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自复制自动机 (查看源代码)

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约翰·冯·诺伊曼的通用构造器是细胞自动机(CA)环境中的自我复制机械。它是在20世纪40年代设计的，当时没有使用计算机。机器的基本细节发表在冯 · 诺依曼的《自复制自动机理论》一书中，该书由冯 · 诺依曼死后的亚瑟 · w · 伯克斯于1966年完成。虽然通常不像冯 · 诺依曼的其他著作那样广为人知，但它被认为是自动机理论、复杂系统和人工生命的基础。事实上，诺贝尔奖获得者悉尼 · 布伦纳认为冯 · 诺依曼关于自我复制自动机的工作(以及图灵关于计算机的工作)对生物学理论同样重要，它允许我们“约束我们关于自然和人工机器的思想”。

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'''''【终译版】'''''约翰·冯·诺依曼（John von Neumann）的'''~~通用构造器~~'''~~是一个细胞自动机~~(CA)~~环境中的自我复制结构。它是在20世纪40年代没有使用计算机的情况下设计的。自动机的基本细节发表在了冯·诺依曼的著作~~''~~《自复制自动机理论》中，~~''该书由亚瑟 · 伯克斯（Arthur W. Burks）于冯·诺依曼去世后的1966 年完成。<ref name="TSRA" />~~虽然自复制自动机不像冯诺依曼的其他成就那样广为人知，但它被认为是自动机理论（automata theory）、复杂系统（complex systems）和人工生命的基础。~~<ref name="McMullin2000" /><ref name="Rocha1998" />并且，诺贝尔奖得主悉尼布伦纳（Sydney ~~Brenner）认为冯诺依曼提出的自复制自动机（以及计算机）也是生物学理论的核心，让我们能够梳理我们对自然和人造机器的认识。~~<ref name="Brenner2012" />

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'''''【终译版】'''''约翰·冯·诺依曼（John von Neumann）的''通用构造器''（Universal Constructor）是一个在''元胞自动机''(Cellular Automata，下称CA)环境中的''自复制机''（Self-Reproducing Machine）。它是在20世纪40年代没有使用计算机的情况下设计的。''自复制自动机''的基本细节发表在了冯·诺依曼的著作''《自复制自动机理论》（Theory of Self-Reproducing Automata）中，''该书由亚瑟 · 伯克斯（Arthur W. Burks）于冯·诺依曼去世后的1966 年完成。<ref name="TSRA" />虽然''自复制自动机''不像冯诺依曼的其他成就那样广为人知，但它被认为是自动机理论（Automata Theory）、复杂系统（Complex Systems）和人工生命的基础。<ref name="McMullin2000" /><ref name="Rocha1998" />并且，诺贝尔奖得主悉尼布伦纳（Sydney Brenner）认为冯诺依曼提出的''自复制自动机''（及其计算机）也是生物学理论的核心，让后人能够规范化的思考自然和人造机器。<ref name="Brenner2012" />

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Von Neumann's goal, as specified in his lectures at the University of Illinois in 1949,<ref name="TSRA"/> was to design a machine whose complexity could grow automatically akin to biological organisms under [[Natural Selection|natural selection]]. He asked what is the ''threshold of complexity'' that must be crossed for machines to be able to evolve.<ref name=Rocha1998/> His answer was to specify an abstract machine which, when run, would replicate itself. In his design, the self-replicating machine consists of three parts: a "description" of ('blueprint' or program for) itself, a ''universal constructor'' mechanism that can read any description and construct the machine (sans description) encoded in that description, and a ''universal copy machine'' that can make copies of any description. After the universal constructor has been used to construct a new machine encoded in the description, the copy machine is used to create a copy of that description, and this copy is passed on to the new machine, resulting in a working replication of the original machine that can keep on reproducing. Some machines will do this backwards, copying the description and then building a machine. Crucially, the self-reproducing machine can evolve by accumulating mutations of the description, not the machine itself, thus gaining the ability to grow in complexity.<ref name=Rocha1998/><ref name=Brenner2012/>

第29行：第31行：

1949年，冯 · 诺依曼在伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的演讲中明确指出，他的目标是设计一种机器，其复杂性可以自动增长，类似于自然选择下的生物有机体。他问，机器要想进化，必须跨越多大的复杂性门槛。他的答案是指定一个抽象的机器，当运行时，它会自我复制。在他的设计中，自我复制机械包括3个部分: 一个对(‘蓝图’或程序)本身的“描述”，一个可以读取任何描述并构造机器的通用构造机制(无描述) ，以及一个可以复制任何描述的通用复印机。在使用通用构造函数构造描述中编码的新机器之后，使用复制机器创建描述的副本，并将该副本传递给新机器，从而生成可以继续复制的原始机器的工作复制。有些机器会向后执行此操作，复制描述，然后构建一台机器。至关重要的是，自我复制机器可以通过不断累积描述的突变而不是机器本身来进化，从而获得在复杂性中增长的能力。

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'''''【终译版】'''''~~1949年，冯~~ · ~~诺依曼在伊利诺伊大学厄巴纳~~-香槟分校的演讲中提到，<ref name="TSRA" />~~他的目标是设计一种复杂性可以自动增长，类似于自然选择下有机生命体的机器。在被问到机器要跨越''多高的复杂性阈值才''能够进化时，~~<ref name="Rocha1998" />~~他给出了一个在运行中会自我复制的抽象机器模型（self~~-~~replicating machine）。自复制机由三部分组成：1、一个关于自身的“描述”（蓝图或编码）；2、可以阅读任何描述并基于描述构建机器的~~''~~通用构造~~''~~机制（universal constructor mechanism），该机制本身无具体描述；3、可以复制任何描述的复制机（copy machine）。在~~''~~通用构造~~''机制基于描述构建新机器后，复制机用于生成该描述的副本，并将该副本传递给新机器，从而产生原始机器的工作复制可以继续繁殖。有些机器会倒着做，复制描述，然后建造一台机器。至关重要的是，自我复制机器可以通过积累描述的突变而不是机器本身来进化，从而获得了增加复杂性的能力。<ref name="Rocha1998" /><ref name="Brenner2012" />

