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|description=元胞自动机，人工生命，自我复制

|description=元胞自动机，人工生命，自我复制

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自从人类开始记录他们的神话和故事以来，人工制品被赋予生命的想法就一直吸引着人类。无论是[[《皮格马利翁》]]还是[[《弗兰肯斯坦》]]，人类一直对<font color="#ff8000"> '''人工生命 artificial life'''</font>的概念着迷。

自从人类开始记录他们的神话和故事以来，人工制品被赋予生命的想法就一直吸引着人类。无论是《皮格马利翁  Pygmalion》还是《弗兰肯斯坦  Frankenstein》，人类一直对[[人工生命 artificial life]]的概念着迷。

== 计算机出现之前 ==

== 计算机出现之前 ==

[[自动装置]]是相当新奇的东西。在计算机和电子设备出现之前，一些自动装置设备非常复杂，涉及气体力学、机械力学和水力学。第一个自动机诞生于公元前三世纪到公元前二世纪之间，由亚历山大港的希罗发明，其中包括复杂的机械和液压解决方案<ref>Droz, Edmond. (April 1962), From joined doll to talking robot, New Scientist, vol. 14, no. 282. pp. 37–40.</ref>。希罗的许多著名作品被收录在《气体力学》一书中，直到近代早期，这本书还被用于建造机器<ref>{{Cite book|title=Synthetic Biology Analysed: Tools for Discussion and Evaluation|last=Engelhard|first=Margret|publisher=Springer|year=2016|isbn=9783319251431|location=Cham|pages=75}}</ref>。1490年，列奥纳多·达·芬奇 Leonardo da Vinci还建造了一个装甲骑士，这被认为是西方文明中第一个人形机器人。<ref>{{Cite book|title=Introduction to Mobile Robot Control|last=Tzafestas|first=Spyros|publisher=Elsevier|year=2014|isbn=9780124170490|location=Waltham, MA|pages=3}}</ref>

[[自动机 Automaton]]是相当新奇的东西。在计算机和电子设备出现之前，一些自动装置设备非常复杂，涉及气体力学、机械力学和水力学。第一个自动机诞生于公元前三世纪到公元前二世纪之间，由亚历山大港的希罗 Hero发明，其中包括复杂的机械和液压解决方案<ref>Droz, Edmond. (April 1962), From joined doll to talking robot, New Scientist, vol. 14, no. 282. pp. 37–40.</ref>。 Hero的许多著名作品被收录在《气体力学 Pneumatics》一书中，直到近代早期，这本书还被用于建造机器<ref>{{Cite book|title=Synthetic Biology Analysed: Tools for Discussion and Evaluation|last=Engelhard|first=Margret|publisher=Springer|year=2016|isbn=9783319251431|location=Cham|pages=75}}</ref>。1490年，列奥纳多·达·芬奇 Leonardo da Vinci还建造了一个装甲骑士，这被认为是西方文明中第一个人形机器人。<ref>{{Cite book|title=Introduction to Mobile Robot Control|last=Tzafestas|first=Spyros|publisher=Elsevier|year=2014|isbn=9780124170490|location=Waltham, MA|pages=3}}</ref>

==1950-1970年代==

==1950-1970年代==

现代最早提出人工生命（独立于人工智能）潜力假说的思想家之一，是数学和计算机天才[[约翰·冯·诺依曼]] John von Neumann。20世纪40年代末，[[莱纳斯·鲍林]] Linus Pauling在加利福尼亚州帕萨迪纳市举办了希克森研讨会，John von Neumann在会上发表了题为“自动机的一般逻辑理论”的演讲。他将“[[自动机]]”定义为：通过结合环境信息和自身编程，可逻辑化地逐步执行行为动作的任何机器，并表示，最终人们会发现自然生物也遵循着类似的简单规则。他还谈到了自我复制机器的想法。他设想了一台机器——一台自动运动的机器——由一台控制计算机、一个构造臂和一长串指令组成，漂浮在零部件的湖中。通过执行它自己身体的一部分的指令，它就能制造出一台完全相同的机器。他遵循这个想法，创建了一个纯粹基于逻辑的自动机(与[[Stanislaw Ulam]]一起)，不需要物理实体，而是基于无限网格中细胞状态的变化——这是第一个[[元胞自动机]]。与后来的CAs相比，它是非常复杂的，它有成千上万的细胞，每个可以存在于29个状态中的一个，但是John von Neumann觉得他需要这种复杂性，以便它不仅能作为一个自我复制的“机器”运行，而且能像[[艾伦·图灵]] Alan Turing定义的那样成为一台通用计算机。这个“通用构造函数”读取指令磁带，并写出一系列单元格，这些单元格可以被激活，从而留下原始机器及其磁带的功能齐全的副本。John von Neumann一直致力于他的自动机理论，直到他去世，并认为这是他最重要的工作。

