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.

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.