约翰·康威(John Conway)的人生博弈的持久教训

2020-12-28 21:45:45

1970年3月,马丁·加德纳(Martin Gardner)在《科学美国人》的“数学游戏”专栏中发表了一封充满想法的信。当时由剑桥大学数学家约翰·霍顿·康威(John Horton Conway)寄出的这封信长达12页,用打猎和啄食的风格写成。

第9页的标题为“生活的游戏”。它描述了一种优雅的数学计算模型-一种细胞自动机,一种小型机器,其类型是不同的,随着时钟从一秒钟前进到另一秒钟,单元的组会在迭代之间进行演化。

康威博士于四月去世,他在普林斯顿度过了职业生涯的后半段,有时称“人生”是“无人参与,永无止境的游戏”。加德纳先生称其为“奇妙的单人娱乐活动”。

游戏很简单:将任何配置的单元放置在网格上,然后根据指示系统如何运行的三个规则观察发生的情况。

出生规则:一个空的或“死的”牢房中恰好有三个“活的”邻居(完整的牢房)。

死亡规则:一个有零个或一个邻居的活细胞死于孤立;具有四个或更多邻居的活细胞死于人满为患。

每次迭代都会有一些细胞存活,一些死亡,“生命形式”进化,一代又一代。

滑翔机是最早出现的生物之一。滑翔机是一种五格生物,它以对角摆动的方式横越网格移动,并被证明可以方便地传递信息。它是由康威博士的研究小组成员Richard Guy在英国剑桥发现的。不久之后,比尔·戈斯珀(Bill Gosper)发现了能产生稳定滑翔机的滑翔机枪,随后在麻省理工学院发现了它。

“由于它与生物有机体社会的兴衰成败相似,它属于越来越多的所谓的“模拟游戏”,”加德纳先生在50年前将生命介绍给世界时写道。他的1970年10月专栏。

生活迅速使康威博士的许多其他数学成就黯然失色,他开始把对加德纳先生的赞美视为“致命的信”。

《生命游戏》激发了在复杂性科学的丰富领域中使用细胞自动机的能力,并通过模拟对从蚂蚁到交通,云到星系的所有事物进行建模。更为琐碎的是,该游戏吸引了一种“ Lifenthusiasts”的崇拜,他们花费大量时间来入侵Life,即构建模式以期发现新的Life形式。

为了庆祝成立50周年,ConwayLife.com社区创建了Exploratorium,这是一个大型的可探索的集邮方式,该社区托管了LifeWiki,其中载有2000多篇文章。

康威博士称,不会改变下一代的模式,例如四格砌块,六格蜂箱或八格池塘。他称这种模式花了很长时间才能稳定下来,他称之为methuselahs。

生命之树还包括振荡器,例如信号灯,以及各种尺寸的太空船(滑翔机是最小的)。

在2018年,一个特殊的宇宙飞船-第一个基本骑士-名叫罗宾爵士(Sir Robin)-广受赞誉。它由数百个细胞组成,每六代向前移动两个细胞,向一侧移动一个细胞。它是由英国算法学家Adam P. Goucher在Golly开发商Tomas Rokicki早期发现的部分发现的基础上发现的,该项目是探索大型生命模式的遥远未来的程序。

并且狩猎党继续。 9月,俄罗斯的帕维尔·格兰科夫斯基(Pavel Grankovskiy)发现了Speed Demonoid飞船。去年12月,阿拉巴马州的约翰·温斯顿·加思(John Winston Garth)发现了Doo-dah飞船。两者都是年度模式的竞争者,对于新的生命发现来说,这是一个好年头。

生活最终变得太过流行,以至于Conway博士不喜欢。每当话题出现时,他都会吼叫:“我讨厌生命!”但是在他最后的几年里,他学会了再次热爱生活。他讲述了一个纪录片,由布鲁克林的数学家和电影制片人威尔·卡文迪什(Will Cavendish)撰写,题为《生命的思想》,探讨了确定性游戏与自由意志定理的比较,康威博士与普林斯顿大学同事西蒙·科琴(Simon Kochen)证明了这一结果。

