Программа «Хорек Докинза» и моделирование эволюции
Weasel program
Программа "Давкинса-ласки" – мысленный эксперимент, демонстрирующий, как случайные изменения и отбор приводят к эволюции, а не к чистой случайности. Биоморфы.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Программа "нещадь" или "нещадь Докинса" — это мысленный эксперимент и различные компьютерные симуляции, иллюстрирующие его. Их цель — продемонстрировать, что процесс, движущий эволюционные системы — случайные изменения в сочетании с неслучайным кумулятивным отбором — отличается от чистой случайности. Мысленный эксперимент был сформулирован Ричардом Докинзом, а первая симуляция написана им; другие реализации программы были созданы другими авторами.
The weasel program or Dawkins' weasel is a thought experiment and a variety of computer simulations illustrating it. Their aim is to demonstrate that the process that drives evolutionary systems—random variation combined with non random cumulative selection—is different from pure chance. The thought experiment was formulated by Richard Dawkins, and the first simulation written by him; various other implementations of the program have been written by others.
Более сложные модели
В книге "Слепой часовщик" Докинз далее приводит графическую модель отбора генов, включающую объекты, которые он называет биоморфами. Это двухмерные наборы линейных сегментов, связанных между собой, создаваемые под контролем "генов", определяющих внешний вид биоморфа. Выбирая объекты из последовательных поколений биоморфов, экспериментатор может направлять эволюцию фигур к заданным формам, таким как биоморфы "самолет" или "осьминог". Как симуляция, биоморфы не слишком близки к реальному генетическому поведению биологических организмов. Подобно программе "Уизл", их развитие определяется внешним фактором – в данном случае решениями экспериментатора, выбирающего, какая из множества возможных форм перейдет в следующее поколение. Однако они служат иллюстрацией концепции "генетического пространства", где каждый возможный ген рассматривается как измерение, а реальные геномы живых организмов составляют крошечную долю всех возможных комбинаций генов, большинство из которых не приведут к возникновению жизнеспособного организма. Как выражается Докинз, "какими бы многочисленными ни были способы быть живым, наверняка существует гораздо больше способов быть мертвым". В книге "Взлет на гору невероятную" Докинз, отвечая на ограничения программы "Уизл", описал программы, разработанные другими исследователями, которые моделировали эволюцию паутины. Он предположил, что эти программы представляли собой более реалистичные модели эволюционного процесса, поскольку не имели заранее заданной цели, кроме как создать сеть, способную ловить больше мух методом "проб и ошибок". Паутина рассматривалась как подходящий объект для эволюционного моделирования, поскольку являлась простым примером биосистемы, легко поддающейся визуализации; программы моделирования успешно генерировали различные типы паутины, аналогичные тем, что встречаются в природе.
In The Blind Watchmaker, Dawkins goes on to provide a graphical model of gene selection involving entities he calls biomorphs. These are two dimensional sets of line segments which bear relationships to each other, drawn under the control of "genes" that determine the appearance of the biomorph. By selecting entities from sequential generations of biomorphs, an experimenter can guide the evolution of the figures toward given shapes, such as "airplane" or "octopus" biomorphs. As a simulation, the biomorphs are not much closer to the actual genetic behavior of biological organisms. Like the Weasel program, their development is shaped by an external factor, in this case the decisions of the experimenter who chooses which of many possible shapes will go forward into the following generation. They do however serve to illustrate the concept of "genetic space," where each possible gene is treated as a dimension, and the actual genomes of living organisms make up a tiny fraction of all possible gene combinations, most of which will not produce a viable organism. As Dawkins puts it, "however many ways there may be of being alive, it is certain that there are vastly more ways of being dead". In Climbing Mount Improbable, Dawkins responded to the limitations of the Weasel program by describing programs, written by other parties, that modeled the evolution of the spider web. He suggested that these programs were more realistic models of the evolutionary process, since they had no predetermined goal other than coming up with a web that caught more flies through a "trial and error" process. Spiderwebs were seen as good topics for evolutionary modeling because they were simple examples of biosystems that were easily visualized; the modeling programs successfully generated a range of spider webs similar to those found in nature.
Пример алгоритма
Хотя Докинз не предоставил исходный код своей программы, алгоритм, подобный алгоритму "Ласки", может работать следующим образом. Начните со случайной строки из 28 символов. Создайте 100 копий этой строки (воспроизведите). Для каждого символа в каждой из 100 копий с вероятностью 5% замените (мутируйте) символ на новый случайный символ. Сравните каждую новую строку с целевой строкой "METHINKS IT IS LIKE A WEASEL" и присвойте каждой оценку (количество букв в строке, которые верны и находятся на правильной позиции). Если какая-либо из новых строк получит максимальную оценку (28), остановите выполнение. В противном случае выберите строку с наивысшей оценкой и перейдите к шагу 2. В данном случае "символ" – это любая заглавная буква или пробел. Количество копий в каждом поколении и вероятность мутации для каждой буквы не указаны в книге Докинза; 100 копий и частота мутаций 5% – это примеры. Правильные буквы не фиксируются; каждая правильная буква может стать неправильной в последующих поколениях. Однако условия программы и наличие целевой фразы означают, что такие "негативные мутации" будут быстро "исправляться".
Although Dawkins did not provide the source code for his program, a "Weasel" style algorithm could run as follows. Start with a random string of 28 characters. Make 100 copies of the string (reproduce). For each character in each of the 100 copies, with a probability of 5%, replace (mutate) the character with a new random character. Compare each new string with the target string "METHINKS IT IS LIKE A WEASEL", and give each a score (the number of letters in the string that are correct and in the correct position). If any of the new strings has a perfect score (28), halt. Otherwise, take the highest scoring string, and go to step 2. For these purposes, a "character" is any uppercase letter, or a space. The number of copies per generation, and the chance of mutation per letter are not specified in Dawkins's book; 100 copies and a 5% mutation rate are examples. Correct letters are not "locked"; each correct letter may become incorrect in subsequent generations. The terms of the program and the existence of the target phrase do however mean that such 'negative mutations' will quickly be 'corrected'.