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'''''【终译版】'''''冯 · 诺依曼1949年在伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的演讲中提到，<ref name="TSRA" />他的目标是设计一种复杂性可以自动增长（类似于自然选择下有机生命体）的机器。当被问到机器要跨越多高的复杂性阈值才能够进化时，<ref name="Rocha1998" />他给出了一个抽象的''自复制机''（Self-Replicating Machine）模型。在他的设计中，''自复制机''包含三个组件：1、关于自身结构的“描述文件”（类似于蓝图或编码）；2、能够阅读并按照任何“描述文件”述构建机器的''通用构造模块''（Universal Constructor Mechanism），构建过程不包括生成“描述文件”；3、能够复制任何“描述文件”的''通用复制模块''（Universal Copy Machine）。在''通用构造模块''基于“描述文件”构建新机器后，使用''通用复制模块''生成该“描述文件”的副本并放入到新机器中，从而生成该''自复制机''的复制。有些''自复制机''会先复制“描述文件”，然后再构建新机器并放入。但无论顺序如何，''自复制机''可以通过累积“描述文件”的突变来进化（获得复杂性增长），而不是通过机器自身的变化来实现复杂性的增长。<ref name="Rocha1998" /><ref name="Brenner2012" /> （译者：可类比物种的进化是种群基因的逐渐变化而非某一生物个体突然进化。）

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To define his machine in more detail, von Neumann invented the concept of a [[cellular automata|cellular automaton]]. The [[Von Neumann cellular automaton|one he used]] consists of a two-dimensional grid of cells, each of which can be in one of 29 states at any point in time. At each timestep, each cell updates its state depending on the states of the surrounding cells at the prior timestep. The rules governing these updates are identical for all cells.

第37行：第41行：

为了更详细地定义他的机器，von Neumann 发明了细胞自动机的概念。他使用的那个由一个二维的细胞网格组成，每个细胞在任何时间点都可以处于29种状态之一。在每个时间步骤中，每个单元根据前一个时间步骤中周围单元的状态更新其状态。管理这些更新的规则对所有单元格都是相同的。

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'''''【终译版】'''''为了更详细地定义他的机器，冯诺依曼发明了元胞自动机（cellular automaton）的概念。在他所使用的一个包括细胞，其中的每一个可以在任何时间点在29个状态中的一个的二维网格。在每个时间步，每个单元格都根据前一个时间步长的周围单元格的状态更新其状态。管理这些更新的规则对于所有单元都是相同的。

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'''''【终译版】'''''为了更详细地定义''自复制机''，冯诺依曼提出了''元胞自动机''（Cellular Automaton）的概念。元胞自动机由二维网格单元组成，每个单元在任何单位时间段都可以处于29种状态中的一种。在每个单位时间段中，每个单元格都根据上一个单位时间段周围单元格的状态更新其状态。所有单元的更新规则都是相同的。（译者：规则有很多，比如上一时间段周围八格里有一格处于状态一，那么这一时间段这一格就变成状态一。）

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The universal constructor is a certain pattern of cell states in this cellular automaton. It contains one line of cells that serve as the description (akin to [[Turing machine|Turing's tape]]), encoding a sequence of instructions that serve as a 'blueprint' for the machine. The machine reads these instructions one by one and performs the corresponding actions. The instructions direct the machine to use its 'construction arm' (another automaton that functions like an [[Operating System]]<ref name=Rocha1998/>) to build a copy of the machine, without the description tape, at some other location in the cell grid. The description cannot contain instructions to build an equally long description tape, just as a container cannot contain a container of the same size. Therefore, the machine includes the separate copy machine which reads the description tape and passes a copy to the newly constructed machine. The resulting new set of universal constructor and copy machines plus description tape is identical to the old one, and it proceeds to replicate again.

第43行：第49行：

The universal constructor is a certain pattern of cell states in this cellular automaton. It contains one line of cells that serve as the description (akin to Turing's tape), encoding a sequence of instructions that serve as a 'blueprint' for the machine. The machine reads these instructions one by one and performs the corresponding actions. The instructions direct the machine to use its 'construction arm' (another automaton that functions like an Operating System) to build a copy of the machine, without the description tape, at some other location in the cell grid. The description cannot contain instructions to build an equally long description tape, just as a container cannot contain a container of the same size. Therefore, the machine includes the separate copy machine which reads the description tape and passes a copy to the newly constructed machine. The resulting new set of universal constructor and copy machines plus description tape is identical to the old one, and it proceeds to replicate again.

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通用构造函数是本细胞自动机中细胞状态的某种模式。它包含一行细胞作为描述(类似于图灵的磁带) ~~，对一系列指令进行编码，作为机器的“蓝图”。机器逐条读取这些指令并执行相应的操作。指令指导机器使用它的“构造臂”~~(另一个自动机，其功能类似于操作系统)在单元网格的其他位置建立一个机器的副本，而不需要描述磁带。说明不能包含生成同样长的说明磁带的指令，就像容器不能包含同样大小的容器一样。因此，该机器包括单独的复印机，该复印机读取描述磁带并将一个副本传递给新构建的机器。由此产生的新的通用构造函数集和复印机加上描述磁带与旧的相同，并且它继续进行复制。

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通用构造函数是本细胞自动机中细胞状态的某种模式。它包含一行细胞作为描述(类似于图灵的磁带) ，对一系列指令进行编码，作为机器的“蓝图”。机器逐条读取这些指令并执行相应的操作，使用它的“构造臂”(另一个自动机，其功能类似于操作系统)在单元网格的其他位置建立一个不包含机器的副本，而不需要描述磁带。说明不能包含生成同样长的说明磁带的指令，就像容器不能包含同样大小的容器一样。因此，该机器包括单独的复印机，该复印机读取描述磁带并将一个副本传递给新构建的机器。由此产生的新的通用构造函数集和复印机加上描述磁带与旧的相同，并且它继续进行复制。

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'''''【终译版】'''''通用构造函数是该元胞自动机中的某种细胞状态模式。它包含一行作为描述的单元格（类似于图灵的磁带），对一系列指令进行编码，作为机器的“蓝图”。机器会一一读取这些指令，并执行相应的动作。指令指示机器使用其“构造臂”（另一个功能类似于操作系统的自动机) 在单元格网格中的其他位置构建机器的副本，不带描述带。描述不能包含构建同样长的描述带的说明，就像容器不能包含相同大小的容器一样。因此，该机器包括单独的复印机，该复印机读取描述磁带并将副本传递给新建的机器。生成的一组新的通用构造器和复制机加上描述磁带与旧的相同，并且它会再次进行复制。

