Введение

Платформа программного обеспечения для искусственной жизни

Avida — это программная платформа для искусственной жизни, предназначенная для изучения эволюционной биологии самовоспроизводящихся и эволюционирующих компьютерных программ (цифровых организмов). Avida активно разрабатывается лабораторией Digital Evolution Lab Чарльза Офриа в Мичиганском государственном университете. Первая версия Avida была создана в 1993 году Офрией, Крисом Адами и C. Титусом Брауном в Калифорнийском технологическом институте (Caltech) и с тех пор несколько раз полностью переработана Офрией. Изначально программное обеспечение было вдохновлено системой Tierra.

Принципы проектирования

Tierra смоделировала эволюционную систему, запустив компьютерные программы, которые конкурировали за вычислительные ресурсы, а именно за время процессора (CPU) и доступ к оперативной памяти. В этом плане она была похожа на Core Wars, но отличалась тем, что программы, выполняемые в симуляции, могли самомодифицироваться и, следовательно, эволюционировать. Программы Tierra представляли собой искусственные живые организмы. В отличие от Tierra, Avida предоставляет каждому цифровому организму собственную защищенную область памяти и выполняет его с помощью отдельного виртуального CPU. По умолчанию другие цифровые организмы не имеют доступа к этому пространству памяти ни для чтения, ни для записи, и не могут выполнять код, находящийся вне их собственной области памяти. Второе существенное отличие заключается в том, что виртуальные CPU разных организмов могут работать с разной скоростью, так что один организм может выполнить, например, вдвое больше инструкций за тот же промежуток времени, чем другой. Скорость работы виртуального CPU определяется множеством факторов, но в первую очередь – задачами, которые выполняет организм: логическими вычислениями, позволяющими организмам получать дополнительную скорость CPU в качестве бонуса.

Использование в исследованиях

Адами и Офрия, совместно с другими исследователями, использовали Avida для проведения исследований в области цифровой эволюции, и научные журналы Nature и Science опубликовали четыре их работы. В статье 2003 года "Эволюционное происхождение сложных признаков" описывается эволюция математической операции "равно" из более простых побитовых операций.

Использование в образовании

Проект Avida ED (Avida ED) использует программную платформу Avida в упрощенном графическом пользовательском интерфейсе, предназначенном для обучения эволюции в старших классах школы и в вузах, и предоставляет бесплатное программное обеспечение, документацию, учебные пособия, планы уроков и другие учебные материалы. Программное обеспечение Avida ED работает как веб-приложение в браузере, с пользовательским интерфейсом, реализованным на JavaScript, и Avida, скомпилированным в JavaScript с помощью Emscripten, что обеспечивает широкую совместимость с устройствами, обычно используемыми в учебных классах. Такой подход доказал свою эффективность в углублении понимания эволюции студентами. Проект Avida ED был удостоен награды Международного общества образования и популяризации искусственной жизни в 2017 году.

Научные публикации с участием Avida

C. Adami и C. T. Brown (1994), Эволюционное обучение в 2D искусственных жизненных системах Avida, в: R. Brooks, P. Maes (Eds.), Материалы Artificial Life IV, MIT Press, Кембридж, Массачусетс, с. 377–381. R. E. Lenski, C. Ofria, T. C. Collier, C. Adami (1999). Сложность генома, устойчивость и генетические взаимодействия в цифровых организмах. Nature 400:661–664. C. O. Wilke, J. L. Wang, C. Ofria, R. E. Lenski и C. Adami (2001). Эволюция цифровых организмов при высокой скорости мутаций приводит к выживанию наиболее приспособленных. Nature 412:331–333. R. E. Lenski, C. Ofria, R. T. Pennock и C. Adami (2003). Эволюционное происхождение сложных признаков. Nature 423:139–145. S. S. Chow, C. O. Wilke, C. Ofria, R. E. Lenski и C. Adami (2004). Адаптивное излучение, вызванное конкуренцией за ресурсы у цифровых организмов. Science 305:84–86. J. Clune, D. Misevic, C. Ofria, R. E. Lenski, S. F. Elena и R. Sanjuán. Естественный отбор не оптимизирует скорость мутаций для долгосрочной адаптации в сложных фитнес-ландшафтах. PLoS Computational Biology 4(9): 2008. Clune J, Goldsby HJ, Ofria C и Pennock RT (2011) Селективное давление для точного нацеливания альтруизма: доказательства из цифровой эволюции для труднопроверяемых аспектов теории инклюзивной приспособленности. Proceedings of the Royal Society. pdf (архив). Benjamin E. Beckmann, Philip K. McKinley, Charles Ofria (2007). Эволюция адаптивного ответа сна у цифровых организмов. ECAL 2007 pdf.