Программа «Ласка»

Название программы взято из диалога в «Гамлете» :
Гамлет: Видишь ли ты то облако, почти напоминающее верблюда?
Полоний: По массе, и правда, как верблюд.
Гамлет: Мне кажется, оно похоже на ласку .

Программа ласки или ласка Докинза — это мысленный эксперимент и множество компьютерных симуляций, иллюстрирующих его. Их цель — продемонстрировать, что процесс, который управляет эволюционными системами — случайные вариации в сочетании с неслучайным кумулятивным отбором — отличается от чистой случайности .

Мысленный эксперимент был сформулирован Ричардом Докинзом , а первая симуляция написана им; различные другие реализации программы были написаны другими.

Обзор

В главе 3 своей книги «Слепой часовщик » Докинз дал следующее введение в программу, ссылаясь на известную теорему о бесконечных обезьянах :

Я не знаю, кто первым заметил, что, если дать достаточно времени, обезьяна, стучит наугад по пишущей машинке, может создать все произведения Шекспира . Оперативной фразе, конечно, уделено достаточно времени. Давайте несколько ограничим задачу, стоящую перед нашей обезьянкой. Предположим, что ему нужно написать не полное собрание сочинений Шекспира, а лишь короткое предложение «Думает, что это ласка » , и мы облегчим эту задачу, предоставив ему пишущую машинку с ограниченной клавиатурой, в которой всего 26 ( заглавные буквы) и пробел. Сколько времени ему понадобится, чтобы написать это маленькое предложение?

Сценарий рассчитан на создание строки бессмысленных букв, предполагая, что выбор каждой буквы в последовательности из 28 символов будет случайным. Число возможных комбинаций в этой случайной последовательности равно 27. ²⁸ или около 10 ⁴⁰ , поэтому вероятность того, что обезьяна выдаст заданную последовательность, чрезвычайно мала. Любая конкретная последовательность из 28 символов может быть выбрана в качестве «целевой» фразы, и все они столь же невероятны, как и выбранная Докинзом цель: «МНЕ ДУМАЕТ, ЭТО ПОХОЖЕ НА ЛАСКУ».

Можно написать компьютерную программу, выполняющую действия гипотетической обезьяны Докинза, непрерывно генерирующей комбинации из 26 букв и пробелов на высокой скорости. Даже при скорости миллионов комбинаций в секунду маловероятно, даже учитывая все время существования Вселенной , что программа когда-либо выдаст фразу «МНЕ ДУМАЕТ, ЭТО ПОХОЖЕ НА ЛОСКУ».

Докинз хотел, чтобы этот пример проиллюстрировал распространенное заблуждение относительно эволюционных изменений, а именно, что последовательности ДНК или органические соединения, такие как белки, являются результатом случайного объединения атомов с образованием более сложных структур. В таких вычислениях любая последовательность аминокислот в белке будет чрезвычайно маловероятной (это известно как ошибка Хойла ). Скорее, эволюция происходит путем восхождения на холм , как в адаптивных ландшафтах .

Затем Докинз показывает, что процесс кумулятивного отбора может потребовать гораздо меньше шагов для достижения любой заданной цели. По словам Докинза:

Мы снова используем нашу компьютерную обезьянку, но с существенным отличием в ее программе. Он снова начинает с выбора случайной последовательности из 28 букв, как и раньше... он многократно дублирует ее, но с определенной вероятностью случайной ошибки – «мутации» – при копировании. Компьютер исследует мутировавшие бессмысленные фразы, «потомки» исходной фразы, и выбирает ту, которая, хоть и немного, но больше всего напоминает целевую фразу: ДУМАЕТ, ЧТО ЭТО ПОХОЖЕ НА ЛАСКУ.

При повторении процедуры случайно сгенерированная последовательность из 28 букв и пробелов будет постепенно меняться при каждом поколении . Последовательности прогрессируют в каждом поколении:

Поколение 01: WDL™NLT DTJBQWIRZREZLMQCO P

Поколение 02: WDLTMNLT DTJBSWIRZREZLMQCO P

Поколение 10: MDLDMNLS ITJISWHRZREZ MECS P

Поколение 20: MELDINLS IT ISWPRKE Z WECSEL

Поколение 30: ВЕЩИ, ПОХОЖИЕ НА WECSEL

Поколение 40: ДУМАЮ, ЭТО КАК Я ЛАСКА

Поколение 43: ДУМАЕТ, ЧТО ЭТО ПОХОЖО НА ЛОРКУ

Докинз продолжает:

Точное время, необходимое компьютеру для достижения цели, не имеет значения. Если хотите знать, он выполнил для меня все упражнение с первого раза, пока я был на обеде. Это заняло около получаса. (Компьютерным энтузиастам это может показаться слишком медленным. Причина в том, что программа была написана на языке BASIC , что-то вроде компьютерной детской болтовни. Когда я переписал ее на Паскале , это заняло 11 секунд.) Компьютеры справляются с такими задачами немного быстрее. чем обезьяны, но разница на самом деле незначительна. Имеет значение разница между временем, затраченным на кумулятивный отбор, и временем, которое потребовалось бы тому же компьютеру, работающему с той же скоростью, чтобы достичь целевой фразы, если бы его заставили использовать другую процедуру одношагового выбора. : около миллиона миллионов миллионов миллионов миллионов лет. Это более чем в миллион миллионов миллионов раз дольше, чем до сих пор существовала Вселенная.