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'''''【终译版】'''通用构造器'' 是该''元胞自动机'' 中的特定状态变化模式。它包含一行作为“描述文件”的单元格（类似于''图灵的指令磁带'' Turing's tape），上面编码了一系列构建指令作为构建机器的“蓝图”。''自复制机''逐条读取这些指令并执行相应的操作，使用它的“构造臂”(另一个自动机，其功能类似于操作系统)在''元胞自动机'' 的其他单元网格处建立一个不包含“描述文件”的''自复制机''副本。需要注意：“描述文件”携带的信息量不足以包含用于构建自身的说明，就像容器不能包含相同大小的容器一样。因此，该机器还要包括单独的''复制模块''，该模块读取并复制“描述文件”，然后将副本放入新建的机器内。新生成的一组''通用构造模块''、''通用复制模块''和“描述文件”与旧的相同，并且会再次进行复制。

== Purpose ==

第59行：第65行：

的设计传统上被理解为对机器自我复制的逻辑需求的论证。然而，很明显，更简单的机器可以达到自我复制。例子包括平凡的晶体样生长、模板复制和朗顿循环。但冯 · 诺依曼对更深奥的东西感兴趣: 构造、普遍性和进化。

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'''''【终译版】'''''冯·诺依曼的设计传统上被理解为展示机器自我复制的逻辑要求。然而，很明显，更简单的机器可以实现自我复制。例子包括微不足道的晶体状生长、模板复制和兰顿环。但冯·诺依曼对更深刻的东西感兴趣：建构、普遍性和进化。

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'''''【终译版】'''''冯·诺依曼的设计传统上被理解为是用于展示机器自我复制的逻辑要求。<ref name="McMullin2000" />然而，更简单的机器也可以实现自我复制，比如微观的晶体状生长、模板复制（template replication）和朗顿循环（Langton's loops）。因此，事实上冯·诺依曼关注的是更为深刻的概念：建构、普遍性和进化。<ref name="Rocha1998" /><ref name="Brenner2012" />

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Note that the simpler self-replicating CA structures (especially, [[Byl's loop]] and the [[Chou–Reggia loop]]) cannot exist in a wide variety of forms and thus have very limited [[evolvability]]. Other CA structures such as the [[Evoloop]] are somewhat evolvable but still don't support open-ended evolution. Commonly, simple replicators do not fully contain the machinery of construction, there being a degree to which the replicator is information copied by its surrounding environment. Although the Von Neumann design is a logical construction, it is in principle a design that could be instantiated as a physical machine. Indeed, this universal constructor can be seen as an abstract [[simulation]] of a physical [[universal assembler]]. The issue of the environmental contribution to replication is somewhat open, since there are different conceptions of raw material and its availability.

第67行：第75行：

注意，更简单的自我复制 CA 结构(尤其是 Byl 循环和 Chou-Reggia 循环)不能以多种形式存在，因此可进化性非常有限。其他 CA 结构，比如 Evoloop 也是可进化的，但仍然不支持开放式进化。通常情况下，简单的复制因子并不完全包含构建机制，在一定程度上，复制因子是由其周围环境复制的信息。尽管冯 · 诺依曼设计是一个逻辑结构，但从原则上讲，它是一个可以被实例化为物理机器的设计。实际上，这个通用构造函数可以看作是对物理通用汇编程序的抽象模拟。由于对原材料及其可得性有不同的概念，环境对复制的贡献问题在某种程度上是开放的。

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'''''【终译版】'''''~~请注意，更简单的自我复制~~ CA ~~结构（尤其是Byl~~ 循环和Chou-Reggia 循环）不能以多种形式存在，因此可进化性非常有限。其他 CA 结构（例如Evoloop）在某种程度上是可进化的，但仍然不支持开放式进化。通常，简单的复制器不完全包含构造机械，复制器在一定程度上是被周围环境复制的信息。尽管冯诺依曼设计是一种逻辑结构，但原则上它是一种可以被实例化为物理机器的设计。事实上，这个通用构造器可以看作是对物理的抽象模拟万能汇编器。环境对复制的贡献问题有些开放，因为对原材料及其可用性有不同的概念。

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请注意，更简单的自我复制CA结构（特别是Byl循环和Chou–Reggia循环）不能以多种形式存在，因此进化性非常有限。其他CA结构（如Evoloop）在某种程度上是可进化的，但仍然不支持开放式进化。通常，简单的复制器并不完全包含构造的机械，复制器在一定程度上是由其周围环境复制的信息。尽管冯·诺依曼的设计是一种逻辑结构，但原则上它是一种可以被实例化为物理机器的设计。实际上，这个通用构造函数可以看作是物理通用汇编程序的抽象模拟。由于对原材料及其可获得性有不同的概念，环境对复制的贡献这一问题在某种程度上是开放的。

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'''''【终译版】'''''由于简单的自我复制 CA 结构（特别是Byl 循环和Chou-Reggia 循环）不能以多种形式存在，因此可进化性非常有限。其他 CA 结构（例如Evoloop）在某种程度上是可进化的，但仍然不支持开放式进化。通常，简单的复制器不包含构建模块，在某种程度上是被动由周围环境复制的信息（构造相似结构）。尽管冯诺依曼设计是一种逻辑结构，但原则上它是一种可以被实例化为物理机器的设计。这个''通用构造器'' 可以看作是对物理通用汇编器（Physical Universal Assembler）的抽象模拟。环境对复制的贡献这一问题有些开放，因为对原材料及其可用性有很多不同的概念。

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Von Neumann's crucial insight is that the description of the machine, which is copied and passed to offspring separately via the universal copier, has a double use; being both an ''active'' component of the construction mechanism in reproduction, and being the target of a ''passive'' copying process. This part is played by the description (akin to [[Turing]]'s [[Turing machine|tape of instructions]]) in Von Neumann's combination of universal constructor and universal copier.<ref name=Rocha1998/> The combination of a universal constructor and copier, plus a tape of instructions conceptualizes and formalizes i) self-replication, and ii) open-ended evolution, or growth of complexity observed in biological organisms.<ref name=McMullin2000/>

