Цифровой организм является самовоспроизводящейся компьютерной программой , которая видоизменяется и эволюционирует . Цифровые организмы используются в качестве инструмента для изучения динамики дарвиновской эволюции , а также для проверки или проверки конкретных гипотез или математических моделей эволюции. Изучение цифровых организмов тесно связано с областью искусственной жизни .
История
Цифровые организмы можно проследить до игры Darwin , разработанной в 1961 году в Bell Labs, в которой компьютерным программам приходилось соревноваться друг с другом, пытаясь остановить выполнение других . [1] Похожей реализацией, последовавшей за этим, была игра Core War . В Core War выяснилось, что одной из выигрышных стратегий было максимально быстрое копирование, что лишало противника всех вычислительных ресурсов . Программы в игре Core War также могли видоизменять себя и друг друга, перезаписывая инструкции в имитированной «памяти», в которой происходила игра. Это позволяло конкурирующим программам встраивать друг в друга повреждающие инструкции, которые вызывали ошибки (завершая процесс, который их читал), «порабощать процессы» (заставляя вражескую программу работать на вас) или даже изменять стратегии в середине игры и лечить себя.
Стин Расмуссен из Национальной лаборатории Лос-Аламоса развил идею Core War на один шаг дальше в своей основной мировой системе, представив генетический алгоритм, который автоматически писал программы. Однако Расмуссен не наблюдал эволюции сложных и стабильных программ. Оказалось, что язык программирования, на котором были написаны основные программы мира, был очень хрупким, и чаще всего мутации полностью разрушали функциональность программы.
Первым, кто решил проблему уязвимости программ, был Томас С. Рей со своей системой Tierra , которая была похожа на core world. Рэй внес некоторые ключевые изменения в язык программирования, чтобы мутации с гораздо меньшей вероятностью разрушили программу. С помощью этих модификаций он впервые наблюдал за компьютерными программами, которые действительно развивались осмысленным и сложным образом.
Позже Крис Адами , Титус Браун и Чарльз Офриа начали разработку своей системы Avida , [2] которая была вдохновлена Tierra, но опять же имела некоторые важные отличия. В Tierra все программы жили в одном адресном пространстве и потенциально могли выполняться или иным образом вмешиваться в код друг друга. В Avida, с другой стороны, каждая программа живет в собственном адресном пространстве. Благодаря этой модификации эксперименты с Avida стали намного чище и легче интерпретировать, чем эксперименты с Tierra. Благодаря Avida, исследования цифровых организмов стали восприниматься как весомый вклад в эволюционную биологию все большим числом эволюционных биологов. Биолог-эволюционист Ричард Ленски из Университета штата Мичиган широко использовал Авиду в своей работе. Ленски, Адами и их коллеги опубликовали публикации в таких журналах, как Nature [3] и Proceedings of the National Academy of Sciences (США). [4]
В 1996 году Энди Парджеллис создал систему, похожую на Тьерра, под названием Amoeba, которая развивала самовоспроизведение из случайного начального состояния. Совсем недавно REvoSim - программный пакет, основанный на бинарных цифровых организмах - позволил моделировать эволюцию больших популяций, которые можно запускать в геологических временных масштабах. [5]
Смотрите также
Связанные темы и обзоры
- Искусственная жизнь
- Эволюционные вычисления
- Генетические алгоритмы
- Комбинаторная оптимизация
- Клеточный автомат
Конкретные программы
Рекомендации
- ↑ Aleph-Null, "Computer Recreations", Software: Practice and Experience, vol. 2. С. 93–96, 1972.
- ^ http://avida.devosoft.org/
- ^ Ленски, Ричард Э .; Офрия, Чарльз; Пеннок, Роберт Т .; Адами, Кристоф (2003). «Эволюционное происхождение сложных функций» (PDF) . Природа . 423 (6936): 139–144. Bibcode : 2003Natur.423..139L . DOI : 10,1038 / природа01568 . ISSN 0028-0836 . PMID 12736677 . S2CID 4401833 .
- ^ Adami, C .; Ofria, C .; Кольер, TC (2000). «Эволюция биологической сложности» . Труды Национальной академии наук . 97 (9): 4463–4468. DOI : 10.1073 / pnas.97.9.4463 . ISSN 0027-8424 . PMC 18257 . PMID 10781045 .
- ^ Гарвуд, Рассел Дж .; Спенсер, Алан RT; Саттон, Марк Д .; Смит, Эндрю (2019). «REvoSim: Моделирование макро и микроэволюции на уровне организма» . Палеонтология . 62 (3): 339–355. DOI : 10.1111 / pala.12420 . ISSN 0031-0239 .
дальнейшее чтение
- О'Нил, Б. (2003). Цифровая эволюция. PLoS Biology 1 , 011-014.
- Уилке, Колорадо, и Адами, К. (2002). Биология цифровых организмов. Тенденции в экологии и эволюции 17 , 528-532.
- Парджеллис, АН (1996). Стихийное зарождение цифровой «Жизни». Физика Д 91 86-96
- Мисевич, Душан и Офриа, Чарльз и Ленски, Ричард Э. Половое размножение меняет генетическую архитектуру цифровых организмов Proc Biol Sci. 2006 22 февраля; 273 (1585) : 457–464.