https://gizat.kz/tags/computer-science/ Блог Гизата Маханова о бизнесе, продуктовом менеджменте, акваскейпинге и других интересах ru Aegea 11.3 (v4134) Блог Гизата Маханова о бизнесе, продуктовом менеджменте, акваскейпинге и других интересах 9 https://gizat.kz/all/ca/ Fri, 01 Mar 2019 09:09:00 +0500 https://gizat.kz/all/ca/ <h2>Введение</h2> <p>Если отбросить часть теории эволюции, где обезъяна превращается в человека, то у этой теории есть интересные применения.</p> <p>Поколение за поколениями, все биологические объекты (животные, растения, бактерии) прошли через какие-то изменения. С каждым изменением биологический вид лучше приспосабливался к  изменениям в окружающей среде, соответственно учился выживать. В результате нашу планету населяют сильные, натренированные биологические объекты, поведения которых мы можем имитрировать при создании технологий и поиска ответов на разные социальные феномены.</p> <p>Например, изучая принципы работы мозга человечество создало искуственные нейронные сети, которые используются для таргетирования рекламы на вашей ленте. Другой пример — летающие роботы, которых создали изучая поведения летучих мышей.</p> <p>Сегодня хочу рассказать подробнее про то, как компьютерная наука имитирует функции клеток.</p> <h2>Клеточный автомат</h2> <p>Клеточный автомат — это модель; попытка человечества имитировать поведение клеток.</p> <p>Возьмем некий отрезок биологической ткани и разложим на сетке. Представим, что в каждой ячейке этой сетки сидит клетка. У каждой этой клетки есть соседи — другие клетки. Также у каждой клетки есть свое состояние — живая (1) или мертвая (0).</p> <div class="e2-text-picture"> <img src="https://gizat.kz/pictures/grid.jpg" width="776" height="602" alt="" /> </div> <p>На примере выше мы смотрели на двухмерную сетку, но эти сетки могут быть многомерными. Но для простоты мы далее рассмотрим одномерную сетку.</p> <div class="e2-text-picture"> <img src="https://gizat.kz/pictures/grid-1d-full.jpg" width="970" height="216" alt="" /> </div> <p>Как и в примере выше, у каждой клетки в одномерной сетке есть соседи — клетка справа и слева (за исключением самых крайних двух). Также состояние каждой клетки мы обозначим 1 (живая клетка) или нулем (мертвая клетка).</p> <div class="e2-text-picture"> <img src="https://gizat.kz/pictures/grid-1d-full-neighbors.jpg" width="977" height="214" alt="" /> </div> <p>Чтобы проследить как эти клетки меняются со временем (эволюционируют), нам необходимо внедрить понятие времени. Все клетки в нашей первичной сетке живут в одном и том же времени; принадлежат одному поколению. Значит новое поколение мы можем показать другой сеткой такой же длины и вставить ниже. Так мы создадим несколько поколений.</p> <p>Итак, мы разобрались с приницпами существования клеток в пространстве компьютерных битов. <b>Оставется важный вопрос: как меняются новые поколения?</b></p> <h2>Правило 184</h2> <p>Это, пожалуй, самая важная часть клеточных автоматов. Представим, что состояние (0 или 1) одной клетки в поколении определяется тремя соседствующими клетками предыдущего поколения.</p> <div class="e2-text-picture"> <img src="https://gizat.kz/pictures/grid-1d-full-neighbors-evolution.jpg" width="2214" height="926" alt="" /> </div> <p>Таким образом, чтобы определить состояние каждой клетки в поколении, нам необходимо посмотреть на состояние каждой тройки клеток из предыдущего поколения. Это правило называется «Правилом 184» или «Правилом дорожного движения».</p> <p>Представим отрезок одностороней дороги, где могут поместиться три автомобиля. Все они едут слева на право. Автомобиль может занять только свободную ячейку впереди. Таким образом мы можем представить восемь сценариев:</p> <div class="e2-text-picture"> <img src="https://gizat.kz/pictures/rule184.jpg" width="1793" height="914" alt="" /> </div> <p>Это и есть «Правило 184».</p> <p>Есть множество таких правил, которые можно применить для имитации разных феноменов. Например, одно из таких правил создает узоры как у улиток.</p> <div class="e2-text-picture"> <img src="https://gizat.kz/pictures/bio-snail.jpg" width="800" height="600" alt="" /> </div> <h2>Применение</h2> <p>Закончим с теорией и перейдем к программированию и визуализации клеточных автоматов по правиле 184. Мы нарисуем мертвую клетку белым цветом, а живую черным. Каждая строка — это одно поколение.</p> <div class="e2-text-picture"> <img src="https://gizat.kz/pictures/example-1.png" width="468" height="482" alt="" /> </div> <p>На картинке видно как скопление клеток в первых поколениях (верхняя строка) «движется» налево. Если представить мир автомобилей, то это скопление автомобилей переходит назад, или другими словами, дорожная пробка притормаживает движение автомобилей сзади.</p> <div class="e2-text-picture"> <img src="https://gizat.kz/pictures/examples-many.png" width="477" height="482" alt="" /> </div> <p>Это конечно не идеальное отражение сложных механзимов дорожных пробок, но помогает симулировать разные сценарии развития пробок.</p> <h2>Эпилог</h2> <p>Мы рассмотрели самый простой пример клеточного автомата. С более сложными моделями можно создать целый мир клеток, которые могут существовать «сами по себе» — размножаться, питаться, и умирать.</p>