第75行：第87行：

冯 · 诺依曼的重要见解是，对机器的描述---- 通用复印机分别复制并传递给后代---- 具有双重用途: 既是繁殖过程中构建机制的主动部分，又是被动复制过程的目标。冯 · 诺依曼将通用构造函数和通用复印机结合在一起的描述(类似于图灵的指令磁带)扮演了这一角色。一个通用的构造器和复印器的组合，再加上一盘指令磁带，概念化和形式化了 i)自我复制，ii)开放式的进化，或者说在生物有机体中观察到的复杂性的增长。

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'''''【终译版】'''''~~冯诺依曼的关键见解是机器的描述，通过通用复印机分别复制并传递给后代，具有双重用途；既是再生产中建构机制的~~''主动''组成部分，又是''被动''复制过程的目标。这部分是由描述（类似于发挥图灵的指令磁带）的通用构造和通用复印机的冯·诺依曼的组合。通用构造器和复制器的组合，加上一卷说明，将 i) 自我复制和 ii) 开放式进化或在生物有机体中观察到的复杂性增长概念化和形式化。

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冯·诺依曼的重要见解是，通过通用复印机分别复制并传递给后代的机器描述具有双重用途；既在复制过程中参与到构建这一主动行为，又是被动复制过程的被复制对象。这一部分由冯·诺依曼''自复制机（包含通用构造模块''、''通用复制模块和“描述文件”''）中的''“描述文件”''（类似于图灵的指令磁带）来扮演。一个通用的构造器和复印机的结合，加上一卷指令，使i）自我复制和ii）生物有机体中观察到的开放式进化或复杂性增长概念化和形式化。

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'''''【终译版】'''''冯诺依曼的重要贡献是机器的“描述文件”，通过''通用复制模块'' 复制并传递给后代的过程具有具有双重用途：既是再生产中建构机制的''主动''组成部分，又是''被动''复制过程的目标。这一部分由冯·诺依曼的''通用构造模块''、''通用复制模块和“描述文件”中的“描述文件”''（类似于图灵的指令磁带）来扮演。''通用构造模块''、''通用复制模块和“描述文件”''的组合概念化并形式化了：1、自我复制。2、开放式进化或在生物有机体中观察到的复杂性增长。

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This insight is all the more remarkable because it preceded the discovery of the structure of the DNA molecule by [[James Watson|Watson]] and [[Francis Crick|Crick]] and how it is separately translated and replicated in the cell—though it followed the [[Avery–MacLeod–McCarty experiment]] which identified [[DNA]] as the molecular carrier of genetic information in living organisms.<ref name=Rocha_lec_notes/> The DNA molecule is processed by separate mechanisms that carry out its instructions ([[Translation (biology)|translation]]) and copy ([[DNA replication|replicate]]) the DNA for newly constructed cells. The ability to achieve open-ended evolution lies in the fact that, just as in nature, errors ([[mutation]]s) in the copying of the genetic tape can lead to viable variants of the automaton, which can then evolve via [[Natural Selection|natural selection]].<ref name=Rocha1998/> As Brenner put it:

第83行：第99行：

这一发现尤其引人注目，因为它先于沃森与克里克发现了 DNA 分子的结构，以及 DNA 分子在细胞中是如何分别翻译和复制的---- 尽管它遵循的是 Avery-MacLeod-McCarty 实验，该实验将 DNA 确定为活生物体中遗传信息的分子载体。DNA 分子通过不同的机制进行处理，为新构建的细胞执行其指令(翻译)和复制(复制) DNA。实现开放式进化的能力在于，就像在自然界一样，复制基因带时的错误(突变)可以导致自动机的可行变体，然后通过自然选择进化。正如布伦纳所言:

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'''''【终译版】'''''~~这一见解更加引人注目，因为它先于Watson和Crick发现 DNA 分子的结构以及它如何在细胞中单独翻译和复制——尽管它遵循Avery~~-MacLeod-McCarty 实验，该实验将DNA确定为生物体内遗传信息的分子载体。 DNA 分子由执行其指令（翻译）和复制（复制）新构建细胞的 DNA的单独机制进行处理。实现开放式进化的能力在于，就像自然界一样，错误（突变) 在遗传磁带的复制中可以导致自动机的可行变体，然后可以通过自然选择进化。正如布伦纳所说：

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这一发现更加引人注目，因为它先于沃森和克里克发现了DNA分子的结构，以及它是如何在细胞中被单独翻译和复制的，尽管它是在艾弗里-麦克劳德-麦卡蒂实验之后发现的，该实验将DNA确定为活生物体遗传信息的分子载体。DNA分子通过不同的机制进行处理，这些机制执行其指令（翻译）并复制（复制）新构建细胞的DNA。实现开放式进化的能力在于，正如自然界一样，复制基因带的错误（突变）可以导致自动机的可行变体，然后自动机可以通过自然选择进化。正如布伦纳所说：

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'''''【终译版】'''''冯诺依曼的这一贡献非常引人注目，因为它先于Watson和Crick发现 DNA的双分子结构以及它如何在细胞中单独翻译和复制（尽管是在Avery-MacLeod-McCarty实验将DNA确定为活生物体遗传信息的分子载体之后）。DNA分子通过不同的化学机制进行处理，这些机制执行其指令（翻译）并复制（复制）新构建细胞的DNA。实现开放式进化的能力在于，正如自然界一样，复制基因带的错误（突变）可以导致自动机的可行变体，然后自动机可以通过自然选择进化。正如布伦纳所说：

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Turing invented the stored-program computer, and von Neumann showed that the description is separate from the universal constructor. This is not trivial. Physicist Erwin Schrödinger confused the program and the constructor in his 1944 book What is Life?, in which he saw chromosomes as ″architect's plan and builder's craft in one″. This is wrong. The code script contains only a description of the executive function, not the function itself.

