الأوتوماتون الخلوي لكود

📅 آخر تحديث: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة
تكوين بسيط في نموذج كود الخلوي. تمر الإشارات عبر سلك مصنوع من خلايا في الحالة 1 (أزرق) مغلفة بخلايا في الحالة 2 (أحمر). يدور قطاران من الإشارات في حلقة، ويتكرران عند نقطة تفرع على شكل حرف T على جزء مفتوح من السلك. يتسبب القطار الأول (7-0) في كشف الطرف المغلف من السلك. أما القطار الثاني (6-0) فيعيد تغليف الطرف المكشوف، مما يجعل السلك أطول بخلية واحدة مما كان عليه سابقًا.

آلة كود الخلوية هي آلة خلوية (CA) ابتكرها عالم الكمبيوتر البريطاني إدغار إف. كود في عام 1968. وقد صُممت لإعادة إنشاء عالمية الحساب والبناء لآلة فون نيومان الخلوية ولكن بعدد أقل من الحالات: 8 بدلاً من 29. أظهر كود أنه من الممكن صنع آلة ذاتية التكاثر في آلته الخلوية، بطريقة مشابهة للمنشئ العالمي لفون نيومان ، لكنه لم يقدم أبدًا تطبيقًا كاملاً.

تاريخ

في أربعينيات وخمسينيات القرن العشرين، طرح جون فون نيومان المشكلة التالية: [ 1 ]

  • ما نوع التنظيم المنطقي الكافي لكي يتمكن جهاز آلي من إعادة إنتاج نفسه؟

استطاع بناء آلة خلوية ذات 29 حالة، وبالتالي بناء مُنشئ شامل . وبناءً على عمل فون نيومان، وجد كود آلة أبسط ذات ثماني حالات. [ 2 ] وقد عدّل هذا من سؤال فون نيومان.

  • ما نوع التنظيم المنطقي اللازم لكي يتمكن جهاز آلي من إعادة إنتاج نفسه؟

بعد ثلاث سنوات من عمل كود، عرض إدوين روجر بانكس في أطروحته للدكتوراه نموذجًا لأتمتة خلوية رباعية الحالات، قادرة أيضًا على الحوسبة والبناء الشاملين، لكنها لم تُنفذ آلة ذاتية التكاثر. [ 3 ] وفي أطروحته للماجستير عام 1973، عدّل جون ديفور قواعد كود لتقليص حجم تصميمه بشكل كبير. وعُرضت محاكاة لتصميم ديفور في المؤتمر الثالث للحياة الاصطناعية عام 1992، مُظهرةً الخطوات النهائية للبناء وتفعيل نمط النسل، لكن لم تتم محاكاة التكاثر الذاتي الكامل إلا في العقد الأول من الألفية الثانية باستخدام برنامج غولي . وفي عام 1984، أجرى كريستوفر لانغتون تعديلًا آخر على الأتمتة الخلوية لكود لإنشاء حلقات لانغتون ، مُظهرًا التكاثر الذاتي بعدد خلايا أقل بكثير من العدد اللازم للتكاثر الذاتي في القواعد السابقة، على حساب فقدان القدرة على الحوسبة والبناء الشاملين. [ 4 ]

مقارنة مجموعات قواعد CA

كاليفورنياعدد الولاياتالتناظراتالحوسبة والبناء العالميانحجم الآلة ذاتية التكاثر
فون نيومان29لا أحدنعم130,622 خلية
كود8الدوراننعم283,126,588 خلية [ 5 ]
التهام8الدوراننعم94794 خلية
بنك 4 ( الأتمتة الخلوية بنك 4 )2 - 4 [ 6 ] [ 3 ]الدوران والانعكاسنعمحوالي 100,000,000,000 خلية
حلقات لانغتون8الدورانلا86 خلية

مواصفة

يمكن تحريك ذراع البناء في برنامج كود CA إلى موضعه باستخدام الأوامر المذكورة في النص. هنا، يدور الذراع إلى اليسار، ثم إلى اليمين، ثم يكتب خلية قبل أن يتراجع على طول المسار نفسه.

تحتوي خوارزمية كود الخلوية على ثماني حالات يتم تحديدها بواسطة جوار فون نيومان ذي التناظر الدوراني.

يوضح الجدول أدناه مسارات الإشارات اللازمة لإنجاز مهام مختلفة. بعض مسارات الإشارات تتطلب فصلها بفراغين (الحالة 1) على السلك لتجنب التداخل، لذا يظهر مسار إشارة "التمديد" المستخدم في الصورة أعلاه هنا على أنه "70116011".

غايةقطار الإشارات
يمتد70116011
امتداد_يسار4011401150116011
تمديد_يمين5011501140116011
التراجع4011501160116011
retract_left5011601160116011
التراجع_يمين4011601160116011
علامة701160114011501170116011
مسح601170114011501160116011
حاسة70117011
كاب40116011
حقن_الغمد701150116011
حقن_المشغل60117011701160116011

مُنشئ حاسوبي شامل

صمّم كود حاسوبًا ذاتي التكاثر باستخدام الأوتوماتا الخلوية، استنادًا إلى آلة وانغ W. إلا أن التصميم كان ضخمًا للغاية لدرجة أنه لم يُطبّق حتى عام 2009، عندما وضع تيم هاتون نموذجًا واضحًا له. [ 5 ] احتوى تصميم كود على بعض الأخطاء الطفيفة، لذا يختلف تطبيق هاتون اختلافًا طفيفًا، سواء في النموذج أو في مجموعة القواعد.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ فون نيومان، جون؛ بيركس، آرثر دبليو. (1966). " نظرية الأوتوماتا ذاتية التكاثر " . www.walenz.org. مؤرشف من الأصل بتاريخ 5 يناير 2008. تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 يناير 2012 .
  2. ↑ كود، إدغار ف. (1968). الأوتوماتا الخلوية . دار النشر الأكاديمية، نيويورك.
  3. 1 2 بانكس، إدوين (1971). معالجة المعلومات ونقلها في الأتمتة الخلوية . أطروحة دكتوراه، معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، قسم الهندسة الميكانيكية.
  4. ↑ لانغتون، سي جي (1984). "التكاثر الذاتي في الأوتوماتا الخلوية" (ملف PDF) . فيزيكا د: الظواهر غير الخطية . 10 ( 1-2 ): 135-144 . Bibcode : 1984PhyD...10..135L . doi : 10.1016/0167-2789(84)90256-2 . hdl : 2027.42/24968 .
  5. 1 2 هاتون، تيم ج. (2010). "حاسوب كود ذاتي التكاثر" ( ملف PDF) . الحياة الاصطناعية . 16 (2): 99-117 . doi : 10.1162/artl.2010.16.2.16200 . PMID 20067401. S2CID 10049331. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 2012-02-05 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2010-08-01 .  
  6. ↑ "إثبات روجر بانكس للحوسبة الشاملة في الأوتوماتا الخلوية" .