Последствия для биологии

Цель программы — продемонстрировать, что сохранение небольших изменений в развивающейся цепочке символов (или генов ) может привести к созданию значимых комбинаций за относительно короткое время, пока существует некоторый механизм выбора кумулятивных изменений, независимо от того, определяет ли человек, какие черты являются желательными (в случае искусственного отбора) или критерием выживания («пригодности»), налагаемым средой (в случае естественного отбора). Системы воспроизводства имеют тенденцию сохранять признаки на протяжении поколений, поскольку потомство наследует копию признаков родителя. Именно различия между потомками, вариации копирования становятся основой отбора, позволяя фразам, более близким к цели, выжить, а остальным вариантам «умереть».

Докинз обсуждает вопрос механизма отбора в рамках своей программы «биоморфов»:

Человеческий глаз играет активную роль в этой истории. Это агент отбора. Он осматривает помет потомства и выбирает его для разведения. ...Другими словами, наша модель — это строго модель искусственного отбора, а не естественного отбора. Критерий «успеха» не является прямым критерием выживания, как это происходит при истинном естественном отборе. При истинном естественном отборе, если у тела есть все необходимое для выживания, его гены автоматически выживают, потому что они находятся внутри него. Таким образом, выжившие гены, как правило, автоматически становятся теми генами, которые наделяют тела качествами, помогающими им выжить.

Что касается применимости этого примера к биологической эволюции, он осторожно отмечает, что у него есть свои ограничения:

Хотя модель обезьяны/Шекспира полезна для объяснения различия между одноэтапным отбором и кумулятивным отбором, она вводит в заблуждение во многих отношениях. Одним из них является то, что в каждом поколении селекционного «разведения» мутантные фразы «потомства» оценивались по критерию сходства с отдаленной идеальной целью — фразе «METHINKS IT IS LIKE A WASEL». Жизнь не такая. У эволюции нет долгосрочной цели. Не существует ни дальней цели, ни окончательного совершенства, которое могло бы служить критерием отбора, хотя человеческое тщеславие лелеет абсурдное представление о том, что наш вид является конечной целью эволюции. В реальной жизни критерием отбора всегда является краткосрочность: либо простое выживание, либо, в более общем плане, репродуктивный успех.

Полная версия программы ласки, дающая 100 потомков в каждом поколении и вероятность мутации 5% на каждого скопированного персонажа. Показана только «наиболее приспособленная» строка каждого поколения. Обратите внимание, что в поколении 8 25-й символ был правильным ( A), становится неверным ( I). Программа не «блокирует» правильные символы, а измеряет на каждой итерации степень близости всей строки к «целевой» фразе.

Более сложные модели

В книге «Слепой часовщик» Докинз представляет графическую модель отбора генов с участием существ, которые он называет биоморфами. Это двумерные наборы сегментов линий , которые связаны друг с другом и нарисованы 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».

В качестве симуляции биоморфы не намного ближе к реальному генетическому поведению биологических организмов. Как и программа Weasel, их развитие определяется внешним фактором, в данном случае решениями экспериментатора, который выбирает, какая из многих 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 часть всех возможных комбинаций генов, большинство из которых не создают жизнеспособных генов. организм. Как говорит Докинз, «сколько бы способов быть живым, несомненно, что существует гораздо больше способов быть мертвым».

В книге «Восхождение на гору невероятного» Докинз отреагировал на ограничения программы Weasel, описав программы, написанные другими участниками, которые моделировали эволюцию паутины . Он предположил, что эти программы были более реалистичными моделями эволюционного процесса, поскольку у них не было никакой заранее определенной цели, кроме создания сети, которая ловила бы больше мух путем «проб и ошибок». Паутина считалась хорошей темой для эволюционного моделирования, поскольку представляла собой простые примеры биосистем, которые легко визуализировать; программы моделирования успешно создали целый ряд паутин, похожих на те, что встречаются в природе.

Пример алгоритма

Хотя Докинз не предоставил исходный код своей программы, алгоритм в стиле «Ласка» мог бы работать следующим образом.

1. Начните со случайной строки из 28 символов.
2. Сделайте 100 копий строки ( воспроизводите ).
3. Для каждого персонажа в каждой из 100 копий с вероятностью 5% заменить ( мутировать ) символ новым случайным персонажем.
4. Сравните каждую новую строку с целевой строкой «METHINKS IT IS LIKE A WASEL» и дайте каждой оценку (количество букв в строке, которые являются правильными и находятся в правильном положении).
5. Если какая-либо из новых струн имеет высший балл (28), остановитесь. В противном случае выберите строку с наивысшим баллом и перейдите к шагу 2.

Для этих целей «символом» является любая заглавная буква или пробел. В книге Докинза не указано количество копий на поколение и вероятность мутации на букву; Примерами являются 100 копий и уровень мутаций 5%. Правильные буквы не «заблокированы»; каждая правильная буква может стать неправильной в последующих поколениях. Однако условия программы и наличие целевой фразы означают, что такие «негативные мутации» будут быстро «исправлены».

См. также

• Генетический алгоритм
• Возражения против эволюции
• Аналогия с часовщиком

Ссылки

• Докинз, Р. (1986) Слепой часовщик, издательство Оксфордского университета.

Внешние ссылки

• Множество примеров программ Weasel на различных компьютерных языках.
• The Weasel Applet («программа ласки», написанная на Java)
• Демо-апплет Dawkin's Weasel (в виртуальной лаборатории Университета Монаша)
• Talk.origins заявляет о модели CF011_1 WEASEL Докинза
• Веб-версия HTML/Javascript с открытым исходным кодом, созданная Дамианом Петерсоном.
• Скрипт Python с открытым исходным кодом от Иддо Фридберга.