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'''''【终译版】'''''图灵发明了存储程序计算机，冯诺依曼证明了描述与通用构造函数是分开的。这不是微不足道的。物理学家 Erwin Schrödinger 在其 1944 ~~年的著作《生命是什么？这是错误的。代码脚本只包含对执行函数的描述，而不是函数本身。~~

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图灵发明了存储程序计算机，冯·诺依曼（von Neumann）证明了描述与通用构造函数是分开的。这不是小事。物理学家Erwin Schrödinger在其1944年的著作《生命是什么？》中混淆了程序和构造器？，在这本书中，他将染色体视为“建筑师的计划和建筑者的工艺融为一体”。这是错误的。代码脚本只包含执行函数的描述，而不包含函数本身。

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'''''【终译版】'''''图灵发明了存储程序计算机，冯诺依曼证明了描述与通用构造函数是分开的。这不是微不足道的。物理学家 Erwin Schrödinger 在其 1944 年的著作《生命是什么？》中混淆了程序和构造器。在这本书中，他将染色体视为“建筑师的计划和建筑者的工艺融为一体”是错误的。代码脚本只包含对执行函数的描述，而不是函数本身。

— Sydney Brenner 悉尼布伦纳

第100行：第121行：

1949年，冯 · 诺依曼在伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的演讲中明确指出，他的目标是设计一种机器，其复杂性可以自动增长，类似于自然选择下的生物有机体。他问，机器要想在复杂性中进化和成长，必须跨越多大的复杂性门槛。他的“原理证明”设计显示了这在逻辑上是可能的。通过使用一种将通用可编程构造器和通用复印机分离开来的架构，他展示了机器的描述(磁带)是如何在自我复制中累积突变，从而进化出更复杂的机器的(下图说明了这种可能性).这是一个非常重要的结果，因为在此之前，人们可能会推测，这种机器的存在有一个根本的逻辑障碍; 在这种情况下，确实进化和增长的复杂性的生物有机体，不可能是传统意义上的“机器”。冯 · 诺依曼的洞察力是把生命想象成一台图灵机，它同样被一台状态决定的机器“头”从一个记忆磁带中分离出来。

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冯诺依曼的目标，正如他在1949在伊利诺伊大学讲授的那样，是设计一种机器，其复杂性可以在自然选择下自动生长为类似于生物的生物。他问，为了使机器能够在复杂性中进化和增长，必须跨越的复杂性阈值是多少。他的“原则证明”设计说明了这在逻辑上是如何可能的。通过使用将通用可编程（“通用”）构造器与通用复印机分离的体系结构，他展示了机器的描述（磁带）如何在自我复制中积累突变，从而进化出更复杂的机器（下图说明了这种可能性）。这是一个非常重要的结果，在这之前，人们可能会猜测，这类机器的存在存在存在着一个基本的逻辑障碍；在这种情况下，在复杂环境中进化和生长的生物有机体就不可能是传统意义上的“机器”。冯·诺依曼的洞见是将生命视为一台图灵机，图灵机的定义类似于一个与记忆磁带分离的状态决定机器“头”。

'''''【终译版】'''''正如 1949 年在伊利诺伊大学的演讲中所指出的，冯·诺依曼的目标是设计一种机器，其复杂性可以自动增长，类似于自然选择下的生物有机体。他询问机器必须跨越''的复杂性阈值是''什么，才能进化和增加复杂性。他的“原理证明”设计展示了它在逻辑上的可能性。通过使用将通用可编程（“通用”）构造器与通用复制器分开的架构，他展示了机器的描述（磁带）如何在自我复制中积累突变，从而进化出更复杂的机器（下图说明这种可能性。）。这是一个非常重要的结果，因为在此之前，人们可能会推测这种机器的存在存在根本的逻辑障碍；在这种情况下，确实进化和复杂性增长的生物有机体不可能是传统意义上的“机器”。冯·诺依曼的见解是将生命视为一台图灵机，它同样由与存储磁带分离的状态确定的机器“磁头”定义。

第109行：第132行：

在实践中，当我们考虑冯 · 诺依曼所追求的特定自动机实现时，我们得出结论，它不会产生太多的进化动力学，因为机器太脆弱了——绝大多数的扰动会导致它们有效地解体。因此，他在伊利诺伊州的演讲中概述的概念模型是今天人们更感兴趣的，因为它展示了机器原则上是如何进化的。这个发现更加引人注目，因为这个模型是在上面讨论的 DNA 分子结构被发现之前。值得注意的是，Von Neumann 的设计认为向着更高复杂性的突变需要发生在(描述)子系统中，而这些子系统本身并不涉及自我复制，这是由额外的自动机 d 来概念化的，他认为这些自动机执行所有不直接涉及复制的功能(见上面的图和 Von Neumann 的具有进化能力的自我复制自动机系统)事实上，在生物有机体中，只观察到遗传密码的微小变异，这与冯 · 诺依曼的理论基础相符，即通用构造器(a)和复印器(b)本身不会进化，将所有进化(和复杂性的增长)留给自动机 d。在他未完成的著作中，冯 · 诺依曼还简要地考虑了他的自我繁殖机器之间的冲突和相互作用，以便从他的自我繁殖机器理论中理解生态和社会相互作用的进化。

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在实践中，当我们考虑特定的自动机实现冯诺依曼追求，我们得出结论，它不会产生太多的进化动力，因为机器太脆弱-绝大多数的扰动导致他们有效地解体。因此，今天更感兴趣的是他在伊利诺伊州演讲中概述的概念模型，因为它显示了机器在原则上是如何进化的。这一发现更加引人注目，因为该模型先于上述DNA分子结构的发现。同样值得注意的是，冯·诺依曼的设计认为，向更复杂方向的突变需要发生在与自我繁殖本身无关的子系统（描述）中，根据附加自动机D的概念，他认为执行所有与复制无关的功能（见上图，具有进化能力的冯·诺依曼自复制自动机系统）事实上，在生物有机体中，只观察到了遗传密码的微小变化，这与冯·诺依曼的理论相符，即万能构造器（A）和复制器（B）本身不会进化，将所有进化（和复杂性的增长）留给自动机D。在他未完成的工作中，冯·诺依曼还简要地考虑了他的自我复制机器之间的冲突和相互作用，以便从他的自我复制机器理论中理解生态和社会相互作用的演变。

