约翰·康威(John Conway)的《人生游戏》(Life Game)的持久教训(2020)

2021-02-20 01:59:07

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,用打猎和啄食的方式打字。

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,随着时钟从一秒到另一秒的不断发展,单元组在一次迭代之间发展。

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,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,它是一种五格生物,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)发现了滑翔机枪,该滑翔机枪产生稳定的滑翔流,然后在麻省理工学院发现了。

“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。

生活很快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)。

2018年,有一个庆祝的发现一种特殊的宇宙飞船,这是第一个基本的骑士,名叫罗宾先生。由数百个细胞制成,它会向前移动两个细胞,每六代一次侧向移动。它是由Adam P. Goucher,英国算法,在俄罗斯罗基(Tomas Rokicki)的临时偏见的早期部分找到的群体,这是一个探索大型生活模式的遥远未来的计划的早期部分查找。

并且狩猎聚会继续。 9月,俄罗斯的Pavel Grankovskiy发现了速度的Deavoid宇宙飞船。 12月,阿拉巴马州的约翰温斯顿加尔斯发现了Doo-Dah Spaceship。两者都是年度模式的竞争者,在新的生活发现是一个好的一年。

生命最终变得太受欢迎了康威的喜好。每当受试者出现时,他会吼叫,“我讨厌生活!”但在他的最后几年里,他学会了再次爱生活。他叙述了一份纪录片,并采用了“生命的思想”,由布鲁克林的数学家和电影制作人讨论了“生命的思想”,探索了确定性的生活游戏与自由意志定理,结果兼普林斯顿同事西蒙开山博士。

“我曾经四处说,”我讨厌生活,“康威博士在电影中说。 “但后来我在某个地方讲课,我被介绍为'John Conway,生命的创造者。我想,'哦,这是一个非常好的方式。所以我停止说'我讨厌生活'在那之后。”

最近,一些生活中最坚定的最具稳定的朋友体现了它的影响力和半个世纪超过了课程。

生活是世界上最有益健康的电脑游戏!是的,它曾经危险地朝给我们一些人,但现在没有发现几乎所有理论上可能的枪和振荡器时期。 40多年来寻找令人垂涎的Snark,一种稳定的模式,反映滑翔机90度。

但仍存在打开的问题:例如,可以使用哪些宇宙飞列矢量速度,或者滑翔机冲突可能是什么结构。一个令人惊讶的最近定理表明,无论如何,可以使用从一定的固定数量的滑翔机建造的倒车卡师 - 这个数字来完成任何建筑物 - 这是32岁,但截至9月,它现在将下降到17。

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使我立即着迷-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!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“生物”,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,但我们仍必须找出繁荣的方法。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。

我用生活游戏为我的学生生动,为决定论,高阶模式和信息的想法。其中一个伟大的功能是没有隐藏的;生活中没有黑匣子,所以你从一开始就知道你可以在生活中发生的任何东西都是完全没有混思的,并且在小物品的大量简单的步骤方面是完全没有讽刺的。没有灵感的田地,没有形态共振,没有élan至关重要,没有二元主义。没关系。事实上,它仍然可以支持复杂的自适应适当的结构,这些结构做事也很重要。

在Thomas Pynchon的小说“重力的彩虹”中,一个角色说:“但你采取了更大且更有害的幻觉。控制的幻觉。那个可以做b.但那是假的。完全地。没有人能做。只是发生的事情。“

在生活中,我们可能会说,只有在像素水平处发生的事情;没有什么可以控制任何东西,没有什么能做什么。但这并不意味着没有动作这样的东西,作为控制;这意味着这些是从只发生的事情(完全没有魔法)的更高级别的现象。

在人工生活社区中,生活是一个基础作品。它坐落在背景中,影响人们在硅中思考生活的方式。

生命可能是因为两个原因保持了兴趣。一个是,蜂窝自动机的整个领域非常重要,因为计算上它可以用于模拟许多不同的东西 - 例如,来自流体动力学的物理系统与耦合磁性旋转到化学反应扩散系统。

另一个原因是它只是酷又漂亮,看起来很棒。当你加速它时,它流动和沸腾和泡泡;它实际上是活着的。

我与学生一起看着彭罗斯盖栅的学生,而不是方形网格。我想知道这是规则还是网格,这是重要的事情。我们发现一些有趣的振荡模式和斯诺克莱克图案。基本上,我们所表明的是这些规则中有一些东西;规则正在制作有趣的动态。彭罗斯生活仍然产生有趣的行为,即使在不同的环境中。

我想知道数十年来,人们可以从所有的Life骇客中学到什么。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的模式根本不同。 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没有什么不同。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,在形容词成为流行语之前的几十年就出现了。

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多么重要,并且在50年内我们所有人都在玩生死攸关的游戏。