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Game启示录第六章—游戏演化证明人类非最佳天选
2017-11-21 14:38:39 来源: 】 浏览:次 评论:0

 《Game启示录》的上一篇文章讲到了进化论,而这一篇文章,我们会继续讲一下进化论。不是站在科学和哲学的角度上来讲,而是站在“游戏”的角度来讲。这篇文章不会像上一篇一样那么多概念,而是会讲一些好玩的“游戏实验”,相信读者会感兴趣。好了,且跟笔者来。

进化论的不可思议
达尔文进化论在刚刚发表的时候,世人几乎都不相信,包括主流科学界也是如此。想想也是,人类这么复杂的生物,怎么可能通过进化而来?不说别的,就说人类的眼睛,视网膜、视神经、晶状体、玻璃体、巩膜、角膜等等等等,这些构造都不能单独发挥作用,但是结合在一起却能完美合作!眼睛这么复杂的器官居然能由进化而来,这就像随手抓了一把碎铁块往桌上一撒,自动组合成了一块欧米茄机械手表一样。确实很难想象,也很难接受。
自从进化论提出之后,整整一百年间,随着不断有新的证据补充进来,以及“性选择”理论对进化论的完善,主流科学界慢慢接受了这一理论。但仍然,科学家无法通过任何实验证明,或证伪它,而无法被证伪的理论,恐怕只能停留在“学说”这一层面了。不过,在上个世纪中期,一个计算机实验——或者说是一个游戏——改变了这一切。
游戏和进化论
约翰·霍兰德(John Henry Holland),是世界上第一位计算机科学博士,是复杂理论和非线性科学的先驱,遗传算法之父。约翰老爷子当年可是学霸中的学霸,拿到全额奖学金进入麻省理工学院,专门研究用计算机来模拟自然界的生物进化。老爷子设计了一个“吃豆游戏”的实验,用来模拟生存策略的“进化”。这个“吃豆游戏”可不是 Pacman,不过也说不定 Pacman 是从这个实验获得的灵感呢。
 
约翰老爷子在“吃豆游戏”中,设计了一个长宽各10个格子的迷宫,迷宫外围都是墙。然后把50颗豆子随机放在这100个格子里,也就是每个格子50%的概率有豆子,50%的概率没有。然后再把一个“吃豆人”放在迷宫里,让它往上下左右走,也可以随机走,也可以停下不动,也可以吃掉格子里的豆子。这样,一个吃豆人就有7种行为指令:向上走、向下走、向左走、向右走、随机走、停下和吃豆。然后给吃豆人一个“生存策略”,也就是一个有200个行为指令的序列,每个指令就是以上7种中的一个,再把这个可怜的笨家伙放到迷宫里随机的一个格子中,执行这个“生存策略”。最后,规定出评分标准:吃到一个豆子得10分,执行吃豆指令但是格子里没有豆子扣1分,撞一下墙扣5分。然后用总得分来评价每一个“生存策略”的优劣,准备工作完成,游戏开始了。
游戏最初随机生成了200个“生存策略”,每个都在迷宫中跑了一遍,结果让人吃惊!随机的“生存策略”真的......真的......真的很烂,最高得分是-81分,最差的是负-800多分,也就是撞墙撞的头晕。不过,别急,游戏才刚刚开始,进化策略登场了。
 
约翰老爷子设计了一个“遗传算法”,也就是把那些得分稍高一点的“生存策略”(其实也就是负的不太多的得分)保留下来,然后用这些“生存策略”产生下一代。也就是用两个“生存策略”中的行为指令序列,随机各取一半,组合成一个新的“生存策略”,相当于模拟两性繁殖。接着,用新一代的“生存策略”,继续在迷宫里测试。这次,奇迹真的产生了。
经过了三百代的进化,最高分数已经超过了400分,而进化到一千代时,最高得分出现了——483分——这个策略几乎已经吃掉了所有的豆子。要知道吃豆人对迷宫里的豆子分布是完全没有概念的,不像我们站在上帝视角可以知道哪里有豆子,可以去哪里吃。在没有全局视角的情况下,完全通过探索和路径规划,能几乎吃完所有的豆子,这是非常不可思议的。
更加不可思议的是,约翰老爷子和他的助手,开始分析这个获得最高得分的“生存策略”,发现它并没有任何直观规律可言。它并没有类似:如果当前格子有豆子就吃、如果没有豆子就往某个方向走、如果撞到墙就反向走等等逻辑上的策略。一句话来总结就是:大自然的精妙,不是人类的逻辑可以总结出来的!
这个“吃豆游戏”,第一次在人类的眼前,实实在在地展示出了“自然选择”的力量。即便是从随机的、烂到不能再烂的策略开始,只要经过一千代的进化,就能形成非常有效的,甚至人类都无法设计出的精妙结构。
在“自然选择”面前颤抖吧,人类!
最强的排序算法
最佳的“生存策略”可以由进化而来,读者应该已经有点小震撼了。其实在逻辑领域,也有从随机进化出逻辑的故事,这就是最强排序算法的由来。笔者是计算机专业出身,所以想到了这个计算机算法领域的故事。不是计算机专业出身的读者也不必担心,不了解计算机算法并不影响感受故事背后的震撼。
 