'''''【终译版】'''''在实践中，当我们考虑冯诺依曼所追求的特定自动机实现时，我们得出结论，它不会产生太多的进化动力学，因为机器太脆弱了——绝大多数扰动会导致它们有效地瓦解。因此，今天更令人感兴趣的是他在伊利诺伊州的讲座中概述的概念模型，因为它展示了机器在原则上是如何进化的。这种洞察力更加显着，因为该模型先于上述讨论的 DNA 分子结构的发现。还值得注意的是，冯诺依曼的设计认为，向更复杂的突变需要发生在不涉及自我复制本身的子系统（描述）中，正如他认为执行所有不直接参与复制的功能的附加自动机''D''概念化的那样（见上图与冯诺依曼的具有进化能力的自我复制自动机系统。）事实上，在生物有机体中，仅观察到遗传密码的非常微小的变化，这与冯诺依曼的基本原理相吻合，即通用构造函数（''A''）和复印机（''乙''）不会自己发展，使所有的进化（和复杂性的增长），以自动''d''。在他未完成的作品中，冯诺依曼还简要考虑了他的自我复制机器之间的冲突和相互作用，以从他的自我复制机器理论中理解生态和社会互动的演变。

第125行：第150行：

在自动机理论中，由于伊甸园模式的存在，普遍构造函数的概念是非平凡的。但一个简单的定义是，通用构造函数能够构造任何非激发(静止)细胞的有限模式。

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'''''【终译版】'''''在自动机理论中，由于伊甸园模式的存在，''通用构造函数''~~的概念是不平凡的。但一个简单的定义是，通用构造函数能够构造任何有限模式的非兴奋（静止）细胞。~~

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在自动机理论中，由于伊甸园模式的存在，通用构造函数的概念非常重要。但一个简单的定义是，通用构造函数能够构造任何有限模式的非激发（静态）细胞。

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'''''【终译版】'''''在自动机理论中，由于伊甸园模式的存在，''通用构造函数''的概念非常重要。但一个简单的定义是，通用构造函数能够构造任何有限模式的非激发（静止）细胞。

[[Arthur Burks]] and others extended the work of von Neumann, giving a much clearer and complete set of details regarding the design and operation of von Neumann's self-replicator. The work of J. W. Thatcher is particularly noteworthy, for he greatly simplified the design. Still, their work did not yield a complete design, cell by cell, of a configuration capable of demonstrating self-replication.

第133行：第160行：

亚瑟 · 伯克斯和其他人扩展了冯 · 诺依曼的工作，给出了一套更加清晰和完整的关于冯 · 诺依曼自复制因子的设计和操作的细节。撒切尔的工作尤其值得注意，因为他极大地简化了设计。尽管如此，他们的工作并没有产生一个完整的设计，一个细胞一个细胞的配置能够显示自我复制。

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'''''【终译版】'''''Arthur Burks和其他人扩展了冯诺依曼的工作，给出了关于冯诺依曼自我复制器的设计和操作的更清晰和完整的细节。JW Thatcher 的作品尤其值得一提，因为他大大简化了设计。尽管如此，他们的工作并没有逐个单元地产生能够展示自我复制的配置的完整设计。

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Arthur Burks和其他人扩展了冯·诺依曼的工作，给出了关于冯·诺依曼自我复制器设计和操作的更清晰、完整的细节。撒切尔的工作尤其值得注意，因为他大大简化了设计。尽管如此，他们的工作并没有产生一个完整的设计，一个单元一个单元，一个能够证明自我复制的配置。

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'''''【终译版】'''''亚瑟 · 伯克斯（Arthur Burks）和其他人扩展了冯诺依曼的工作，给出了更清晰和完整的自我复制器设计和操作细节。撒切尔（JW Thatcher）的作品尤其值得一提，因为他大大简化了设计。尽管如此，他们的工作并没有产生能够逐个单元地展示自我复制配置的完整设计。

[[Renato Nobili]] and Umberto Pesavento published the first fully implemented self-reproducing cellular automaton in 1995, nearly fifty years after von Neumann's work.<ref name=Pesavento1995/><ref name=NobiliPesavento1996>{{Citation|last1=Nobili|first1=Renato|last2=Pesavento|first2=Umberto|contribution=Generalised von Neumann's Automata|title=Proc. Artificial Worlds and Urban Studies, Conference 1|year=1996|editor-last=Besussi|editor-first=E.|editor2-last=Cecchini|editor2-first=A.|location=Venice|publisher=DAEST|url=http://www.pd.infn.it/%7Ernobili/pdf_files/jvnconstr.pdf}}</ref> They used a 32-state cellular automaton instead of von Neumann's original [[Von Neumann cellular automaton|29-state specification]], extending it to allow for easier signal-crossing, explicit memory function and a more compact design. They also published an implementation of a general constructor within the original 29-state CA but not one capable of complete replication - the configuration cannot duplicate its tape, nor can it trigger its offspring; the configuration can only construct.<ref name=NobiliPesavento1996/><ref name=Automata2008/>

第141行：第170行：

Renato Nobili 和 Umberto Pesavento 在1995年发表了第一个完全实现的自我复制细胞自动机，比 von Neumann 的工作晚了近50年。他们使用了32态细胞自动机，而不是冯诺依曼最初的29态规范，扩展了它，以便更容易的信号交叉，显式存储功能和更紧凑的设计。他们还发布了原始29状态 CA 中的一个通用构造函数的实现，但是没有一个能够完成复制——配置不能复制它的磁带，也不能触发它的后代; 配置只能构造。

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'''''【终译版】'''''1995 年，Renato Nobili和 Umberto Pesavento ~~发表了第一个完全实现的自我复制元胞自动机，距冯·诺依曼的工作近~~ 50 年。他们使用 32 ~~状态元胞自动机代替冯诺依曼最初的29 状态规范，并对其进行了扩展，以实现更轻松的信号交叉、显式记忆功能和更紧凑的设计。他们还在最初的~~ 29 状态 CA 中发布了一个通用构造函数的实现，但它不能完全复制——配置不能复制它的磁带，也不能触发它的后代；配置只能构造。

