Коллектив Авторов - Цифровой журнал «Компьютерра» № 28

В 1980-е годы среди программистов была весьма популярна игра Core Wars. Суть её состояла в следующем: кодеры писали программы, которые должны были отключать друг друга; автор программы-"горца", разделавшейся со всеми остальными, считался победителем.

В конце 1980-х экологу Томасу Рэю пришло в голову, что Core Wars — прекрасный инструмент для изучения эволюции. Тогда он создал Tierra, программу, моделировавшую целый мир, населённый самовоспроизводящимися программами, которые при самовоспроизведении могли совершать некоторые ошибки. Собственно говоря, таким образом моделировались генетические мутации, наблюдаемые в живой природе.

Когда клонировавшиеся программы заполняли предоставленный им объём памяти, они начинали перезаписывать уже существовавшие копии. Тут-то и началось нечто удивительное. Если оригинальная программа имела 80 строк кода, то через некоторое время Рэй обнаружил программы с 79 строками, потом 78. А вылилось всё в появление программы длиной 45 строк, которая избавилась от собственной инструкции на самовоспроизведение и заменила её более коротким фрагментом кода, позволявший отнимать инструкции самовоспроизведения у более длинных программ.

Т.е. получился компьютерный вирус — вот уж, право, венец эволюции.

Avida в определённой степени является духовным наследником Tierra, хотя и более сложным. Кроме того, Avidians не могут использовать код друг друга, что слегка повышает их жизнеподобие.

Один из участников проекта, Лора Грабовски — сотрудница Университета Пан-Американ в Техасе — создала внутри Avida своего рода «пищевой градиент», где с каждой следующей ячейкой увеличивалось количество «еды», доступной авидийцам. Закономерным образом первое поколение авидийцев располагалось в первой ячейке, где «пищи» было меньше всего.

Около 100 поколений авидийцы жили, воспроизводились и «умирали» внутри одной и той же ячейки. Затем у одного из поколений, в результате рекомбинации компьютерной «ДНК», выработалась инструкция двигаться вперёд — т.е. в следующую ячейку, где «еды» было побольше.

Когда эти авидийцы попали в следующую ячейку, скорость их воспроизводства резко увеличилась. Спустя многие тысячи поколений их потомки уже добрались до последней ячейки, где «пищи» было больше всего.

Но даже тогда авидийцы не нацеливались на последнюю ячейку сразу. Они зигзагами перемещались по всей длине градиента, чувствовали, где пищи больше, и лишь постепенно добирались до основного её источника. В результате у них выработалась способность сравнивать ячейки друг с другом по количеству предоставленной пищи.

И вот это уже было подобием базового искусственного интеллекта: каждый авидиец должен был обладать способностью оценивать текущую ситуацию, изменить направление своего движения, если понадобится, затем оценить ситуацию заново.

В дальнейшем Грабовски поставила новый опыт: первичное поколение авидийцев было помещено в ячейки, где содержался цифровой код, указывающий, в каком направлении эти «искусственные существа» должны перемещаться, чтобы получить большее количество «пищи». Кроме того, в некоторых случаях в новых ячейках содержалась инструкция повторить предыдущее действие. Авидийцы постепенно выработали у себя способность интерпретировать и исполнять данную инструкцию. По словам Грабовски, получалось, что внешняя среда оказывала избирательное воздействие, так что организмы были вынуждены вырабатывать у себя некое подобие памяти, — что и происходило.

Грабовски отметила, что результаты её работы показывает: такие присущие живым существам сложные особенности, как память, могут выработаться в результате эволюции даже совсем примитивных «цифровых организмов». В доказательство Грабовски вывела авидийцев, которые будут двигаться в направлении источников света. Получившийся «геном» пересадили роботу-пылесосу Roomba — и получили именно то, что и ожидали (или не ожидали): робота стали отчётливо привлекать светящиеся лампочки.

Опыты подобного рода, хотя и привлекают интерес биологов, едва ли проливают свет на тайны эволюции биологической жизни. Но, во-первых, кое-какие правила проясняются.

А во-вторых, эксперименты, подобные этим, становятся всё более реальным способом создать разумную искусственную жизнь.

Обычно опыты с искусственным интеллектом предполагают попытки смоделировать на компьютере сразу достаточно сложное поведение, интеллект высокого уровня. В данном случае наоборот: эволюция запущена от самого «нуля».

Аналогичным можно назвать проект HyperNEAT, реализуемый под руководством Джеффа Клуна (Jeff Clune), также из Университета штата Мичиган. Цель проекта заключается в создании искусственного «мозга» для роботов.

Система HyperNEAT использует принципы эволюционной биологии для «выращивания» большого количества «цифровых нейронов» из очень небольшого набора первоначальных инструкций («генов»). Подобно тому, как в природе расположение клетки в эмбрионе часто определяет, во что она разовьётся потом и какие функции будет исполнять (т.е. станет ли клеткой сердечной мышцы, например, костной тканью или нейроном), координаты каждого искусственного нейрона в HyperNEAT становятся частью системы уравнений, в результате которых определяется его дальнейшая роль.

Таким образом удаётся создавать достаточно сложный «цифровой мозг». В свою очередь, традиционные нейронные сети предполагают, что каждая ячейка в сети кодируется уникальной (не повторяющейся в принципе) инструкцией.

В результате у Клуна «цифровые» мозги даже структурно напоминали реальный мозг — упорядоченные и симметричные. Это стало результатом того, что симметрия и упорядоченность вырабатывалась в самом начале.

Проверка эффективности осуществлялась достаточно просто: «цифровой мозг» — управляющая программа — загружалась в реального робота, которому затем предлагалось перемещаться по плоской поверхности. Если робот делал успехи, его управляющая программа сохранялась и подвергалась дальнейшей эволюции — что, опять же, предполагало копирование генов с привнесением в них рандомных ошибок.

В результате Клун смог вполне эффективно доказать, что его «эволюционные», симметричные и структурно упорядоченные «мозги» показывают куда лучшие результаты, чем другие эксперименты с искусственным интеллектом.

Искусственный разум, надо сказать, в ХХ веке стал изрядной «пугалкой» — все помнят, что должно было случиться 29 августа 1997 года в 2:14 по Восточному времени США по версии Кэмерона. «Матрицу» тоже все помнят. Хотя идеи, изложенные в этих блокбастерах даже на момент их выхода на экраны свежестью не баловали.