Кіріспе
Үлгісі жоқ үлгі. Конвейдің "Өмір ойынындағы" Едем бақшасы, 1971 жылы Р.Банкс ашқан. Конфигурацияның ізбасары – жаңарту ережесін әрбір ұяшыққа бір мезгілде қолдану арқылы қалыптастырылған басқа конфигурация. Автоматтың ауысу функциясы – әрбір конфигурацияны оның ізбасарына бейімдейтін функция. Берілген жасушалық автоматтың үлгісі – әр жасушаның күйімен бірге шекті жасушалар жиынтығынан тұрады. Конфигурация үлгіні қамтиды, егер үлгідегі ұяшықтардың күйлері конфигурациядағы сол ұяшықтардың күйлерімен сәйкес келсе (оларды сәйкес келтіру алдында ұяшықтарды жылжытпастан). Конфигурациялардың ізбасарларының анықтамасы үлгілердің ізбасарларына дейін кеңейтілуі мүмкін: үлгінің ізбасары – үлгіні қамтитын конфигурация. Олай болса, жетім үлгі – ізбасары жоқ үлгі. Дегенмен, көп жағдайда Едем бақшасы теоремасын (төменде) қолданып, шешімнің бар екенін анықтауға болады, содан кейін оны табу үшін іздеу алгоритмін пайдалануға болады. Компьютерлік бағдарлама барлық шекті үлгілерді жүйелі түрде қарап, олардың мөлшерін ұлғайту арқылы және әрбір үлгі үшін барлық мүмкін ізбасарларды сынап, оның шынымен жетім екенін анықтау арқылы жетім үлгілерді іздеуге болады. Алайда, осы жолмен Едем бақшасын табу үшін жасалуы қажет үлгілердің саны үлгінің ауданы бойынша экспоненциалды. Үлгілердің осы үлкен саны осылайша күшпен іздеуді тым қымбат етеді, тіпті салыстырмалы түрде кішкентай үлгілер үшін де. жетім үлгілерді табу үшін тиімді есептеу әдісін ұсынды. Оның әдісі формальды тілдер теориясына негізделген және оның ауданынан гөрі үлгінің ені бойынша экспоненциалды уақыт алады. Негізгі идеясы – кез келген белгіленген ен үшін ізбасары бар берілген енді үлгілерді танитын нон-детерминистік шекті автоматты құруға болады. Бұл машинаның кіріс символдары үлгідегі әрбір қатарды сипаттайды, ал машинаның күйлері осы уақытқа дейін енгізілген үлгі бөлігінің мүмкін ізбасарларын сипаттайды. Осы машинадан басқа шекті күй машинасы құрастырылуы мүмкін, ол қосымша жиынтықты таниды, яғни ізбасары жоқ үлгілерді, детерминистік емес шекті күй машинасы детерминистік шекті автоматқа түрлендіріледі, бұл үшін қуаттар жиынтығын құрастыру қолданылады, содан кейін қабылдаушы күйлер жиынтығы толықтырылады. Қосымша жиынтықты танитын машина жасалғаннан кейін, оның танитын тілінің бос екенін, бастапқы күйден қабылдау күйіне дейінгі жолды іздеу арқылы тексеруге болады. Бұл жол, егер ол бар болса, жетім үлгінің қатар бойынша сипаттамасын береді. Мартин Гарднер Эдем бақшасы теоремасы Конвейдің "Өмір ойынына" қатысты екенін байқаған Алви Рей Смитпен бөлісті және осы ереже үшін Едем бақшасының бар екенін дәлелдеді. 9 × 33 тіктөртбұрышқа сыятын тірі жасушалары бар алғашқы ашық Едем бақшасын 1971 жылы Роджер Банкс Едем бақшасының кандидаты ретінде анықтады, содан кейін ізбасарларды іздеу арқылы тексерілді. Кейіннен Хардуин Дупарк өзінің формальды тілдік әдісін қолданып, Конвейдің "Өмір ойынында" мүмкіндігінше ең тар Едем бақшаларын тапты, олардың тірі жасушаларының шектеуші қорабы тек алты жасушаның енімен. Конвейдің "Өмір ойынындағы" ең кішкентай жетім үлгісін (оның шектеуші қорабының ауданы бойынша) Стивен Экер 2016 жылдың сәуірінде тапты. Оның 57 тірі жасушасы бар, 8х12 өлшемді тіктөртбұрышқа сыяды.