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Renato Nobili和Umberto Pesavento于1995年发表了第一个完全实现自我复制的细胞自动机，比冯·诺依曼的工作晚了近50年。他们使用32态细胞自动机取代了冯·诺依曼最初的29态规范，并对其进行了扩展，以便于信号交叉、显式记忆功能和更紧凑的设计。他们还发布了原始29状态CA中通用构造函数的实现，但没有能够完全复制的实现—配置无法复制其磁带，也无法触发其后代；配置只能构造。

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'''''【终译版】'''''1995 年，Renato Nobili和 Umberto Pesavento 发表了第一个完全实现的自我复制元胞自动机，距冯·诺依曼的提出近 50 年。他们使用 32 态元胞自动机代替冯诺依曼最初的29态规范，并对其进行了扩展，以实现更轻松的信号交叉、显式记忆功能和更紧凑的设计。他们还在最初的 29 状态 CA 中发布了一个通用构造函数的实现，但它不能完全复制——配置不能复制它的磁带，也不能触发它的后代；配置只能构造。

In 2004, D. Mange et al. reported an implementation of a self-replicator that is consistent with the designs of von Neumann.<ref>{{Citation|journal=Proceedings of the IEEE| title=A Macroscopic View of Self-replication| volume=92| issue=12| first1=Daniel| last1=Mange|last2=Stauffer|first2=A.|last3=Peparaolo|first3=L.|last4=Tempesti|first4=G.| pages=1929–1945| year=2004|doi=10.1109/JPROC.2004.837631| s2cid=22500865}}</ref>

第148行：第179行：

In 2004, D. Mange et al.报道了一个与冯 · 诺依曼设计一致的自复制器的实现。

+

2004年，D.Mange等人报告了一种与冯·诺依曼设计一致的自我复制器的实现。

'''''【终译版】'''''2004 年，D. Mange 等人。报告了与冯诺依曼的设计一致的自我复制器的实现。

第157行：第190行：

2007年，Nobili 发布了一个包含32个州的实现方案，该方案使用游程编码来大大减小磁带的大小。

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'''''【终译版】'''''2007 年，Nobili 发布了一个 32 ~~状态的实现，它使用游程编码来大大减小磁带的大小。~~

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2007年，Nobili发布了一个32状态的实现，它使用运行长度编码来大大减小磁带的大小。

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'''''【终译版】'''''2007 年，Nobili 发布了一个 32 态的实现，它使用游程编码来大大减小磁带的大小。

In 2008, William R. Buckley published two configurations which are self-replicators within the original 29-state CA of von Neumann.<ref name=Automata2008>{{Citation|title=Proc. Automata 2008|contribution=Signal Crossing Solutions in von Neumann Self-replicating Cellular Automata| year=2008| first=William R.| last=Buckley|editor=Andrew Adamatzky|editor-link=Andrew Adamatzky|editor2=Ramon Alonso-Sanz |editor3=Anna Lawniczak |editor4=Genaro Juarez Martinez |editor5=Kenichi Morita |editor6=Thomas Worsch |pages=453–503|publisher=Luniver Press|url=http://uncomp.uwe.ac.uk/free-books/automata2008reducedsize.pdf}}</ref> Buckley claims that the crossing of signal within von Neumann 29-state cellular automata is not necessary to the construction of self-replicators.<ref name=Automata2008/> Buckley also points out that for the purposes of evolution, each replicator should return to its original configuration after replicating, in order to be capable (in theory) of making more than one copy. As published, the 1995 design of Nobili-Pesavento does not fulfill this requirement but the 2007 design of Nobili does; the same is true of Buckley's configurations.

第165行：第200行：

2008年，威廉 · r · 巴克利发表了两个构型，它们是冯 · 诺依曼原始的29态 CA 中的自复制因子。巴克利认为，冯 · 诺依曼29态细胞自动机中的信号交叉对于自复制因子的构造是不必要的。巴克利还指出，出于进化的目的，每个复制因子在复制之后都应该返回到原来的结构，以便(理论上)能够复制多个副本。正如发表的，1995年的诺比利-佩斯旺托设计没有满足这一要求，但2007年的诺比利设计做到了，巴克利的配置也是如此。

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'''''【终译版】'''''2008 年，威廉·R·巴克利 (William R. Buckley) 发表了两种配置，它们是冯·诺依曼最初的 ~~29 州~~ CA 中的自我复制器。巴克利声称冯诺依曼 29 态元胞自动机内的信号交叉对于构建自我复制器不是必需的。巴克利还指出，为了进化的目的，每个复制器在复制后都应该恢复到原来的配置，以便能够（理论上）制造多个副本。正如发表的那样，1995 年的 Nobili-Pesavento 设计不满足这一要求，但 2007 年的 Nobili 设计却满足了这一要求。Buckley 的配置也是如此。

+

2008年，威廉·巴克利（William R.Buckley）公布了两种配置，它们是冯·诺依曼最初29个州CA中的自我复制子。Buckley声称，冯·诺依曼29态细胞自动机中的信号交叉对于构建自复制子是不必要的。Buckley还指出，为了进化的目的，每个复制子在复制后都应该回到其原始配置，以便（理论上）能够复制多个拷贝。据公布，1995年的Nobili Pesavento设计不符合该要求，但2007年的Nobili设计符合该要求；Buckley的配置也是如此。

+

'''''【终译版】'''''2008 年，威廉·R·巴克利 (William R. Buckley) 发表了两种配置，它们是冯·诺依曼最初的 29态 CA 中的自我复制器。巴克利声称冯诺依曼 29 态元胞自动机内的信号交叉对于构建自我复制器不是必需的。巴克利还指出，为了进化的目的，每个复制器在复制后都应该恢复到原来的配置，以便能够（理论上）制造多个副本。正如发表的那样，1995 年的 Nobili-Pesavento 设计不满足这一要求，但 2007 年的 Nobili 设计却满足了这一要求。Buckley 的配置也是如此。

In 2009, Buckley published with [[Golly (program)|Golly]] a third configuration for von Neumann 29-state cellular automata, which can perform either holistic self-replication, or self-replication by partial construction. This configuration also demonstrates that signal crossing is not necessary to the construction of self-replicators within von Neumann 29-state cellular automata.