现代最早提出人工生命（独立于人工智能）潜力假说的思想家之一，是数学和计算机天才[[约翰·冯·诺依曼 John von Neumann]]。20世纪40年代末，[[莱纳斯·鲍林 Linus Pauling]]在加利福尼亚州帕萨迪纳市举办了希克森研讨会，John von Neumann在会上发表了题为“自动机的一般逻辑理论 The General and Logical Theory of Automata”的演讲。他将“[[自动机]]”定义为：通过结合环境信息和自身编程，可逻辑化地逐步执行行为动作的任何机器，并表示，最终人们会发现自然生物也遵循着类似的简单规则。他还谈到了[[自复制]]机器的想法。他设想了一台机器——一台自动运动的机器——由一台控制计算机、一个构造臂和一长串指令组成，漂浮在零部件的湖中。通过执行它自己身体的一部分的指令，它就能制造出一台完全相同的机器。他遵循这个想法，创建了一个纯粹基于逻辑的自动机(与[[Stanislaw Ulam]]一起)，不需要物理实体，而是基于无限网格中细胞状态的变化——这是第一个[[元胞自动机]]。与后来的CAs相比，它是非常复杂的，它有成千上万的细胞，每个可以存在于29个状态中的一个，但是John von Neumann觉得他需要这种复杂性，以便它不仅能作为一个自我复制的“机器”运行，而且能像[[艾伦·图灵 Alan Turing]]定义的那样成为一台通用计算机。这个“通用构造函数”读取指令磁带，并写出一系列单元格，这些单元格可以被激活，从而留下原始机器及其磁带的功能齐全的副本。John von Neumann一直致力于他的自动机理论，直到他去世，并认为这是他最重要的工作。

20世纪60年代，剑桥大学教授[[约翰·霍顿·康威 John Horton Conway]]发明了最著名的细胞自动机。他称之为“[[生命游戏]]”，并通过[[《科学美国人》]]杂志的[[马丁·加德纳]] Martin Gardner专栏进行宣传。

20世纪60年代，剑桥大学教授[[约翰·霍顿·康威 John Horton Conway]]发明了最著名的细胞自动机。他称之为“[[生命游戏]]”，并通过[[《科学美国人》]]杂志的[[马丁·加德纳]] Martin Gardner专栏进行宣传。

==1970-1980年代==

==1970-1980年代==

曾与John von Neumann共事（事实上，在John von Neumann去世后整理了他的论文）的著名学者[[亚瑟·伯克 Arthur Burks]]领导了密歇根大学的“计算机逻辑小组 Logic of Computers Group”。他把19世纪美国思想家[[查尔斯·桑德斯·皮尔斯 Charles Sanders Peirce]]被忽视的观点带入现代。Peirce坚信自然界的一切活动都是基于逻辑的（尽管并不总是演绎逻辑）。

曾与John von Neumann共事（事实上，在John von Neumann去世后整理了他的论文）的著名学者[[亚瑟·伯克 Arthur Burks]]领导了密歇根大学的“计算机逻辑小组 Logic of Computers Group”。他把19世纪美国思想家[[查尔斯·桑德斯·皮尔斯 Charles Sanders Peirce]]被忽视的观点带入现代。Peirce坚信自然界的一切活动都是基于逻辑的（尽管并不总是演绎逻辑）。

[[艾埃德·弗雷德金 Ed Fredkin]]在[麻省理工学院（MIT）成立了信息力学小组，由Toffoli、[[诺曼·马格卢斯 Norman Margolus]]、[[杰拉德·维克尼亚克 Gerard Vichniac]]和[[查尔斯·贝内特 Charles Bennett]]组成。这个小组创造了一台专门用来执行细胞自动机的计算机，并最终将其缩小到一块电路板的大小。这种“细胞自动机”使得那些买不起复杂计算机的科学家也能够进行大量的人工生命研究。

[[艾埃德·弗雷德金 Ed Fredkin]]在[麻省理工学院（MIT）成立了信息力学小组，由Toffoli、[[诺曼·马格卢斯 Norman Margolus]]、[[杰拉德·维克尼亚克 Gerard Vichniac]]和[[查尔斯·贝内特 Charles Bennett]]组成。这个小组创造了一台专门用来执行元胞自动机的计算机，并最终将其缩小到一块电路板的大小。这种“元胞自动机”使得那些买不起复杂计算机的科学家也能够进行大量的人工生命研究。

1982年，计算机科学家[[斯蒂芬·沃尔夫拉姆 Stephen Wolfram]]将他的注意力转向细胞自动机。他探索和分类了一维CAs所显示的复杂性类型，并展示了它们如何应用于自然现象，如贝壳的模式和植物生长的性质。

