蜂窝自动机（三）

8个水平盒，从左侧，第二，第四，第六箱黑色和其他白色

T0⟶水平盒，全白色

tn

该任务远非在CA中的琐碎，涉及E2和E3感官中出现的复杂性。 答案需要全球视角（有多少个细胞是整体格子中的白色（黑色）？）。 但是，小区只能在其中显式编码的本地规则工作：没有单个单元格可以进行计数。 理想的自动机应该找到一种方法来汇总信息的几个部分，以提供最终答案。 需要一种突出的计算来成功解决此密度分类任务。 已经证明，没有CA可以精确解决这个问题（见Land＆Belew 1995）。 然而，由于具有较大社区的CA实现了这种类型的任务，遗传算法用于有效地搜索解决方案空间（遗传算法是遗传演进的计算类似物，其中通过产生，组合和组合和选择解决方案;应用于分类问题的程序的细节对于我们的目的而言并不重要，但对于可访问的演示，请参阅Mitchell 2009：22;对于一般介绍，请参阅Mitchell 1998）。 以下是James Cruckfield和Melanie Mitchell（1995）发现的“规则φ17083”的图。 实现规则的CA从具有更多白色单元格的初始状态开始：

图5

图5

在时间步骤250（图5中未示出），灰色区域消失并且所有细胞最终是白色的，即，自动机制的分类是正确的。 发生的高级别描述将具有它的白色，黑色和灰色区域是“扩展”，“收缩”，“移动”，这些是计算其本地状态的细胞的低级工作的非线性效应，由此进行操作以便沿着格子携带信号。 但我们如何通过这种非线性动态解释这种表现的紧急计算CA？ 在以前的工程上建立在计算理论上适用于CA（Hanson＆Cruckfield 1992; Cruckfield＆Hanson 1993），Mitchell和Cruckfield从原始图中滤出了它们所谓的“域”，即动态均匀的空间区域（Cruckfield＆Mitchell 1995：10745）：

图6

图6

虽然在这种情况下，“域名”显现，但指出他们的定义严格数学是至关重要的。 域检测的整个过程可以进行算法（详见Hanson＆Cruckfield 1992）。 当域的边界随时间仍然在空间本地化时，域变为“粒子”：

嵌入式粒子是用于在长时空距离上携带信息（...）的主要机制。 （...）当粒子相互作用时执行信号上的逻辑操作。 CA的域，域壁，粒子，粒子和粒子相互作用的集合代表了CA行为中嵌入的基本信息处理元素 - CA的“内在”计算。 （Cruckfield＆Mitchell 1995：10744）

对于该自动机有五种稳定的颗粒（称为α，γ，δ，ε，μ）和一个不稳定的颗粒（β）：它们的相互作用（湮灭，衰减，反应）支持系统的紧急逻辑。 上图中的两个圆圈是在交互期间可能发生的例子。 在第一种情况下，α+Δ→μ，表示高，低，然后模糊密度的空间配置被映射到高密度信号μ; 在第二μ+γ→α中，表示高，模糊，然后低密度的空间配置被映射到模糊密度信号α（Cruckfield＆Mitchell 1995：10745）。 整个计算力学值得更详细地探索，但我们已经可以安全地概括到这一问题和相关工程的基本哲学点。

根据O'Connor和Wong 2015，在动态系统和复杂性研究的背景下，出现的是大多数作者的特征

严格就复杂系统人类知识的限制而言。 这种理论家的出现基本上是一个认识论，而不是形而上学的类别。 （O'Connor＆Wong 2015：SEC。2）

但Cruckfield-Mitchell方法表明了不同的角度。 首先，CA中的E2-和E2和E3和E3- isse中的E2-和E3-中的）计算属性可以客观地确定“在旁观者的眼中”，因为在基础级别没有明确编码，模式的检测和分类本身是算法。 其次，Cruckfield在某种意义上表征了这种诸如本质：新兴图案“在系统内是重要的”（Cruckfield 1994b：3），对系统外的观察者不仅重要。 更确切地说：它们在数学上基于系统的基本特征，尽管在程序的标准摘要表征中没有明确提到，即，CA细胞中实施的过渡规则（Crutchfield提及为非内在紧急现象Beloupov-Zhabotinsky反应的模式和费米，意大利面和乌拉姆的谐振子链中的能量复发，意大利面和乌拉姆 - 见Cruckfield 1994b）。