康威博士在影片中说:“我曾经四处说'我讨厌生活'。” “但是后来我在某个地方进行演讲,被介绍为'生活的创造者约翰•康威'。然后我想,'哦,那是个很好的认识方式。'所以我不再说'我讨厌生活'。之后。”

最近,一些生命中最坚定的朋友反思了它半个多世纪以来的影响和教训。

生活是世界上最有益健康的电脑游戏!没错,它曾经使我们中的一些人上瘾,但现在已经几乎找到了理论上所有可能的枪支和振子周期,因此危害不了我们。找到令人垂涎的Snark花了40年,Snark是一种稳定的模式,可以将滑翔机反射90度。

但是仍然存在悬而未决的问题:例如,太空飞船的矢量速度可能是多少,或者滑翔机碰撞可能是什么样的构造。令人震惊的最新定理指出,任何构造,无论多大,都可以使用由一定数量的滑翔机(该滑翔机为32个)建造的反向卡式抛掷器来完成,但到9月时它已降至17个。

如今,业余爱好者在没有花哨的软件和硬件的情况下找到具有新闻价值的模式变得越来越困难。也许生命可以继续充当通关毒品,将新来者吸引到各种栩栩如生的规则的有效取之不尽的世界中。

1978年,我第一次在旧金山的Exploratorium遇到了Life。一直让我着迷的事物让我立即着迷-看着复杂性源于简单性。

生活应该是可以预知和无聊的。毕竟,只有三个简单的规则可以确定网格上某些点的位置。在您开始调整这些规则并观察发生了什么变化之前,这听起来并不十分有趣。

生活向你展示了两件事。首先是对初始条件的敏感性。规则的微小变化会在输出上产生巨大的差异,从完全破坏(无点)到停滞(冻结模式)再到不断变化的模式。

《生命》向我们展示的第二件事是达尔文在看《生命》(有机版)时碰到的东西。复杂性源于简单性!这真是一个启示。我们已经习惯了任何复杂事物都必须来自更复杂事物的想法。人脑设计飞机,而不是相反。生活向我们展示了由于一些简单规则的相互作用而产生的复杂虚拟“有机体”,因此告别了“智能设计”。

鉴于Conway证明可以通过“生命游戏”来模拟通用计算机(即可以对其进行“编程”以执行传统计算机可以执行的任何计算)的证明,极其简单的规则会导致最复杂的规则产生和最不可预测的行为。这意味着即使在原则上,生命游戏的某些属性也无法预料!

在这一时刻,必须强调的是,固有的不可预测性-即使在简单的生命游戏中也得到了很好的说明-是现实世界以及生命游戏中生命的特征。尽管我们一直生活在固有的不可预测性和不确定性之中,但我们仍必须找出发展方法。正如数学家约翰·艾伦·保罗(John Allen Paulos)雄辩地说的那样:“不确定性是唯一的确定性,而知道如何在不安全的环境中生活是唯一的安全性。”我认为,这是人生最重要的一课。

我使用生命游戏为我的学生生动地展示了确定性,高阶模式和信息。它的一大特点是什么都没有隐藏。在生活中没有黑匣子,因此从一开始就知道,在生活世界中可以发生的任何事情,都是非常神秘的,而且可以解释很多小物件的简单步骤。没有灵能场,没有形态共振,没有élanvital,没有二元论。没关系。而且它仍然可以支持复杂的自适应结构来执行操作这一事实也很重要。

在托马斯·品钦(Thomas Pynchon)的小说《重力的彩虹》中,一个人物说:“但是,你却遭受了更大更有害的幻想。控制的幻觉。 A可以做到B。但这是错误的。完全可以没有人能做。事情只会发生。”

我们可以说,在生活中,事物仅发生在像素级;没有什么可以控制任何事情,什么也没有做任何事情。但这并不意味着就没有行动,控制之类的东西。这意味着这些是仅由发生的事情组成的(完全没有魔术的)更高层次的现象。

在人工生命社区中,生命是一项基本工作。它位于背景中,影响着人们对“计算机”生活的看法。

生命可能会保持其兴趣,原因有两个。一是细胞自动机的整个领域非常重要,因为在计算上它可以用于建模许多不同的事物,例如,从流体动力学到耦合磁自旋到化学反应扩散系统的物理系统。