1982年，计算机科学家[[斯蒂芬·沃尔夫拉姆 Stephen Wolfram]]将他的注意力转向[[元胞自动机]]。他探索和分类了一维CAs所显示的复杂性类型，并展示了它们如何应用于自然现象，如贝壳的模式和植物生长的性质。

[[诺曼·帕卡德 Norman Packard]]在高级研究院与沃尔夫拉姆一起工作，他使用CAs来模拟雪花的生长，遵循非常基本的规则。

[[诺曼·帕卡德 Norman Packard]]在高级研究院与Wolfram一起工作，他使用CAs来模拟雪花的生长，遵循非常基本的规则。

[[多恩·法默 J. Doyne Farmer]]是将人工生命研究与复杂自适应系统这一新兴领域联系起来的关键人物，他在非线性研究中心([[洛斯阿拉莫斯国家实验室]]的一个基础研究部门)工作，就在其明星混沌理论学家[[米切尔·费根鲍姆 ]]即将离开的时候。1985年5月，Farmer和[[诺曼·帕卡德 Norman Packard]]主持了一个名为“进化、游戏和学习”的会议，这预示了后来的人工生命会议的许多主题。

[[多恩·法默 J. Doyne Farmer]]是将人工生命研究与复杂自适应系统这一新兴领域联系起来的关键人物，他在非线性研究中心([[洛斯阿拉莫斯国家实验室]]的一个基础研究部门)工作，就在其明星混沌理论学家[[米切尔·费根鲍姆 Mitchell Feigenbaum]]即将离开的时候。1985年5月，Farmer和[[诺曼·帕卡德 Norman Packard]]主持了一个名为“进化、游戏和学习”的会议，这预示了后来的人工生命会议的许多主题。

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对于该设置，这个二维人工世界被划分为单元，每个单元为空或包含一个资源包。一个空单元可以获得单位时间内一定概率的资源包，并在因子消耗该资源时丢失它。每个因子都是由一组受体、效应器(控制因子行为的组件)和连接两者的神经网络构成的。为了对环境做出反应，个体可以休息、进食、分裂繁殖、移动、转身和攻击。所有的动作消耗的能量来自于它的内部能量储存;一旦耗尽，因子就会死亡。消耗资源，以及击败其他因子后，产生能量储存的增加。繁殖模式为无性繁殖，其后代获得双亲能量的一半。因子还配备了感官输入，允许它们检测一个参数内除了它自己活力水平以外的资源或其他成员。至于表型标记，它们并不影响行为，而仅仅作为“遗传”相似性的指标。遗传是通过让后代继承相关的信息并承受一定的突变率来实现的。

对于该设置，这个二维人工世界被划分为单元，每个单元为空或包含一个资源包。一个空单元可以获得单位时间内一定概率的资源包，并在因子消耗该资源时丢失它。每个因子都是由一组受体、效应器（控制因子行为的组件)和连接两者的神经网络构成的。为了对环境做出反应，个体可以休息、进食、分裂繁殖、移动、转身和攻击。所有的动作消耗的能量来自于它的内部能量储存;一旦耗尽，因子就会死亡。消耗资源，以及击败其他因子后，产生能量储存的增加。繁殖模式为无性繁殖，其后代获得双亲能量的一半。因子还配备了感官输入，允许它们检测一个参数内除了它自己活力水平以外的资源或其他成员。至于表型标记，它们并不影响行为，而仅仅作为“遗传”相似性的指标。遗传是通过让后代继承相关的信息并承受一定的突变率来实现的。

====[用“生命游戏”认识Patch]====

====[用“生命游戏”认识Patch]====

“生命游戏”是复杂性科学中能够展现简单规则创造复杂性和涌现行为规律的一个经典案例。它通过三条有关出生和死亡的规则就能够衍生出一个变化万千的复杂系统。甚至于一大批数学、物理学家都在钻研这个虚拟宇宙，以找出复杂性的通用规律。这节课，张江老师将带领大家利用NetLogo搭建出“生命游戏”这个虚拟宇宙。在宇宙的搭建中，我们将主要学会如何与NetLogo中的Patch（即方格）对象打交道，以及if，ifelse，随机数发生器random-float等最基本的语法。

“生命游戏”是复杂性科学中能够展现简单规则创造复杂性和涌现行为规律的一个经典案例。它通过三条有关出生和死亡的规则就能够衍生出一个变化万千的复杂系统。甚至于一大批数学、物理学家都在钻研这个虚拟宇宙，以找出复杂性的通用规律。这节课，张江老师将带领大家利用NetLogo搭建出“生命游戏”这个虚拟宇宙。在宇宙的搭建中，我们将主要学会如何与NetLogo中的Patch（即方格）对象打交道，以及if，ifelse，随机数发生器random-float等最基本的语法。

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本中文词条由[[用户:吕倩倩|吕倩倩]] 参与编译，[[用户:流峰|流峰]] 编辑，欢迎在讨论页面留言。

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