednio stosowane.

Wiele Wymiary

Gra w życie jest Kalifornia w dwóch wymiarach, jednakże możemy uogólnić na mniej lub więcej wymiarów. Najbardziej szczegółowa analiza została wykonana na jednowymiarowym urzędów certyfikacji (1d), gdzie tylko trzeba wziąć pod uwagę sąsiadów na prawo i lewo. Dla tych stosuje się drugi wymiar jest czasem, tak, że są w stanie wyobrazić sobie rozwoju systemu i wyświetla ją jako obraz. Oba systemy (2D) mają znacznie większą złożoność i mogą być wizualizowane tylko obserwując je zmieniać się w czasie lub po pożądanych właściwości abstrakcję na wyświetlaczu. Wychodząc poza tym do systemu 3D stwarza wiele problemów, choć w rzeczywistości są to najbardziej popularne typy (organizmy wielokomórkowe) wciąż mamy wiele do nauczenia się tutaj.

Systemy rule

Aby docenić złożoność tego zadania, musimy również wziąć pod uwagę zasady. Istnieje ogromna liczba możliwych zasad systemów powyższych jednym wymiarze, ale nawet w 1D możemy określić wiele różnych sposobów określania następnego stanu.Najczęściej stosowaną metodą jest do całkowitej stany odpowiednimi sąsiadami i ustalić nowy stan z sumy (totaliztycznej CAS).Game of Life działa w ten sposób, potrzebuje w sumie 3 sąsiadów, aby dać życie.Zakres naszej okolicy może być lokalne (dotknięcie), w pobliżu (w tym sąsiadów sąsiadów) lub globalne (w dowolnym miejscu w systemie). Możemy ograniczyć interakcji do kilku sąsiadów (rzadkie), łączność dla nich wszystkich (pełny dostęp) lub gdzieś pomiędzy. Możemy użyć przypadkowych sąsiadów i te wybrane przez jakąś logikę. Możemy określić tabele przejścia lub państwa (zasady) na dowolnym stopniu złożoności. Niektóre systemy reguł będzie oszczędzać pewne właściwości systemu (np liczby żywych komórek) systemy te są odwracalne i naśladować typowe systemy fizyczne (takie jak atomy w pudełku). Inne programy pozwalają na wzrost komórek lub wymierają te lepsze systemy mimiczne życia. Powikłania tego rodzaju zabierze nas także na obszary sieci logicznych i Neural Nets.

Zajęcia automaty

Różne rodzaje CA wpaść 4 klas (zdefiniowanych przez Stephena Wolframa). Klasa 2 CA

  •      Klasa 1 punkt atraktory.System zawiesza się na ustaloną stanie po krótkim czasie (przemijające zachowania).
  •      Klasa 2 cykle graniczne.System rozwija okresowe zachowania, które następnie powtarzany.
  •      Klasa 3 chaotyczne.System staje się aperiodyczna stale zmieniających się w

    nieprzewidywalny i przypadkowych sposobów.

  •      Klasa 4 strukturę. System może rozwijać się w bardzo wzorzystych ale niestabilnych sposobów. Obliczeniowo bogatych, npGra w życie. To oznacza automatów między państwami 2 i 3 na krawędzi chaosu, jak my to nazywamy.

Typ zachowanie występuje dla danego CA zależy od struktury zasad stosowanych. Dla klasy 4 zachowania stanu komórka powinna zmienić się między 25% a 50% czasu (parametr lambda Langton w), w zależności od zestawu reguł, mniej niż to zazwyczaj prowadzi do zachowania statycznego (klasy 1 i 2), więcej do niestrukturalnych zachowania (klasa 3 ). Zajęcia te mają odpowiedników w wyższych wymiarów systemów nieorganicznych i życia, szczególnie Wpisz 4.

Heterogeniczne Komórki

Do tej pory byliśmy zainteresowani jednolitych systemów, gdy sama zasada odnosi się do wszystkich komórek (globalne lub jednolite zasady). Jeśli zamiast umożliwić każda komórka mieć inny zestaw zasad (nierównomierne lub komórek heterogenicznych), mamy wówczas zbiór komórek, które mogą różnić się w zachowaniu i są zbliżone do sfery planowania Komórkowej współpracy równoległej ewolucji. Ten i inne techniki się pod patronatem obliczeń ewolucyjnych (patrz FAQ).

Załóżmy teraz, że mamy również zrelaksować ograniczenie ruchu, mamy wówczas bardziej ogólną formę automatów używanych w sztucznego życia, a często określane jako pełnomocników lub nawet Stworzenia. Każdy agent może reagować w określony sposób do środowiska (w tym inne czynniki). Działania te mogą teraz bardziej znanych form, ruch (w kierunku żywności, z dala od niebezpieczeństwa), jedzenie (budowanie rezerw energetycznych), reprodukcja (podział), (wiadomości przechodzącej) komunikacji i tak dalej.

Agencje Learning

Jeśli środki mają stałą liczbę państw, to są skończone Maszyny państwowe, ale ograniczenie to może być spokojny. Możemy pozwolić środki, aby dowiedzieć się, przechowywania wszelkie użyteczne dane gromadzą. Następnym stanem może to również zależy od danych historycznych – mamy możliwość przewidywania i planowania. Ostatecznie możemy wyobrazić stworzenie, które może tworzyć nowe kraje, nowych zachowań. Od prostych początków, poprzez proste kroki, możemy przejść od nieruchomego, przyczynowo-skutkowych, podmiotów uproszczeniem skomplikowanych, telefony, myśląc naśladujących ewolucji może.