[[Image:Garden of Eden pattern. png|thumb|upright=1.35|A Garden of Eden in Conway's Game of Life, discovered by R. Banks in 1971. The successor of a configuration is another configuration, formed by applying the update rule simultaneously to every cell. The transition function of the automaton is the function that maps each configuration to its successor. A pattern, for a given cellular automaton, consists of a finite set of cells together with a state for each of those cells. A configuration contains a pattern when the states of the cells in the pattern are the same as the states of the same cells in the configuration (without translating the cells before matching them). The definition of predecessors of configurations can be extended to predecessors of patterns:
a predecessor of a pattern is just a configuration whose successor contains the pattern. An orphan, then, is a pattern with no predecessor. Nevertheless, in many cases it is possible to use the Garden of Eden theorem (below) to infer that a solution exists and then use a search algorithm to find one. It would be possible for a computer program to search for orphan patterns by systematically examining all finite patterns, in order by increasing size, and by testing all possible predecessors for each pattern to determine whether it is in fact an orphan. However, the number of patterns that would need to be generated to find a Garden of Eden in this way is exponential in the area of the pattern. This enormous number of patterns would make this type of brute force search prohibitively expensive, even for relatively small sizes of patterns. pioneered a more efficient computational approach for finding orphan patterns. His method is based on the theory of formal languages, and takes an amount of time that is exponential in the width of the pattern rather than its area. The key idea is that, for any fixed width, it is possible to construct a nondeterministic finite automaton that recognizes patterns of a given width that have a predecessor. The input symbols to this machine describe each row of the pattern, and the states of the machine describe the nearby rows of possible predecessors for the part of the pattern that has been input so far. One can construct from this machine another finite state machine that recognizes the complementary set, the patterns that do not have predecessors, by converting the nondeterministic finite state machine to a deterministic finite automaton by using the powerset construction, and then complementing its set of accepting states. Once a machine recognizing the complementary set has been constructed, one may test whether the language it recognizes is empty, by searching for a path from the start state to an accepting state. This path, if it exists, gives a row by row description of an orphan pattern. Martin Gardner credits Alvy Ray Smith with the observation that the Garden of Eden theorem applies to Conway's Game of Life, and proves the existence of Gardens of Eden for this rule. The first explicit Garden of Eden in Life, with its live cells fitting in a 9 × 33 rectangle, was identified as a candidate to be a Garden of Eden by Roger Banks in 1971, and then verified by an exhaustive backtracking search for predecessors. Subsequently, Hardouin Duparc used his formal language approach to find the narrowest possible Gardens of Eden in Conway's Game of Life, with the bounding box for their live cells being only six cells wide. The smallest known orphan pattern in Conway's Game of Life (by area of its bounding box) was found by Steven Eker in April 2016. It has 57 living cells and fits in an 8×12 rectangle.
Жетім балалардың болуы
Анықтамасы бойынша, әрбір жетім Едем бағына жатады: жетімді автоматтың толық конфигурациясына кеңейту, қалған әрбір жасушаға кездейсоқ күй таңдау арқылы әрқашан Едем бағын тудырады. Бірақ керісі де дұрыс: әрбір Едем бағында кем дегенде бір жетім болады. Мұны дәлелдеу үшін Кари Кёртис-Хедлунд-Линдон теоремасына негізделген топологиялық аргумент қолданады, соған сәйкес жасушалық автоматтардың өту функциялары – конфигурация кеңістігіндегі аударма инвариантты үздіксіз функциялар. Мұнда үздіксіздік автоматтың шекті күйлер жиынтығына дискретті топология тағайындау арқылы анықталады, содан кейін автоматтың әрбір жасушасы үшін өнімде бір фактор болатын өнім топологиясын қолданып, топологиялық кеңістік құрастырылады, оның нүктелері автоматтың конфигурациялары болып табылады. Тихонов теоремасы бойынша, бұл кеңістік компактты.
Евклидтік емес геометрияда
Гиперболалық жазықтықтың немесе жоғары өлшемді гиперболалық кеңістіктердің теселяцияларында анықталған жасушалық автоматтарында Едем бақшасы теоремасының дәлеліндегі санау аргументі жұмыс істемейді, себебі ол Евклид кеңістіктеріне тән қасиетке байланысты, яғни аймақтың шекарасы радиус функциясы бойынша көлемінен баяу өседі. Егіздері бар, бірақ Едем бақшасы жоқ гиперболалық жасушалық автоматтары, сондай-ақ Едем бақшасы бар, бірақ егіздері жоқ басқа гиперболалық жасушалық автоматтары бар; мұндай автоматтары, мысалы, әр төбесінде үш гектагон немесе әр төбесінде төрт бесбұрыштан кездесетін біртекті гиперболалық плиткаларда айналу симметриялы түрде анықталуы мүмкін. Дегенмен, Едем бақшасы теоремасын Евклид кеңістіктерінен асып, қолайлы топтың элементтерінде анықталған жасушалық автоматтарына да қатысты кеңейтуге болады. Едем бақшасы теоремасының әлсіз түрі кез келген инъективті жасушалық автоматтың сюржетивті екенін көрсетеді. Оны софикалық топтар үшін Ax–Grothendieck теоремасын қолдана отырып, алгебралық геометриядағы инъективтілік пен биективтілік арасындағы ұқсас қатынасты пайдаланып дәлелдеуге болады. Көбінесе, осы әлсіз түріне сәйкес келетін топтар қосымша топтар деп аталады. Қазірге дейін, қосымша емес топтардың белгілі мысалдары жоқ.
Көркем шығармаларда
Грег Иганның "Пермутациялы қала" романында басты кейіпкер Едем бағы конфигурациясын пайдаланып, өзінің көшірмесінің оның симуляция ішінде өмір сүріп жатқанын дәлелдей алатын жағдай жасайды. Бұрынғы барлық симуляцияланған көшірмелері "нақты әлемнің" әртүрлі нұсқаларында табылған; олар симуляциядағы көшірмелер екенін еске түсіргенімен, осы естеліктердің қалай пайда болғанына әрқашан қарапайым түсіндірме болған. Бірақ Едем бағы конфигурациясы тек интеллектуалды түрде жобаланған симуляцияда ғана мүмкін болады. Діни параллелизмдер мақсатты түрде жасалған.