home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Chip 1996 April / CHIP 1996 aprilis (CD06).zip / CHIP_CD06.ISO / hypertxt.arj / 92 / CALAB.CD < prev    next >
Text File  |  1995-09-14  |  11KB  |  189 lines
  1.       @VA sejtek élete@N
  2.  
  3.           Az  ember  --  ha  biológusként  kezdte  pályafutását  a
  4.       számítógépek világában, mint én  -- ismét az egyetemen,  dr.
  5.       Juhász  Nagy Pál  és dr.  Balogh János  speciálkollégiumában
  6.       érezheti magát, amikor  az Autodesk CA  Lab programcsomagját
  7.       tanulmányozza.  A  CA  Lab  rövidítés  ugyanis  a   Cellular
  8.       Automata  Laboratory  -- azaz  Sejtautomata  Laboratórium --
  9.       nevet takarja.
  10.           Az  Autodesk   immár  második   oktató  programcsomagját
  11.       bocsájtotta ki az érdeklôdôk számára. Rudy Rucker, a ""pipás
  12.       programozó"  valószínûleg  szívét-lelkét  beleadta  ebbe  az
  13.       érdekes  gondolatkísérletbe,  amelynek  egyik  demonstrációs
  14.       képsorozatán éppen az ô portréja válik semmivé, ahogy a  kép
  15.       pontjai  önálló  életre  kelvén,  mint  sejtek,   szaporodni
  16.       kezdenek.
  17.           ""Szaporodjatok   és   sokasodjatok,   népesítsétek   be
  18.       utódaitokkal a Földet!" Ebben a bibliai mondatban foglalható
  19.       össze az élet lényege.  Mert az alapegység, a  sejt egyetlen
  20.       életprogramot   vall   magáénak:   megszületni,   növekedni,
  21.       utódokat  létrehozni,  majd ismét  visszatérni  oda, ahonnan
  22.       vétetett.  Nos,  e  folyamat  számítógépes  szimulációja  az
  23.       Életjáték,  vagyis  a  sejtautomata,  amelynek  bemutatására
  24.       vállalkozott  Rudy  Rucker, aki  a  programcsomag RC  részét
  25.       csinálta és  John Walker,  aki a  CA szekciót,  azaz magát a
  26.       sejtlaboratóriumot    fejlesztette    ki.    Az     Autodesk
  27.       gyakorlatában   példátlan   módon   a   CA   Lab  kiegészítô
  28.       programjait Pascal,  C, Basic  és assembly  forrásnyelven is
  29.       közreadták, megkönnyítendô a kísérletezést.
  30.           Az egyes cellákat, amelyek lehetnek karakterek vagy akár
  31.       képpontok  is,  tekinthetjük az  élet  alapegységének. Ez  a
  32.       sejt.  Nos,  ez  a  nagy  Élet  játszma  szabályai   szerint
  33.       szaporodik. Ahhoz azonban, hogy ne szaporodjon  korlátlanul,
  34.       mint  a   rákos  sejtek,   bizonyos  környezeti   feltételek
  35.       akadályozzák   a   korlátlan   többszörözôdést.   A   sejtek
  36.       szaporodásuk  közben  létrehozzák a  sejtteret,  ami viszont
  37.       kiváló modellje az életben végbemenô szociológiai, biológiai
  38.       folyamatoknak  egyaránt.  Nem  öncélú  játék  az  evvel való
  39.       foglalatoskodás.