Cruckfield Infers来自这一点，许多出现情况确实不会降低与观察者的一些互动。 它们是内在现象的真正实例，而不是一些人偏见的发现的结果（Cruckfield 1994b：2）。 如果出现没有内在，科学活动确实是“模式发现”的主观企业：

为什么？ 仅仅因为没有这种封闭定义的出现导致观察者检测观察者检测模式的模式的无限回归......（Cruckfield 1994b：10）

概述Cruckfield的工作，米勒和页面说出现的概念

因此，从隐喻转变为措施，从某些东西可以通过电视魔法来识别可以使用标准统计来捕获的东西。 （米勒和第2007：234）

这些言论可能对训练有素的认识家听起来哲学天真。 例如，这不是明显的，即数学或特异性算法紧急模式的存在将阻止由非数学出现的假想的回归。 为什么科学作为（偶尔）非算法模式发现的活动是仅仅是主观的企业？ 如果这些权利要求以哲学上复杂的方式重新扣除，它们可能会挑战弱涌现的标准定义（在Chalmers 2002的意义上）。 例如，克拉克1992年，克拉克1996年和Batau 1997年全部运行“模式发现” - 作为一个主观观察者依赖的活动 - 与内在的出现实例 - 一种现象，就像我们刚才所看到的那样，可以在CA的背景下以客观和统计学意义为特征（参见出现突出属性的条目的相关部分）。

最后，在E4：出现作为不可压缩的展开。 Bedau 1997在这个意义上定义了宏观状态，以防才能通过直接模拟整体系统演化来源于系统的微组件的知识。 这里的想法是“作为预测需要仿真的现象现象”（Clark 2013：134）：E4-Excreent宏特征是那些只能通过直接建模微功能来预测的，没有计算快捷方式来压缩信息在微级。 根据克拉克的说法，首先要注意的是，这种出现的概念与至少一些以前的概率有所不同：E3-出现有这一点

紧急现象通常是精确的那些现象，其中复杂的相互作用产生了能力，能够支持预测的稳健性模式。 （同上）

也就是说，提供可压缩信息的模式。 接下来，虽然E4的表征，但在完全混乱的系统的情况下，Batau式的出现可能很好地工作，但它与规则φ17083这样的CA不符合良好。 根据所提出的定义，规则Φ17083给出的分类问题的答案是一个紧急现象，以防才能从t0到tn的唯一方法是明确模拟系统演化。

8个水平盒，从左侧，第二，第四，第六箱黑色和其他白色

T0⟶水平盒，全白色

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然而，事实证明，这不是这种情况。 使用Cruckfield的粒子模型可以通过简单地制作粒子计算来预测分类的结果，而不困扰底层动态（Hordijk，Cruckfield，＆Mitchell 1996）。 此后，CA中的新兴计算不会是Batau出现的情况。

出现的本体论呢？ Regraphers（Dennett 2003）和突出者哲学家（汤普森2007年）已经审查了CA中新兴模式的现实问题。 这是公平的是，迄今为止，CA文献并没有显着促进关于减速症纯粹神学方面的持续哲学辩论。 根据Mitchell-Crutchfield方法，通过计算检测到的CA模式不是IPSO，因此必须包含在本体中的新基元。 这可能是一种具有目标的CA的特征，在不取决于与观察者的相互作用的意义上，仍然可以通过合适的定义在本地性地降低更多基本实体（参见Kim 1999; Dennett 1991）。

3.2 CA和免费意志

哲学家们已经争论了确定主义与两千年之间的关系之间的关系。 有两个相反的立场可以采取问题：兼容性保持自由意志与确定性世界兼容，不兼容否认（见自由意志和兼容性的条目）。 令人惊讶的是，Daniel Dennett和Stephen Wolfram都认为采用CA透视可以提供解决方案，或者可能是一种解散的自由意志的长期神秘。

接受兼容性的主要障碍是我们的说服，即确定主义意味着不可避免的是（Dennett 2003：25）。 因此，我们可以通过对这种信念表现出直觉的反例来说，我们可以使兼容性可观：一个确定主义的世界，但是，这不是一切都是不可避免的，即，有些东西是可避免的（同上：56）。 Dennett保持CA可以这样做。 他将生命作为如何在一个确定性但复杂的世界中的一种生动插图，我们可以抽出远离底层和确定主义的微法，并描述了认真对待突出水平正在发生的事情。 回想一下库存滑翔机动态：

