цифровое моделирование эволюции

[mtz]

sergey zhukov
Любой разговор про такие модели на уровне "околобиологии" лично я считаю бесперспективным изначально.
Хотелось бы вот чего. Вы обрисуйте контуры программного продукта (пусть даже какой-то вариант из NetLogo), и вот на основе уже конкретных программных элементов и процессов поясняйте свою мысль. Ведь все, о чем здесь в теме упоминалось - сами конкуренты, функции конкурентов, окружающая среда, энтропия системы, простой перебор, саморегуляция и т.п - можно формализовать лишь применительно к конкретному цифровому варианту. И цель такой формализации - проверить (хотя бы мысленно, а лучше с расчетами) что модель будут работать и результаты этой работы хотя бы похожи на реальное положение дел в живой природе. Да пусть даже не очень похожи, главное чтобы не противоречили. В любом случае это начнется содержательный разговор по существу темы, и в нем уже можно применять известные (физике, химии, математике) знания, т.е в разговоре появится точность, а значит и возможность аргументировать.
А когда все смешано в одну кучу, т.е "околобиология" на уровне -

sergey zhukov в сообщении #1488036 писал(а):

Например, такая простая модель: репликаторы в наследство передают свой цвет со случайными мутациями

То здесь мне даже непонятно на что возразить. Функция памяти - вы её подразумеваете уже как данность. А ведь это ключевая функция репликатора (и хищника), и если мы не знаем, как программный элемент ранее приобрел эту функцию (модифицировался), то каким образом вы себе представляете моделирование изменения этой функции (модернизации)? Каким образом у вас автоматически получается это "в результате" -

sergey zhukov в сообщении #1488036 писал(а):

В результате цвет популяции следует за цветом окружающей среды,...

для меня загадка (ну т.е я даже не представляю, что надо сделать программисту чтобы написать код этой связи).

В общем еще раз пришлось сказать своё мнение - биология лишь мешает в такой теме. (Точнее она применяется по ходу разговора, чтобы убедиться, что модель не превращается в "сферического коня в вакууме", но не более).
Сам я вот изначально попытался перевести разговор в такое русло -

mtz в сообщении #1487178 писал(а):

Я бы предложил для симулятора другую модель: "А жрет Б, Б жрет В, В жрет А". Замкнутая саморегулирующаяся система, где сами конкуренты и являются ресурсами.

но как-то не задалось продолжение.
Автор темы тоже пока не смог сформулировать достаточно ясно своё видение.
Может у вас получится предложить что-то конкретное, годное к обсуждению.
(я вот жду-недождусь когда научные мужи начнут рассчитывать энтропию в такой, пусть даже очень примитивной, модели, как свяжут с тактующим ГСЧ и т.д., т.е предметно будет обсуждаться биологическая цифровая модель в аспекте известных знаний по термодинамике - получится междисциплинарный разговор, в котором царица - математика с её строгостью, а не биология с её туманностью и человеческим фактором)

[sergey zhukov]

mtz в сообщении #1488052 писал(а):

Вы обрисуйте контуры программного продукта

Я говорю, что этот продукт не даст никаких результатов за время моей жизни. Так что даже и пытаться не буду.

[mtz]

sergey zhukov в сообщении #1488059 писал(а):

mtz в сообщении #1488052 писал(а):

Вы обрисуйте контуры программного продукта

Я говорю, что этот продукт не даст никаких результатов за время моей жизни. Так что даже и пытаться не буду.

Вот это оно и есть, слабое место "классического подхода цифрового моделирования эволюции". Не только у вас руки опускаются, а у любого, кто знаком с законами статистики. Такая модель просто напросто неработоспособна (культурно выражаясь "биологам не хватает вычислительных ресурсов для такого моделирования").

Попробую зафиксировать этот классический подход на наглядном примере. Пусть в такой модели источник "строительства нового вида" у нас будет ГСЧ01, цифровой шум. Образно - бросаем монетку, и ждем, когда выпадет нужная (полезная, в вашем примере "желтый цвет") серия, например это сто раз подряд выпадет орлом. Естественно ждать упаримся.

Теперь про то, о чем я выше, про подход когда разделение на "проектную документацию" и "непосредственно строительство". Тот же ГСЧ01, собственно все так же в модели, за одним важным отличием - имея на руках "проект", мы уже не ждем нужную серию целиком, а вытаскиваем из неё нужные нам "кирпичи" по мере их поступления (условно один кирпич - это три раза подряд выпал орел, что случается часто), т.е занимаемся строительством практически в режиме реального времени, много сокращая длительность промежутка до того момента, когда приобретем нам нужное ("желтый цвет"). Вот такая модель уже может успешно отработать, выдать результат не просто при нашей жизни, а много раньше (условно - за неделю).
Единственная сложность - как получить эту самую "проектную документацию" программным путем. Ведь источником для этого является тот же самый ГСЧ01, та же самая рандомность. Вот эта сложность, она и есть, на мой взгляд, достойный предмет обсуждения. Можно использовать ту часть математики, которая применительно к хаосу. Из физики наверно подойдет термодинамика и еще много чего известного. В любом случае в науке формализованы процессы которые вроде как должны протекать долго, а протекают достаточно быстро. Осталось лишь переложить такие знания на язык данной модели.
Примерно так. Но, конечно, для такого разговора нужна большая креативность участников. Одной большой эрудицией тут не обойтись.
Сам я слаб и в том и в этом, но уверен что здесь на форуме есть люди обладающие этими качествами (впрочем наверно и есть обладающие лишь эрудицией, но не креативностью, но из них получаются отличные высококачественные критики, без которых просто невозможно создавать что-то новое).