  40.           Amikor  a programcsomag  telepíti magát  a gépen,  három
  41.       nagy  szekcióra  oszlik.  A  3D  egy  demoprogram,  amely  a
  42.       háromdimenziós sejtek világába enged bepillantást. A  sejtek
  43.       Fredkins  paritását  szemléltetô mozgó  ábra  egy oszcilláló
  44.       jelenséget  mutat.  Egy kocka  alakú  kiinduló sejt  lapjain
  45.       újabb kockákat szül. Ekkor azonban oly sokan vannak, hogy  a
  46.       szülôk elpusztulnak, és lyukak támadnak a tömör térben.  Ezt
  47.       az  utódok  gyermekei  töltik  ki,  egyszerre  hat  irányban
  48.       terjedve a  térben. îgy  egy furcsa,  hat irányban  terjedô,
  49.       térbeli,   roboidhoz   hasonló   idomot   kapunk,   amely  a
  50.       túlnépesedési   ciklusokat   követô   pusztulási    ciklusok
  51.       következtében   periodikusan   hol   átlátható,   hol  pedig
  52.       átláthatatlan.  Az  átlátható periódusokban  jól  látható az
  53.       alapszabály:  minden  kockalap  új  sejtet  szül  abban   az
  54.       esetben,  ha  nem   érintkezik  másikkal.  Ha   igen,  akkor
  55.       elpusztul.
  56.           A másik mozgó ábra a stabil alakzatok világából mutat be
  57.       kettôt:   a   vitorlázó   repülôgépet   és   a   rotort.   A
  58.       reprodukálódási  szabályokat  mindkettônél  úgy választották
  59.       meg, hogy ciklikusan változó, de stabil alakzatot  kapjanak.
  60.       Például a  sejtek szaporodása  és halála  miatt úgy  látjuk,
  61.       hogy egy mag körül egy félgyûrû forog, vagy maga az  alakzat
  62.       mozog a térben. A téma tudorai jól megsejtették, majd késôbb
  63.       bizonyították, hogy  nagyon sok  ilyen stabil  mozgó alakzat
  64.       hozható  létre  az  egyes  sejtek  programjainak   megfelelô
  65.       megváltoztatásával. (Mit gondolunk, ennek mi köze van ahhoz,
  66.       hogy  egyetlen  petesejtbôl  egy  egész,  mûködôképes  ember
  67.       alakul ki az anyaméhben?)
  68.           Az  RC  alprogram lényegében  egy  menüvezérelt program,
  69.       amelyben a  sejtek --  azaz a  karakteres cellák  -- érdekes
  70.       fejlôdést mutatnak be. A  korábbi rendszerben egy sejt  léte
  71.       vagy nem léte a tét. Itt már tovább mennek. Ugyanis a színek
  72.       a  sejtek  különbözô  fejlôdési  állapotait  jelenítik  meg.
  73.       Ahhoz, hogy egy sejt szaporodjon, át kell mennie a  fejlôdés
  74.       megadott  stádiumain.  A  sejtek  életébe  a  menüvezérlésen
  75.       keresztül  mi  is  beavatkozhatunk,  például kipusztíthatunk
  76.       benne egyes szigeteket, és leshetjük, miként foltozza be azt
  77.       a természet.
  78.           Az    igazi    kétdimenziós    sejtjátékot    a   valódi
  79.       fejlesztôkészlet,  a  CA  Lab  valósítja  meg.  Ebben   több
  80.       programnyelven,   közöttük   C,   Basic,   assembly  nyelven
  81.       találhatunk  mintaprogramokat.  S   hogy  miért  áll   ez  a
  82.       legközelebb az  élet szimulációjához?  Azért, mert  igazából
  83.       itt      érvényesül      a      sejtek      tulajdonságainak
  84.       megváltoztathatósága. A  sejteknek ugyanis  típusaik szerint
  85.       önálló  cselekvési  programmal  kell  rendelkezniük  ebben a
  86.       sejttérben, miként az élô  szervezetben is a már  elkülönült
  87.       sejtek   önálló  növekedési   programmal  rendelkeznek.   (A
  88.       biológusok  számára  pontosítsunk  egy  kicsit:  az  eredeti
  89.       genetikai  anyagból   a  szövetdifferenciálódás   során  már
  90.       aktivizálódott  a megfelelô  szövet- illetve  sejtspecifikus
  91.       program...)