吞噬滑翔机的食物

食者1

T0食者2

T2食者3

t4

在T0，旨在预测这个时空区域的演变的观察者基本上是两种选择：她可以考虑（Dennett呼叫）物理级别，并在每个时间步骤计算每个单元格的值的像素 或者，她可以专注于设计级别，并采用高级概念，例如滑翔机和食子的高级概念，以建立她的预测（Dennett 2003：39）。 第一个选择是完全决定性的，但有一个缺陷：这是耗时的，以这样的方式，这是一个令人遗憾的是，当您完成所需的计算时，世界已经发展（这对通用CA尤其如此 - 因为我们已经在上面暗示了，并且应该很快扩展）。 第二个选项要更快：你知道没有多少计算会遇到食物的滑翔机发生了什么。 但预测不可能100％：

虽然在物理层面，但总体法律绝对没有例外，在设计级别，我们的概括必须被冻结：他们需要“通常”条款（......）。 早期活动的碎片杂散可以在此级别“破坏”或“杀死”本体中的一个对象。 他们的显着性是真实的东西是相当大的，但不能保证。 （Dennett 2003：40）

Dennett的观点是避免本身是一个高级概念。 因此，它与确定性底层兼容（因为出现级别的概念是通过设计独立于微法的概念）。 生命的物理描述和设计描述是对相同基本本体的不同解释，即CA的稀疏本体论。 虽然理论上我们可以避免引入紧急概念，但实际上它只是通过谈论滑翔机，运动和避免，我们可以了解系统的演变（Dennett 2003：43-44）。 即使在不知道生活的物理学，如果我们只提到高级模式，我们就可以做好未来。 生命只是一个玩具宇宙，但是，Dennett声称，这些新的直觉就足以看来，在一些确定性世界中，一些东西可以避免。 例如，滑翔机实际避免食物的设计水平是真实的。 因此，可以阻止从确定主义到不可避免性的推断。

答复丹尼特的论点包括否认生命避免是真实的避免。 Dennett本人在康拉德的口碑，一个虚构的怀疑论者在他的书中讨论了Dennett的想法，将这个论点的一个版本展示了：

它可能看起来像避免，但它不是真正的避免。 真正的避免涉及改变将发生在不会发生的东西的东西。 （Dennett 2003：58）

Reprasing Dennett的例子，我们可以在康拉德的论点中识别歧义。 想象一下，棒球会在脸上击中你 - 但你躲避它：一个明确的人类避免的情况。 在什么意义上是棒球“去”击中你的脸吗？ （Dennett 2003：59）人们可能会说它从来没有真正打击你，因为它引发了你所拥有的任何“避免系统”的反应。 这种避免和救命之间有什么区别？ 对于Dennett，这不是一种差异，而是复杂性：滑翔机和人类都有避免系统，但人类系统更复杂。 作为玩具宇宙的通用CA的选择使我们能够得出更强的结论：因为我们知道生活相当于通用图灵机，如上所述，宇宙中的一些模式可以至少与我们一样复杂地显示避免系统。 Dennett声称兼容性赢得了第一轮：

您同意（......）我已经转移了证据的负担：在没有安装支持的论证的情况下，从确定主义的任何感觉都不会推断不可避免。 （Dennett 2003：61）

Stephen Wolfram以雄心勃勃的语气地解决了他的书中自由意志的现象：

从本书中的发现，现在似乎似乎有可能对此进行解释[自由意志]。 而且，我认为，关键是计算不可制定的现象。 （Wolfram 2002：750）

当我们解释了自动化的普遍证明的哲学后果时，我们介绍了计算（或算法）不可可怕的问题，即，虽然系统遵循明确的基本法律，但其整体行为仍然可以拥有方面从根本上不能通过合理的法律描述“（Wolfram 2002：750）。 这再次通过逐步微计算通过逐步的可预测性问题。 在这种情况下，“系统的基本规则与其整体行为之间的分离”（Wolfram 2002：751）就是自由意志的秘诀，因为它似乎将自由意志归因于系统，只要“我们无法容易地预测系统的行为”（Wolfram 2002：751）。 根据Wolfram的说法，CA在提供新框架来了解这一现象的主导作用。 虽然最近提出了来自混乱理论和量子随机性的解释（见混乱的条目），但“诸如实际需要的情况下，没有任何东西”（Wolfram 2002：752）。 通过观察加利福尼亚州，我们可以了解如何与管理神经元的简单和明确的微观规则如何，可以产生无明显规则的行为：

