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生命游戏 Game of Life

已有 6310 次阅读 2014-7-6 13:37 |个人分类:科学教育|系统分类:科普集锦| 人工智能, 元胞自动机, 生命游戏

科学让人类集合群体的智慧去认识自然,从而为人自身的生存服务。但反过来看人类的发展,也不过是自然的一场“游戏”而已。

生命是一场游戏,是人类中每个个体都在参与的生命游戏,也是上帝一手制定的游戏。自然法则按照规律制造了一个个人,而每个人都会在某个时刻进入自己的角色,在这个社会之中进行着自己的游戏。游戏结束,个体死亡,又有新的个体被制造出来,参与到人类这场接力的游戏中,永无休止地把这个游戏进行下去。

物理上的生命游戏,源于一个叫元胞自动机的科学模型,其基本思想可以追溯到上世纪的一名伟大的科学家:冯·诺依曼(von Neumann)。他在他的生命游戏中,考虑了一个叫机器繁殖的思想,通俗的说就是机器可以自我进化和延续的思想,这个思想在他的一本著作《Theory of Self-Reproducing Automata》中集中体现。我们知道冯·诺依曼(von Neumann)是人类生命游戏系统中鼎鼎大名的角色,他还是第一台计算机的设计师,也是博弈论的创始人。冯·诺依曼的思想激发了智能系统的研究,比如著名的遗传算法之父John Holland,人工生命之父C.G. Langton,还包括非常著名的Stephen Wolfram等角色都继承和发展了冯·诺依曼的思想萌芽,如今一种被称为可以自己反馈进化的机器人和程序(程序可以自己优化和修改)成了将来智能系统发展的方向。

     提起了Wolfram我们必然会想起Mathematica这个在世界学术圈非常流行的著名软件。Wolfram公司就是以卖这套软件发家的公司,而另类的是Wolfram在这家公司开始大赚钞票的时刻退出公司的经营,躲在自己的书房憋一本叫《A New Kind Of Science》的巨著,而这本厚达1000多页的重量级著作在2002年面世,并迅速成为亚马逊最叫卖的著作之一。不管怎么这本书便宜,Wolfram不差钱,他可以补贴自己的钱让这本厚书便宜地成为你书桌上的读物。而且这还不算什么,这本书还非常通俗易读,因为这本书除了文字和图,没有几个数学公式。正是在这本书里,这位老兄大力推广这个称为元胞自动机的概念,这位老兄甚至断言:这个世界复杂的现象,是几条简单的规则不断运行的结果!用他原来的狠话说就是:这个世界的现象是上帝的游戏!

这本书的观念招惹了正统科学家这个群体,正统科学的观念是:世界是数学的,而这哥们竟然说:No, 太温和了,这个世界就是一段代码。用这哥们的原话就是:支持整个宇宙的原理无非就是区区几行程序代码

这哥们于是受到了正统科学的狂扁,但Wolfram并不害怕,因为他并不需要参与正统科学群体和社会群体的选择游戏,因为他有的是钱,他可以不做你正统伊利诺伊斯大学物理系的教授,也不参与争夺申请面上的项目,更不需要接受你武断的考核,也能很有尊严地活着去开展自己喜欢的研究,一句话:哥们为了元胞自动机可以不需要你正统科学体系的任何认可,哥们不陪你们玩,哥们自己一个人玩。

其实Wolfram看到了世界的一个法则,其实这个世界复杂的现象背后,的确是几条规律或规则支配的。这就如同你去玩一个纸牌的游戏,每一种纸牌游戏的规则都是简单的,但我们看到的现象是:你从来没有看到过完全相同的两次牌局,就如同世界杯的足球比赛一样,规则是超级简单的,但同样你看不到两场完全一样的比赛,这个展现复杂表观现象的背后,依然是那几条简单的游戏规则。这就是元胞自动机所要呈现的逻辑。

而似乎让人感到遗憾的是,人类自己也是一种游戏。也就是说Wolfram关于世界的观点是普遍成立的,反过来也包括他自己。

从正统的科学角度,元胞自动机就是给定一种规则,通过演化就可以产生复杂的结果。对这个现象的认识是任何一个学过Mathematica的人都可以感知的,通过该软件中一个内部函数CellularAutomaton做一个简单模拟,你就会发现非常有意思的图形出现,下面左边这个在分形几何中“响当当”的图形就是该函数的90号规则产生的,而右边的来源于规则30的不同初始条件,不信你自己试试。这样的图形在Wolfram那里被称为一维基本元胞自动机,在全部256种规则中只有88种是相互独立的。


当然更为复杂的不是一维的系统,而是二维和三维的元胞自动机,每一个元胞在自己的空间构型中按照一定简单的规则演化,构成系统复杂的表象行为。在基本平面二维元胞自动机里,有一个被称为生命游戏(Game of Life)的有意思的元胞自动机(英国数学家约翰·何顿·康威在1970年发明的一种细胞自动机),该元胞群体的演化遵从生命细胞的生存法则,一个细胞的演化由其周围的构型决定,周围的邻居都是活的,那它的生存空间和资源受到限制,它下一个时刻就是死,而当周围都是死的时候,它又由于失去生存环境(合作)也会死,而其他的情况会延续活这种状态,等等,如果考虑复杂的生存因素而制定简单的规则,这个群体的演化就如同一场生命的游戏不断进行下去。

    而人类和人类整体群体的演化也一样是生命的游戏。其规则很简单:你劳动,给你吃的,你存活;你不做事,不给报酬,饿死(哈哈,当然对人类社会来说是温和的方式:你提供更优质的劳动,你得到更多报酬,你就活得更好)。无论如何,社会中的每一个人都是这样,虽然人类社会中个体的演化有着非常复杂的内涵,但最简单的就是上面的规则。而个体劳动者这个元胞的“空间构型”就是社会合作关系。上帝制造了人,人的规则就是生命的规则:活着。而上帝制造了人这个游戏的棋子,而整盘棋就是上帝的一场游戏。我们人生在游戏之中,一生受这些简单规则的驱使去完成自己的演化,整个人类社会也就这样不断发展。




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4 焦飞 谢平 强涛 Vetaren11

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