[sergey zhukov]

mtz в сообщении #1488070 писал(а):

Попробую зафиксировать этот классический подход на наглядном примере

Вы рассуждаете тут так же, как Докинз, когда он иллюстрировал работу эволюционного механизма. Он говорил так. Допустим, компьютер с генератором случайных чисел должен написать некоторое заданное слово из десяти букв. За одну итерацию компьютер выдает десять случайных букв. Если нужное слово не сложилось, начинаем следующую попытку. Понятно, что среднее время ожидания успеха будет очень велико. Этот пример приводят, говорит он, когда хотят сказать, что случайной перетасовкой мусора на свалке нельзя получить самолет. Это совершенно верно.

Но есть другой вариант. После генерации десяти случайных букв они сравниваются с буквами целевого слова, и совпавшие буквы больше не меняются случайным образом. Они попали в точку (соответствуют проекту) и перестают меняться. Далее тасуются только не совпавшие буквы. Скорость, с которой мы получим результат в этом случае, просто несравнимо выше, чем в первом. Это уже не та случайная перетасовка мусора. Здесь каждая деталь, случайно оказавшася на своем месте, приклеивается туда и больше в случайной перетасовке не участвует. Такой перетасовкой мусора действительно можно собрать самолет.

Далее он говорит примерно так (я по памяти) "Конечно, в этом примере есть определенное жульничество, т.к. целевое слово я задаю сам. Оно у меня в модели не получается само собой. Но в реальной ситуации оно все же существует, хотя и трудно указать точно, каким образом оно формируется".

Мы можем разбить работу эволюционного механизма на две части: случайная перетасовка деталей (простая часть) и отбор из случайного спектра элементов, которые подходят согласно некоторому критерию (сложная часть). Как вы и говорите, критерий сам складывается эволюционно, поэтому он - просто один из участников эволюционного процесса, такой же, как все остальные. Можно сказать так: все живые существа и критерии отбора коэволюционируют. Все это крайне запутано и сложно.

[epros]

sergey zhukov в сообщении #1488090 писал(а):

Мы можем разбить работу эволюционного механизма на две части: случайная перетасовка деталей (простая часть) и отбор из случайного спектра элементов, которые подходят согласно некоторому критерию (сложная часть).

Методом целенаправленного отбора можно получить то, что мы хотели. Только вот где он, этот целенаправленный отбор? Укажите целевую функцию.

[sergey zhukov]

epros
Именно. Вся сложность - в функции отбора.

[epros]

Сложность, по-моему, только в том, что её нет. Ни в модели, "цифровой эволюции", которую пытался предложить ТС, ни в эволюции земной жизни её не было (до того, как жизнь уже развилась во что-то).

[mtz]

sergey zhukov в сообщении #1488090 писал(а):

Можно сказать так: все живые существа и критерии отбора коэволюционируют. Все это крайне запутано и сложно.

А ни кто и не обещал что это легко.
Главное в том, что нам неизвестно фактов что это (такое коэволюционирование) невозможно реализовать в виде модели (сначала формализовать, далее описать математикой и далее загнать математику комп, получив тем самым симулятор физического процесса, ну или пусть "симулятор биологической эволюции" для буквоедов).
Наберусь наглости и скажу - как раз известны примеры что такое возможно. Отдаленно ассоциативно - ОТО Эйнштейна. В каком-то образном смысле это ведь тоже коэволюция, если на философском языке "пространство и время определяют движение материи, а движение материи в свою очередь изменяет пространство и время". Пусть и непростой математикой удалось же, симуляторы выдают результаты соответствующие тому, что наблюдаем на практике. Может пример и не очень удачный, далекий от этой темы, но просто вот что факт успешного решения есть, он получается если мозгами потрудиться, природа здесь не ставит нам ограничений.
Докинзу, конечно, проще. Говори да говори. Ему не надо с головой погружаться в это "запутано и сложно". Но думаю здесь у некоторых участников хорошо "рука набита" в такие погружения (физика, математика, программирование и т.п), оттого и разговор может стать хоть сколь полезным.

[sergey zhukov]

mtz
Да. Это наглость, конечно. Докинз в этом вопросе авторитетнее нас с вами точно будет. И он точно лучше нас знает, как все сложно и еще сложнее, чем мы думаем.

