Welkom bij de onderzoeks- en strategiediensten in het snelle tempo van vandaag.
Als je fractals zoals de Mandelbrot-set fascinerend vindt, maar nog niets weet over cellulaire automaten, maak dan je veiligheidsgordel vast. Hier zullen we dit onverdiend esoterische domein van de wiskunde introduceren, voorbeelden in actie verkennen, ontdekken waarom dit soort kale simulatie verbazingwekkende vormen van complexiteit genereert, en de sleutels in zich draagt om diepgaande wetenschappelijke fenomenen te ontsluiten. De wondere wereld van cellulaire automaten kan zelfs het bewijs opleveren dat we in een simulatie leven.
Voordat we erin duiken, laten we je nieuwsgierigheid prikkelen met deze video. Zoals je zult zien, vormt het zich geleidelijk van een stel bewegende pixels tot een functionerende digitale klok.
Dus wat?
Merk allereerst op dat de klok een echte vorm van opkomst vertegenwoordigt. Opkomst wordt gevonden in de natuur, waar eenvoudige systemen op mysterieuze wijze aanleiding geven tot zeer complex gedrag.
Mieren, bijen en termieten zijn bijvoorbeeld basiswezens met zeer beperkt eenvoudig gedrag. Maar massaal vormen ze superorganismen met zeer complex gedrag, zoals bijen die nauwkeurig de temperatuur van een bijenkorf moduleren, en mieren die zich in een vlot verzamelen om een rivier over te steken of een overstroming te overleven .
De klok hierboven komt op soortgelijke wijze voort uit een supereenvoudige simulatie (je kunt aan de pixels denken als mieren), wat een interessant voorbeeld geeft van cellulaire automaten. Laten we nu eens kijken naar wat het eigenlijk is.
Cellulaire automaten werden oorspronkelijk bedacht door John von Neumann. verfijnde John Conway in 1970 Conway's Game of Life . Trouwens, als je een easter egg van de nerds van Google wilt ontdekken, probeer dan eens te googlen op 'Conway's Game of Life'.
Deze versie is ook het gemakkelijkst te begrijpen en bevat slechts vier zeer eenvoudige regels over de manier waarop cellen zich gedragen in een vierkant raster. De regels instrueren cellen feitelijk om levend of dood te zijn (zwart of wit), afhankelijk van de toestand van aangrenzende cellen. En dat is het.
Hier kunt u het echte werk in uw browser uitproberen . Stop gewoon de simulatie, klik op een willekeurig aantal cellen om ze levend te maken en klik vervolgens op start.
Als je het eens probeert, zul je waarschijnlijk een van de volgende drie dingen opmerken.
1. De cellen sterven uit of stagneren, en de simulatie eindigt feitelijk.
2. De cellen vormen zich tot interessante kleine en stabiele structuren die tussen twee toestanden wisselen.
3. De cellen lijken tot leven te komen en ongebruikelijke dingen te doen, zoals het vormen van kleine ruimteschipachtige structuren die wegglijden in het onbekende (toepasselijk 'zweefvliegtuigen' genoemd).
Romantisch, maar niet bepaald inspirerend.
Afhankelijk van de cellen die u selecteert, kunnen er echter vreemde dingen gebeuren. Een bewijs hiervan is dat de klok die we eerder introduceerden feitelijk wordt gegenereerd op basis van een specifieke configuratie van Conway's Game of Life. Daarom is het waarschijnlijk de eenvoudigst functionerende digitale klok die ooit is gemaakt.
Behalve dat het technisch gezien niet is gemaakt. In plaats daarvan organiseerde het zichzelf vanuit de basisstartvoorwaarden van de simulatie.
hier een live versie van de kloksimulatie verkennen . Onthoud dat er slechts drie dingen spelen: de startcellen, de basisregels en iteratieve herhaling.