至关重要的是，这只是通过系统的内在演变 - 无需从外面的任何额外输入或来自任何类型的无随机性来源。 （Wolfram 2002：752）

Wolfram的观点类似于Dennett的一些言论，即：采取某种“设计立场”，Wolfram表示可以谈论一个蜂窝自动机，好像它只是“决定”这样做或那件事，从而有效地归因于此对它的某种免费意志“（Wolfram 2002：752）。 一个容易看到Dennett着名的故意立场的亲密关系（Dennett 1987;参见有意的入口，尤其是第9节）。

CA对这些帐户有多重要？ Dennett和Wolfram都使用CA作为直觉泵。 然而，他们的立场似乎略有不同。 虽然前者认为CA是一个“有用的工具包”，以发展直觉并生动地说明他的争论（Dennett 2003：40），后者声称CA提供了“新的直觉”，一个“日常经历的分支”可以提供（Wolfram 2002：41）。

重要性Wolfram附加到CA似乎依靠单一，通用的“不可缺少的论点”，结论是“新型科学”的基础（Wolfram 2002：7-16）。 我们可以如下重建此论点：

（nks1）

CA Evolution的观察导致科学发现：“非常简单的规则产生高度复杂的行为”（Wolfram 2002：39）。

（nks2）

这一发现 - “新的直觉” - 解释旧的和新现象和揭示重要规律。

（nks3）

因此，我们目前的科学实践的核心（基于“旧直觉”）应彻底改变以适应这一发现。

（NKS1）将采用面值。 它需要涉及涉及的概念并未知道。 Wolfram在“我所做的单一令人惊讶的科学发现”（Wolfram 2002：27）方面会谈。 是（nks1）是真的吗？ 肯定的是，确定性和简单系统可能产生不可预测行为的想法，在Wolfram的工作之前，在科学界开始循环。 现在的迹象表明，现在的混乱理论可以追溯到19世纪19世纪初和20世纪初的迹象。，例如，对1914年的工作。一个人可能会允许CA允许发现简单的系统可以通过他们有不可预测的突出的证据来产生复杂的行为计算复杂性（尽管这一发现本身，如我们简短的历史部门所概述的，但却没有由Wolfram公布）。 为什么这个发现不是先前的？ Wolfram自己的诊断是双重的：一方面，我们有“工程”直觉，要制作一些复杂的东西，我们应该建立一些复杂的东西 - 这是因为这是普通机器的工作。 另一方面，CA并不明显与任何既定的纪律联系，因此他们没有在学术界中进行学习。

至于（NKS2），我们刚刚审查了自由意志的情况。 在Wolfram的角度来看，自由将看起来就像另一个令人费解的哲学现象一样，由（一种新的）科学的进步解释。 正如生活在发现双螺旋前的生命令人困惑，在发现合适的科学理论之前，自由将令人费解，最终能够考虑微型和宏观层之间的分离。 许多减少哲学家对这种争论没有陌生人。 当代哲学中使用的概念和直觉通常植根于目前的科学实践。 当突破性发现是作出的时，可能会修改旧的论点：麻烦的概念变得无害，介绍了新的挑战。 从这个角度来看，Wolfram对自由问题的叙述可能缺乏哲学严谨，但很有希望重新解决武装新科学模式和复杂性的新科学模式的挑战 - 几乎就像丹尼特一样。 虽然需要许多成功的应用程序来完全辩护（NKS2），但我们的第一次评估得出结论，至少这并不明显是假的。 至于（NKS2）所承诺的“新规律”，我们将在下一节中解决它们。

3.3 CA和计算哲学

CA是基于简单项目的集体行为执行复杂任务的计算系统。 如果有的话，它是否告诉我们系统本质上计算的重要性？

该领域的从业者绘制了不同的结论。 有些人已经获得了更适中的声明，即CA的计算特征对于理解和比较它们建模的社交，生物学和物理系统非常重要; 但其他人已经采取了CA，以支持在离散设置中的计算和信息处理的视图位于现实的基础上。 我们将探索下文第3.4节中的强大索赔。 至于较弱的索赔，这里不可能解决整个科学计算属性的一般重要性（参见Mitchell 2009：169-185）。 我们将专注于由Stephen Wolfram提出的特定和有争议的原则，即所谓的“计算等价原则”：

有各种方法可以说明计算等价的原则，但可能最常是说几乎所有未明显简单的进程都可以被视为等同的复杂性的计算。 （Wolfram 2002：716-717）