先解释一下什么叫排序算法。就是一个计算机程序,你给它很多杂乱无章的数字,比如:48、21、75、3、299、37,然后它帮你从小到大(也可以从大到小)排好次序:3、21、37、48、75、299。排序,就是排好顺序,不难理解嘛。排序算法的难度并不大,但是做到快速和简洁,却是不容易的事情。
人类发明了的排序算法有很多种,什么冒泡排序、插入排序、希尔排序,而最快最简洁的一个算法,就叫做“快速排序”,真有自信哦。这就像一家公司,取名叫“全球最大”一样——全球最大科技服务公司——很厉害的样子。但,人类总是会高估自己,哪怕是在这种纯逻辑领域,也会有来自进化力量的挑战。
计算机科学家丹尼?希利斯(Danny Hillis),是连结机器(ConnectionMachine,诞生于上世纪80年代的一种超级计算机)的首要设计者,拥有30多项专利,也是互联网先驱、世界最早的互联网用户之一,世界上第三个域名的注册者(老值钱了)。
希大叔有句名言:“只有两种方法能制造出结构极其复杂的东西,一个是依靠工程学,另一个是通过进化。而在两者中,进化能够制造出更加复杂的东西。”希大叔做了这样一个实验,他在算法库里放入了很多“排序体”,每一个排序体都是一堆随机代码。这些随机代码各有各的作用:有的可能会对调两个数字的位置,有的可能把一个数字放在另一个之后,有的甚至什么都不做。
希大叔也应用了约翰老爷子一样的进化策略:用一堆“排序体”对数字做排序,然后留下排序准确度较高的“排序体”,再通过合并方案把两个“排序体”合并成新一代的“排序体”。就这样循环往复,经过了大约一万代的进化,希大叔得到了一个小怪物——一个史上最强的排序算法——除了能完美地对数列进行排序以外,最具讽刺的是,它恰好比人类设计出来的最短算法,还要少一步!
写到这里,笔者也在想一个话题,人类的文明发展至此,我们能够“设计”出很多精美的工具,但是不是反而离自然造物的艺术,越来越远呢?
进化史上的if
看了两个好玩也有触动的“游戏实验”,我们是不是可以把脑洞放的再大一点。生物的进化是靠着自然选择,生物生存环境的些许变化,最终可能会对生物进化进程产生巨大影响。那么我们是不是可以在生物进化史上做点实验,稍微改变一下自然环境,模拟一下进化过程上的如果?
比如,如果空气中的含氧量稍微再多1%,那么人类的平均身高和体重可能会增加20%?如果臭氧层再薄一点,紫外线的强度就会增加很多,那么人类的皮肤颜色说不定会黑到发紫?更不要说,如果基因的变异方向稍有不同,我们也许手上只有四只手指,或者压根就没有手指,靠着章鱼一样的小吸盘来抓东西?
估计有读者又要开始后悔花时间读这么一篇乱文章了,呵呵,笔者理解,但多放开一下想象力,从另一个角度来看我们每天所见所闻所想的事物,不把这些事物看作是必然的,而是想一想它们从何而来?为何如此?还可以如何?这不是一件很有意思的事情吗。
对于身边的事情,当我们有了想法,就可以去做嘛,看看事情的走向跟想法是否一致。但,生物进化史呢?如何在这么大的时间尺度上去验证一些想法,甚至为人类的进化去“选择”一条道路呢?这就提到了一个不错的游戏——《孢子》,它虽然不是一个科学实验,但它确实给很多玩家提供了一个“重来一次进化”的体验。
 
《孢子(SPORE)》是一款非常有创意的游戏,玩家扮演的是数十亿年前的单细胞生物,通过吃绿藻和其他生物逐步进化,从海洋进化到陆地上,从单个生物进化为社群生物,再至发展出文明和科技,最终探索外太空。坦白来说,笔者并不是这款游戏的粉丝,原因是游戏内容多而杂,品质并不高,游戏性也比较一般。但是,这款产品必须要列入值得终身收藏的经典游戏列表中,原因就是它的多样性。几乎没有两个玩家打造出来的生物是一样的,甚至一些生物......怎么说呢,读者自己看吧......
 

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