Cellulaire automaten fascineren al tientallen jaren briljante geesten omdat ze, in tegenstelling tot de natuur, een duidelijk gedefinieerd en deterministisch begrensd systeem vormen. Die volgens intuïtie niets ingewikkelds zou moeten kunnen. Toch doen ze dat.
Daarom vertegenwoordigen ze een zeer pure vorm van opkomst die vatbaar is voor studie. onherleidbare berekenbaarheid wordt genoemd .
Dit betekent dat, hoewel de simulatie supereenvoudig en volledig bepaald is, er fundamenteel geen manier is om te voorspellen wat er zal gebeuren, behalve het uitvoeren van een specifieke simulatie om erachter te komen. Er zijn in wezen geen voorspellende snelkoppelingen.
Dit is ook waar de chaostheorie in beeld komt (denk aan de vleugels van een vlinder), omdat een minuscule verandering in de startomstandigheden de uitkomsten dramatisch kan veranderen. Als u bijvoorbeeld slechts één cel in een andere positie heeft voor de klok erboven, kan dit überhaupt voorkomen worden.
Er lijkt geen bovengrens te bestaan aan de complexiteit die alleen met deze aanpak kan worden gegenereerd. Met voldoende rekenkracht kan het raster veel groter zijn, met meer startcellen, en kan de simulatie veel langer duren.
Stephen Wolfram leverde wiskundig bewijs dat cellulaire automaten Turing-compleet zijn , in die zin dat uiteindelijk alle mogelijke toestanden kunnen worden gerealiseerd met behulp van bepaalde regels.
Dit is waar de dingen echt interessant worden, zowel vanuit wetenschappelijk als computationeel perspectief, omdat zelfs zoiets basaals als Conway's Game of Life ook functionele berekeningen kan genereren.
Het is waarschijnlijker dat bepaalde typen celstructuren ontstaan, zoals zweefvliegtuigen. Deze kunnen zich in andere structuren verplaatsen, een interactie aangaan en vervolgens intact uit de structuur vliegen, of effectief worden opgeslokt en verdwijnen.
Dit gedrag bootst een logische poort na , dat wil zeggen een interactie die een 1 of 0 oplevert, wat een cruciaal aspect is van de manier waarop onze computers informatie verwerken. Op dezelfde manier kunnen ook NAND-poorten worden gegenereerd, die zowel computers als neuronen gebruiken om alleen een signaal te activeren wanneer een bepaalde drempel wordt bereikt.
Dergelijke kenmerken zorgen ervoor dat cellulaire automaten Universal Turing-machines kunnen worden, wat betekent dat ze mogelijk andere machines of computers kunnen emuleren.
Door deze concepten tot het uiterste te extrapoleren, met voldoende rekenkracht en tijd, wordt getheoretiseerd dat cellulaire automaten zeer complexe simulaties zouden kunnen genereren die in staat zijn intelligentie te produceren, en mogelijk een meer organische route naar kunstmatige algemene intelligentie .
We hebben eerder vermeld dat Conway's Game of Life een van de meest basale vormen van cellulaire automaten is. Er zijn veel manieren waarop deze simulatieaanpak kan worden gevarieerd op basis van de toegepaste regels, of bijvoorbeeld door gebruik te maken van een driedimensionaal raster, of zelfs meer dimensies (wat de wiskunde perfect mogelijk maakt).
Ze kunnen ook worden gecombineerd met neurale netwerken om de simulaties naar de gewenste resultaten te leiden. De afgelopen jaren heeft het onderzoek op dit gebied vooruitgang geboekt, met enkele verbazingwekkende resultaten tot gevolg.
Onderzoek naar deze variaties heeft automaten aan het licht gebracht die verrassend organisch gedrag vertonen, inclusief het equivalent van biologische cellen met functionele membranen. Hier zijn enkele voorbeelden.