Я вам в десятый раз говорю - нет принципиального непонимания, как симулировать эволюцию. Этого всего лишь нельзя сделать быстро. Любая быстрая и простая модель ничего интересного не дает, а любая медленная и сложная, которая потенциально способна дать что-то интересное - ну просто очень медленная. Ничего тут не поделаешь.

ОТО тут не в тему, конечно. Как решать систему уравнений, где все от всего зависит - это все мы отлично умеем. А вот как решать систему уравнений, которой в начале процесса нет?

[epros]

sergey zhukov в сообщении #1488111 писал(а):

нет принципиального непонимания, как симулировать эволюцию. Этого всего лишь нельзя сделать быстро

Без целевой функции? Даже если Вы получите огромные ресурсы, которые позволят быстро просчитать сложную модель, ничего интересного Вы не получите.

[sergey zhukov]

epros
Да как-то ведь целевая функция возникает и эволюционирует в биологическом мире? Ее же изначально не было, а теперь она явно есть. Этого же Вы не отрицаете? То же должно и в матмодели произойти. Не думаю, что состояние вечного хаоса вообще устойчиво.

[mtz]

sergey zhukov в сообщении #1488111 писал(а):

А вот как решать систему уравнений, которой в начале процесса нет?

Да как нет-то начала! Все формы жизни состоят из атомов. Чем вас атом не утраивает как начало?
Физика, за ней химия и т.д. Биология - это лишь следствие более фундаментальных причин.
Я же предлагал образ "прионов", простейшее с чего можно начать - молекула саморасподающаяся при превышении количества атомов в ней. Тогда начало (среда модели) - это вот подобие атомов (нам даже не нужны их физ.свойства). Изменение среды - ну можно придумать что-то навроде "изменяем температуру облака атомов" или еще что-то. В любом случае эту систему уже как-то можно подвести к уравнению, наверно даже решать количественно. При одной температуре прионы реплицируют так-то, при другой по другому - вот сравнение общей энтропии системы в том и другом случае, неужели это невозможно формализовать? Надо хоть с чего-то начать, а потом уже введем обратную связь. Ведь более теплолюбивые прионы размножаясь быстрее, изменяют и температуру "облака атомов" в которой находятся все, и они сами и их конкуренты. А конкуренты, соответственно, в ответ на жару, могут случайным образом найти обратную функцию, ту что понижает температуру.
Ну что-то типа этого. Думать надо много и много знать чтобы запустить такую модель даже хотя бы в мысленной форме для содержательного разговора (такого, где уравнения появятся). Лично у меня не пропадает надежда, что люди такого уровня мышления здесь есть. Сам я слаб, в чем признаюсь честно.

[sergey zhukov]

sergey zhukov в сообщении #1488116 писал(а):

Чем вас атом не утраивает как начало?

Вот в такой-то модели результатов и придется ждать веками. Вы что, воображаете, что промоделируете в своем компьютере хотя бы ничтожную долю атомов от тех, которые существовали на Земле в то время, когда она была так же проста? Что вы вообще промоделируете хотя бы несколько белковых молекул быстрее, чем они реагируют друг с другом в натуре? В пробирке воды содержится $10^{20}$ молекул воды. Вы даже этого до конца жизни промоделировать не в состоянии более менее точно. А я уверен - если бы жизнь зарождалась в обьеме одной пробирке, ее бы вообще никогда не возникло. Если же в этой пробирке будут содержаться молекулы белка, а обьем пробирки составит целое море, то что вы будете делать?

[mtz]

sergey zhukov в сообщении #1488124 писал(а):

sergey zhukov в сообщении #1488116 писал(а):

Чем вас атом не утраивает как начало?

Вот в такой-то модели результатов и придется ждать веками. ...

Что ж, я понял, атом вас не устраивает. Точнее что вы меня поняли не так, как я хотел сказать. Надо мне было сказать "шарики, которые мы называем атомы", может так было бы понятнее. В компьютере такой атом - это просто запись, условный номер элемента. Нам даже координаты его не нужны чтобы моделировать, ибо алгоритм программы (это я про "прионы") это лишь перегруппированные, обычная реляционная база данных. И для начала можно было обойтись сотней таких "атомов", маленьким кибероблаком в котором "плавают" три кибер"приончика". Достаточно чтобы начать считать энтропию входа/выхода такой системы.

Ну хорошо, остановимся на том, что я не разделяю вашего пессимизма, а вы не разделяете моего оптимизма. Переубедить друг друга все равно не сможем, да и незачем.

[epros]

sergey zhukov в сообщении #1488116 писал(а):

Да как-то ведь целевая функция возникает и эволюционирует в биологическом мире?

Не думаю, что это имеет смысл. Да, естественный отбор в сложившемся биоценозе есть. Он обеспечивает равновесие, т.е. ликвидирует отклонения вида от того идеала, который лучше всего подходит под занимаемую им экологическую нишу. Причём вбрасывание совсем уж чуждого для биоценоза вида может приводить к разрушению этого биоценоза. И у биосферы в целом никакой целевой функции нет.