另一个原因是它看起来很酷,很漂亮,很漂亮。当您加快速度时,它会流动,沸腾和冒泡;实际上看起来还活着。

我和学生一起在彭罗斯(Penrose)拼贴网格上而不是正方形网格上看《生活》。我想知道是重要的是规则还是网格。我们发现了一些有趣的振荡模式和蛇状模式。基本上,我们显示出这些规则中有某些内容。规则产生了有趣的动态。即使在不同的环境中,彭罗斯生活仍然会产生有趣的行为。

我想知道数十年来,人们可以从所有的Life hacking中学到什么。我最近意识到,这是尝试开发“元工程”的好地方-看看是否存在控制工程技术进步的通用原则,并帮助我们预测技术的总体未来发展轨迹。可以看一下微处理器或飞机,但它们涉及物理和材料的各种细节。在Life中,有50年的“工程开发”经验,仅适用于钻头的配置。这是我所知道的集体人类创新动力的最纯粹的例子。

—人工生命研究者和连续细胞自动机“ Lenia”的创造者,香港

尽管生活游戏并不是康威公司最引以为傲的发明,但据他本人说,它确实对像90年代我这样的初学者产生了很大的影响,使他们充满了惊奇感和一种对某些易于理解的信心。代码数学模型可以产生复杂而优美的结果。它就像是面向未来软件工程师和黑客的入门工具包,以及Mandelbrot Set,Lorenz Attractor等。

生命爱好者发现或设计了生命中许多美妙的图案。其中最令人惊奇的是数字时钟,生活中的生命模拟和自我复制器。工程是如此的巧妙和精致,以至于将一个单元错放到大约一百万个单元中的一个错误就会使整个机器失效。另一方面,当我研究Lenia(一种对生命的持续延伸)时,我发现它的模式与Life根本不同。 Lenia模式是模糊的,因此工程上不容易(它们大多是进化的),但更难破坏。尽管Life和Lenia具有相同的根源,但它们的性质几乎相反:设计与有机,精确与适应,脆弱与弹性。

这些是研究中有趣的发现,但是如果我们考虑我们的日常生活,公司和政府,人类数千年来建立的文化和技术基础设施,它们与Life中设计的令人难以置信的机器完全不同。在正常情况下,它们是稳定的,我们可以继续在一个组件上构建一个组件,但是在这种流行病或新的冷战这样的困难时期,我们需要更具弹性的组件并可以为无法应对的事情做准备。这将需要改变我们的“生活规则”,这是我们理所当然的。

当生命开始时,我们还没有数学混乱的概念。生命游戏板子历代的展开是完全确定的。如果从相同的设置开始,则始终会得到相同的结果。奇怪的是,即使给定的人生开始位置游戏的结果是预先确定的,也没有简单的捷径可以预测这些结果。您只需要通过所有步骤运行该死的事情。

这就是混乱。生命游戏,或者像一对钟摆一样的变态动力学系统,或者是烛光火焰,或者是海浪,或者是植物的生长-它们都不容易预测。但是它们不是随机的。它们确实遵守法律,并且它们倾向于产生某些类型的模式-混沌吸引子。但同样,不可预测也不是随机的。一个重要而微妙的区别改变了我对世界的整体看法。

—加州洛杉矶,“递归宇宙:宇宙的复杂性和科学知识的局限性”的作者。

生命游戏的脉动,烟火的星座是突发现象的经典例子,这种现象在形容词成为流行词之前已有数十年的历史。

五十年后,2020年的不幸是模因之谜。当今我们面临的最大挑战是:病毒从一个物种跃升到另一个物种。温度小幅上升导致野火和热带风暴的突然发作;数十亿笔自由交易导致财富惊人地集中的经济体;每年变得充满危险的互联网。笼罩在这一切背后的是我们对人工智能推动的未来的集体愿景,这一愿景肯定会带来惊喜,但并非所有人都会感到惊喜。

康威选择的名字-生命游戏-将他的发明描述为一个隐喻。但是我不确定他是否也预料到生命将变得如何相关,以及50年后我们都将扮演生死攸关的新兴游戏。