Een bijzonder baanbrekend artikel met de titel ' Growing Neural Cellular Automata ' paste dergelijke technieken toe om een mysterie van de natuur te repliceren dat morfogenese . Morfogenese wordt aangetroffen bij wezens als platwormen, waarbij als ze doormidden worden gesneden, er twee nieuwe, complete platwormen zullen groeien.
In dit onderzoek gebruikten ze neurale netwerktraining om patronen in cellulaire automaten te ontdekken die een stabiel beeld kunnen creëren, binnen een interactieve simulatie.
Wanneer het beeld wordt verstoord, bijvoorbeeld door het doormidden te snijden, wordt het vanzelf weer in elkaar gezet of groeit het uit tot twee nieuwe. Deze nauwe replicatie van morfogenese is nog steeds gecodeerd in zeer eenvoudige startomstandigheden en simulatieregels.
hier zelf uitproberen , toepasselijk met behulp van de afbeelding van een hagedis.
Er zijn een paar diepgaande afhaalrestaurants.
Ten eerste creëerde John von Neumann nauwgezet de eerste iteraties van cellulaire automaten met alleen pen en papier. Dit benadrukt een belangrijk punt: de simulaties zijn uiterst rudimentair, maar uit de eenvoudige eenvoud ontstaan zeer complexe gedragingen. Deze verborgen dimensie van complexiteit lijkt inherent te zijn – we ontdekken hem nog maar net.
Ten tweede kunnen de chaotische systemen en de opkomst die we in natuurlijke systemen zien, worden nagebootst door cellulaire automaten, wat betekent dat het zeer waarschijnlijk is dat ze enkele geheimen bevatten over de aard van het leven zelf. Als dat zo is, kan de rijkdom die we uit de natuur zien voortkomen, omdat de simulaties in wezen gebaseerd zijn op informatieverwerking, ook dezelfde zijn.
Last but not least: het is waarschijnlijk dat we nog maar nauwelijks de oppervlakte hebben betreden van wat cellulaire automaten kunnen worden. Door de toepassing van enorme toenames in berekeningen is het haalbaar dat er simulaties kunnen ontstaan die de rijkdom en complexiteit van onze wereld laten zien. Het is zelfs mogelijk dat ze over de virtuele rekenkracht beschikken om kopieën of iteraties van dergelijke nieuwe simulaties in zichzelf te creëren.
Als we veronderstellen dat dit haalbaar is, roept dit de zeer serieuze vraag op: 'leven we in de Matrix'. Als je niet bekend bent met de simulatietheorie: veel gewaardeerde wetenschappers uit verschillende disciplines geloven dat onze realiteit wel eens gesimuleerd kan zijn – met zeer plausibele theorieën om ze te ondersteunen.
Als dat niet het geval is, roept het een andere vraag op: waarom is onze realiteit zo repliceerbaar door deze vorm van opkomst? Wat de afhaalmogelijkheid ook is, cellulaire automaten zijn wonderbaarlijk fascinerend.
Als je dieper in dit onderwerp wilt duiken, Machine Learning Street Talk een fantastische video gemaakt waarin experts op het gebied van de nieuwste onderwerpen worden geïnterviewd.
Welkom bij de onderzoeks- en strategiediensten in het snelle tempo van vandaag.
Hier zijn enkele fascinerende neurowetenschappelijke bevindingen over het menselijk brein die u misschien nog niet kent.
Een diversiteit aan NeuroTracker-onderzoeksbenaderingen heeft geleid tot een aantal fascinerende inzichten over hoe de hersenen de menselijke prestaties en welzijn beïnvloeden
Krijg een overzicht van de tests die zijn ontworpen om te decoderen hoe uw grijze massa functioneert.
Het #1 meest wetenschappelijk gevalideerde cognitieve trainingssysteem ter wereld. Gebouwd op 20 jaar neurowetenschappelijk onderzoek door toonaangevende autoriteiten in hun vakgebied. Verbeter uw hersenen en prestaties.