  92.           A kicsit absztrakt képeket tanulmányozva joggal felmerül
  93.       a  kérdés: öncélú  játékkal van-e  dolgunk, vagy  valamilyen
  94.       tudományos célt is szolgálnak ezek az esztétikailag is  szép
  95.       ábrák?  Nos,  a  sejtautomaták  szimulációját  már  1940-ben
  96.       felvetette  egy lengyel  származású, de  az USA-ban  dolgozó
  97.       elméleti  matematikai  szakember,  Stalislaw  Ulam,   akinek
  98.       ötlete találkozott Neumann  Jánoséval. îgy született  meg az
  99.       önreprodukáló   matematikai   automaták,   majd   késôbb   a
  100.       kibernetikus  sejt  teóriája.  Ulam  adta  a   valószínûségi
  101.       szimuláció, a Monte-Carlo módszer alapjait, amihez Neumann a
  102.       kibernetikai  alapokat  tette hozzá,  hogy  végül a  szintén
  103.       magyar  Teller  Ede  professzorral  az  amerikai atomprogram
  104.       számítástechnikai   kutatásai    során   kiteljesedjen    az
  105.       önreprodukáló automaták elmélete.
  106.           Azt gondolnánk, hogy ez egy eléggé elméleti kutatás. Azt
  107.       viszont  csak  a  szakemberek  tudják,  hogy  a sejtautomata
  108.       szimuláció    összekapcsolva    más    hasonló   szimulációs
  109.       elméletekkel    elôbb-utóbb    részese    lesz    mindennapi
  110.       valóságunknak.  Ki  gondolná  például,  hogy  a   klasszikus
  111.       gázdinamikai  elméletek   alapján  a   molekulák  mozgásának
  112.       kidolgozott  matematikai  modelljei,  a  ""megváltoztatandók
  113.       megváltoztatásával" alkalmasak például a társadalmi mozgások
  114.       modellezésére. Itt éppen az  a lényeg, hogy minél  nagyobb a
  115.       tömeg  létszáma,  annál  valószínûbben  lehet   elôrejelezni
  116.       viselkedését. Ezt a  szabályt a pszichológusok  ismerték, de
  117.       matematikai megfogalmazása már a közelmúlt eredménye.  Talán
  118.       beigazolódik Asimov pszichohistóriai ötlete.
  119.           A sejtszimuláció is legkevésbé  ott terjedt el, ahol  az
  120.       ember neve után várná, a biológiában. A mindennapi életben a
  121.       sejtautomata-kutatások eredményei azért megjelennek. Ugyanis
  122.       ez  az  elmélet  feltételezi  azt  is,  hogy  egyes   sejtek
  123.       örökletes  programja   a  generációváltások   során  némileg
  124.       megváltozik,  módosul,   ami  véletlen   események  hatására
  125.       következik  be.  Ez  megfelel  a  valós  világban  a mutáció
  126.       fogalmának,  amely  az  egyes  sejtre  nem,  de  egy nagyobb
  127.       sejttömegre  már  megfelelô  módszerekkel  megjósolható. Itt
  128.       jönnek   be    Stanislaw   Ulam    kutatásai   a    véletlen
  129.       matematikájáról.   Ha   sikerül   megfogni   az   információ
  130.       torzulásának  törvényeit,   akkor  lehetségessé   válik  sok
  131.       probléma   megoldása.    Például   létrehozhatók    hibatûrô
  132.       számítógépek és önjavító,  esetleg önmagukat is  reprodukáló
  133.       automaták.
  134.           Ezt  a játékot,  amit az  Autodesk a  CA Lab  készletben
  135.       közreadott, egy ilyen  kutatási program során  fejlesztették
  136.       ki.  1970  októberében,  egy  neves  amerikai  folyóirat,  a
  137.       Scientific  American  hasábjain  jelent  meg  Martin Gardner
  138.       cikke  a  Matematikai játékokról,  amelyben  ismertette John
  139.       Conway-nak,  a  Cambridge  University  kutatójának életjáték
  140.       programját.