Automaty ludzka

Możemy twierdzić, że ludzie są w związku z tym być może forma automatów? Dziwne, choć może się to wydawać dowody na to dopuszcza. Każda komórka w organizmie zawiera strukturę znaną jako cytoszkieletu, to jak wskazuje nazwa, tworzy podstawę do kształtu komórek.Struktura tego szkieletu składa mikrotubule, które wydają się organizować działania komórek system nerwowy komórkowej może. Molekularne białek podjednostki tych kanalików wydają wykazać zachowanie automatów, co sugeruje, że podstawą życia mogą rzeczywiście być takie formy organizacji.

Być może możemy również rozszerzyć to ma znaczenie? Niektóre prace na temat interakcji nieorganicznych obiektów, atomy, skały, galaktyk traktuje je jako formy automatów lub systemów obliczeniowych. Wnioski, jak różnorodne, jak przepływów płynów, przetwarzania obrazu i rozwoju obszarów miejskich były modelowane w postaci urzędów, wraz z bardziej tradycyjnych komórkowych przedmiotów kształtowych.

Wielopoziomowe Automaty

Wiadomo, że nasze komórki komunikują się ze sobą za pomocą chemicznych i innych, tak że być może nasze struktury wielokomórkowe automaty to tylko wyższy poziom? Biorąc to do limitu możemy zastosować te same pomysły na myśli (mózg) i neuronowe automatów społeczeństwa (osoby jak środki). Oczywiście takie myślenie nie zmniejsza majestat naszej ludzkiej inteligencji ani na jotę, wszystkie automaty tylko klocki (jak to atomy) wzorce, które pojawiają się od wynurzone oddziaływania są same mistyczne wydarzenia. Kalifornia myślenia daje jednak lepszy (chyba prawidłowy) sposób objaśnia metodę, w której struktura powstaje bogatszy metodologię niż dostępne od tradycyjnych nauk redukcjonistycznych.

Ptak Flokowanie Weźmy na przykład uciekają ptaków. Czy każdy ptak wykonywania złożonych obliczeń komunikacji i analiz w celu określenia, jak latać w formacji? Nie, takie obliczenia nie są możliwe w chwili dostępne, nawet dla stworzeń takich jak my. Symulacje oparte na technikach CA wykazały, że kilka prostych zasad automatycznie zastosowane mogą wyjaśnić takie nowych zachowań.Najprostszym z nich jest po prostu zostać stałą odległość od sąsiada prowadzenie ptak’, a następnie rozkaże stada, cała reszta dostosuje swoje stanowisko, aby utrzymać względną wzór. Takie instynktowne (nieświadome) działanie jest łatwe do przewidzenia powstałe przez dobór naturalny. Albo skupianie lub izolacji stałaby przetrwanie z drapieżnikami bardziej prawdopodobne.

Sztuczne Cząsteczki

Mamy w dużej mierze pod uwagę automatów jako podstawy życia, ale pamiętam, że zaczęliśmy z nieorganicznym wzór kwadratów, do których stosuje się przepisy zewnątrz. Mogą pojawić się takie wtórne urzędy w przyrodzie? Na poziomie nieorganicznej po prostu potrzebny jest system obejmujący podmioty państwowe i wielu jakiś sposób zmiany te stany kontekstowo. Cząsteczki, zwłaszcza dużych, mają wiele naturalnych kierunków i kształty. Czy możemy narzucić zasady te z zewnątrz, jak zrobiliśmy to z kwadratów? Załóżmy, że wytwarza się układ zawierający zespół cząsteczek w postaci prostego komputera moglibyśmy zorganizować układu w taki sposób, że poddaje się reakcji do otoczenia i działał na niej w znany sposób?

Nanotechnologia

Nano Technology Co opisaliśmy jest podstawą nanotechnologii, pomysł, że możemy powielać dużych maszyn skalę na poziomie molekularnym. Pamiętacie, że Kalifornia może być uniwersalny komputer, więc może emulować każdą maszynę możemy chcesz budować. Dzięki zastosowaniu inżynierii molekularnej obecnie wydaje się to możliwe technicznie do tworzenia podmiotów nieorganiczne funkcjonujących w sposób bardzo podobny do tego, które występuje w naszych komórkach i są porównywalne wielkością do naszych własnych białek.

Jakie funkcje takie systemy może wykonywać? Cóż, nasz organizm ma ograniczone możliwości w samodzielnej naprawy. Jeśli jesteśmy w stanie wytwarzać nowe elementy nadwozia, na miejscu w naszych komórkach, a następnie mamy potencjał, aby odwrócić starzenia skuteczny nieśmiertelność. Poza ciałem Universal Replicator (budowlana odpowiednikiem Universal Computer) może stworzyć żywność bezpośrednio od cząsteczek bazowych, wykorzystując światło słoneczne jako moc sztuczne rośliny. Ten sam proces może realnie tworzyć wszystkie nasze potrzeby materialne w ten sam sposób, zupełnie za darmo koniec z ubóstwem?