第172行：第209行：

2009年，Buckley 与 Golly 一起发表了 von Neumann 29州元胞自动机的第三种配置，它既可以执行整体自我复制，也可以通过部分构造执行自我复制。这种结构还表明，在冯 · 诺依曼29态细胞自动机中，信号交叉对于自复制因子的构造是不必要的。

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2009年，Buckley与Golly一起发布了von Neumann 29状态细胞自动机的第三种配置，该配置既可以执行整体自复制，也可以通过部分构造执行自复制。这种结构还表明，在冯·诺依曼29态细胞自动机中，信号交叉对自我复制子的构建不是必需的。

'''''【终译版】'''''2009 年，Buckley 与Golly 一起发布了 von Neumann 29 态元胞自动机的第三种配置，它可以执行整体自我复制，也可以通过部分构造进行自我复制。这种配置还表明，在冯诺依曼 29 态元胞自动机中构建自我复制器不需要信号交叉。

第183行：第222行：

2002年，c. l. Nehaniv，还有 y. Takada 等人。2004年，提出了一个通用构造函数，它直接在异步细胞自动机上实现，而不是在同步细胞自动机上实现。

+

C.L.Nehaniv在2002年以及Y.Takada等人在2004年提出了一种直接在异步元胞自动机上实现而不是在同步元胞自动机上实现的通用构造函数。

'''''【终译版】'''''2002 年的 CL Nehaniv，以及 Y. Takada 等人。2004年，提出了一种直接在异步元胞自动机上实现的通用构造函数，而不是在同步元胞自动机上实现。

第216行：第257行：

|-

! Goucher & Buckley, 2012

−

| phi9.rle<ref>{{cite web|url=http://cp4space.wordpress.com/2012/11/12/self-replication/|title=Self-replication|work=Complex Projective 4-Space}}</ref> || Nobili 32-state || 122 × 60 || 3957 || 8920 || 2.25 || {{sdash}} || auto-retraction/bit generation/code overlay/run length limited || 3+ bits || ternary || holistic constructor || {{yes2|repeatable}} || super-linear

+

| phi9.rle<ref name=":0">{{cite web|url=http://cp4space.wordpress.com/2012/11/12/self-replication/|title=Self-replication|work=Complex Projective 4-Space}}</ref>|| Nobili 32-state || 122 × 60 || 3957 || 8920 || 2.25 || {{sdash}} || auto-retraction/bit generation/code overlay/run length limited || 3+ bits || ternary || holistic constructor || {{yes2|repeatable}} || super-linear

|}

第268行：第309行：

!诺比利-佩萨文托，1995

|

−

|诺比利 32 州

+

|诺比利 32 态

|97 × 170

|6,329

第282行：第323行：

|-

!诺比利, 2007

−

|SR_CCN_AP.EVN

+

|SR_CCN_AP.EVN<ref name="nobili2007" />

−

|诺比利 32 州

+

|诺比利 32 态

|97 × 100

|5,313

第297行：第338行：

|-

!巴克利，2008

−

|~~密码子5~~.rle

+

|codon5.rle<ref name="sourceforge.net" />

−

|诺比利 32 州

+

|诺比利 32 态

|112×50

|3,343

第312行：第353行：

|-

!巴克利，2008

−

|~~复制器~~.mc

+

|replicator.mc

|冯诺依曼 29 态

|312 × 132

第327行：第368行：

|-

!巴克利，2008

−

|~~密码子4~~.rle

+

|codon4.rle<ref name="sourceforge.net" />

−

|诺比利 32 州

+

|诺比利 32 态

|109 × 59

|3,574

第342行：第383行：

|-

!巴克利，2009

−

|~~密码子3~~.rle

+

|codon3.rle

−

|诺比利 32 州

+

|诺比利 32 态

|116 × 95

|4,855

第357行：第398行：

|-

!巴克利，2009

−

|PartialReplicator.mc

+

|PartialReplicator.mc<ref name="sourceforge.net" />

|冯诺依曼 29 态

|2063 × 377

第372行：第413行：

|-

!古彻和巴克利，2012

−

|phi9.rle

+

|phi9.rle<ref name=":0" />

−

|诺比利 32 州

+

|诺比利 32 态

|122×60

|3957

第393行：第434行：

正如冯 · 诺依曼所定义的，宇宙结构只需要被动构型的结构。因此，普遍建构的概念只不过是一种文学(或者，在这里，是数学)手段。它促进了其他的证明，如一个机器构造良好可能参与自我复制，而通用建设本身只是假定在最小的情况下。在这个标准下，通用结构是微不足道的。因此，虽然这里给出的所有构型都可以构造任何被动构型，但没有一种构型可以构造戈尔曼设计的实时交叉器官。

−

'''''【终译版】'''''正如冯诺依曼所定义的，通用构造只需要构造被动配置。因此，普遍建构的概念只不过是一种文学（或者，在这种情况下，是数学）装置。它促进了其他证明，例如构造良好的机器可能会进行自我复制，而通用构造本身只是假设在最小的情况下。此标准下的通用构造是微不足道的。因此，虽然这里给出的所有配置都可以构建任何被动配置，但没有一个可以构建 Gorman 设计的实时交叉器官。

+

正如冯·诺依曼所定义的那样，通用构造只包含被动构形的构造。因此，宇宙结构的概念只不过是一种文学（或者，在本例中，是数学）手段。它有助于其他证明，例如构造良好的机器可以进行自我复制，而通用构造本身只是在最简单的情况下假设的。本标准下的通用构造是微不足道的。因此，尽管这里给出的所有配置都可以构建任何被动配置，但没有一个能够构建戈尔曼设计的实时交叉器官。

+

'''''【终译版】'''''正如冯诺依曼所定义的，通用构造只需要被动构造配置。因此，普遍建构的概念只不过是一种文学（或是数学）装置。它有助于其他证明，例如构造良好的机器可以进行自我复制，而通用构造本身只是在最简单的情况下假设的。此标准下的通用构造是微不足道的。因此，虽然这里给出的所有配置都可以构建任何被动配置，但没有一个可以构建 Gorman 设计的实时交叉器官。

= 实用性和计算成本 =

L（吕奥博）

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2022年1月11日 (二) 15:10的版本

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