  141.           A szabályok is tôle származnak. A dolog lényege az, hogy
  142.       az  egyes   sejtek  megfelelô   programjának  kialakításával
  143.       stabil, vagy két-három fázison keresztül pulzáló, illetve  a
  144.       sejttérben -- ami a játékterünk -- haladó alakzatokat hozhat
  145.       létre. Tôle  származnak az  elsô ilyenek,  amit a  program a
  146.       mozi-demóban bemutat: a vitorlázó repülô (glider), a füstölô
  147.       mozdony  (puffer  train),   és  az  ágyú   alakzatok.  Utána
  148.       megindultak a kutatások abban a tárgyban, vajon melyek  azok
  149.       a   szabályok,   amelyek   közösek   ezekben   a    véletlen
  150.       próbálkozások során  létrejött, de  késôbb már  tudatosan is
  151.       kifejlesztett stabil alakzatokban.
  152.           Az  egyes  sejtek  szaporodásának  törvényeit   egyszerû
  153.       igen-nem szabályok írják le. Például, ha egy sejtet nem vesz
  154.       körül minden  oldalról sejt,  akkor létrehoz  mellette, vele
  155.       érintkezve  egyet,  ha   viszont  legalább  három   oldalról
  156.       körülveszik már sejtek, akkor elpusztul. Könnyen  belátható,
  157.       hogy ebben az esetben  nagy valószínûséggel egy olyan  mozgó
  158.       alakzat  jön létre,  amelyik abban  az irányban  mozdul  el,
  159.       amerre  az  elsô  sejtet  létrehozta.  Ugyanakkor,  ha  négy
  160.       oldalra  hoz  létre  sejtet,  akkor  valószínûleg  --  egyéb
  161.       feltételektôl függôen --  vagy koncentrikusan terjedô,  vagy
  162.       egy  helyben  pulzáló alakzatot  fog  létrehozni a  kiinduló
  163.       sejttömeg.  Természetesen  sok bizonytalanság  is  kell hogy
  164.       legyen a  rendszerben. Például  az, hogy  milyen irányban és
  165.       egy adott idôintervallumon belül mikor hozza létre az  egyik
  166.       sejt a másikat.
  167.           S  ha  már  itt vagyunk,  meg  kell  említenünk ennek  a
  168.       teóriának    egy   érdekes    alkalmazási   területét.    Az
  169.       atomfizikában nem  lehet tudni,  hogy egy  jelenség pontosan
  170.       mikor  következik be,  csak annyit,  hogy egy  adott  térben
  171.       sztochasztikusan be kell valahol következnie. Ebbôl látható,
  172.       hogy az egyes magfizikai folyamatok kutatása során is  teret
  173.       nyerhet  ez  a  látszólag  komoly  elméleti  játéknak indult
  174.       szimuláció.  Segítségével,  ha  az  egyes  sejtek   létezési
  175.       szabályait jól  állapítjuk meg,  azaz jól  írtuk meg örökítô
  176.       anyagának  programját,  akkor  szimulálhatók  egyes  nehezen
  177.       elôrejelezhetô magfizikai folyamatok is.
  178.           A program kézikönyve a szokásoknak megfelelôen felér egy
  179.       alapos   szakkönyvvel.   îgy  elolvasása   még   azoknak  is
  180.       ajánlható, akik nem szándékoznak komolyabban  programozással
  181.       foglalkozni,  de  érdeklôdnek  az  intelligens   építôelemek
  182.       elmélete  iránt.  Sajnos a  kézikönyv  nyomdai kivitele  nem
  183.       méltó  a  programhoz,   egy  jó  nyugati   egyetemi  jegyzet
  184.       színvonalát   éri   el   fekete-fehér   nyomdatechnikájával,
  185.       láthatóan  szövegszerkesztôvel  készült  szedésével.   Ennek
  186.       ellenére világos angolsággal írt, élvezetes olvasmány.
  187.  
  188.       @KKis János@N
  189.