神奇!變形蟲將成為未來派計算機 能夠解決複雜計算問題

2020-12-05 3DMGAME

變形蟲是地球上最簡單的生物之一,但是變形蟲作為單細胞生物,主要是由凝膠狀的原生質構成,比之前人們預想的更加智能化,甚至可以進行一些複雜的計算。研究人員發現變形蟲具有獨特的計算能力,未來可與傳統計算機相媲美。日本慶應義塾大學研究員Masashi Aono帶領研究小組使用變形蟲解決了一個被稱為「旅行推銷員問題(TSP)」的流行性難題。

這是一個優化問題,目標是找到幾個城市之間的最短路線,確保能訪問每個城市,同時,起點和終點都是相同的。研究人員進行了調整,讓變形蟲「變形」,成為一個「64條腿晶片」。

在實驗中,每條「腿」代表推銷員路線上的一個有序城市。研究人員將變形蟲放在晶片中心,然後把晶片放在瓊脂平面頂部。這隻變形蟲被限制在晶片中,但仍然可以進入64個通道。

為了最大限度地吸收營養物質,變形蟲試圖在晶片內部膨脹,從而儘可能地接觸瓊脂。為了實現以上實驗目標,研究人員使用光線,這是變形蟲不喜歡的,用於阻擋某些路線或者「腿」。

伴隨著城市數量的增加,由於優化最短路線的可能性解決方案眾多,傳統計算機解決該問題所需的時間呈指數級增長。例如:對於4個城市,可能只有3 條可能存在的最短路線,但對於8個城市而言,最短路線解決方案可能呈指數級增長,可達到2520條。

研究人員發現,變形蟲可能在一段時間裡找到幾乎最優化的解決方案,但是這種解決方案只能隨著城市數量從4個增加至8個而線性增長。變形蟲通過不斷地將凝膠以恆定速度重新分布在非晶體中,以及通過並行處理光反饋,而不是串行處理。目前,研究人員正在研製一種電子版變形蟲,它能夠複製這種獨特方式去解決這個問題。

研究人員稱,該研究結果可能促進新型模擬計算機的發展,使複雜優化問題能夠在線性時間裡獲得近似的解決方案。Masashi Aono在接受媒體記者採訪時稱,用於解決N個城市旅行推銷員問題的放射狀晶片中,當變形蟲最終找到一個近似解決方案時,變形蟲的身體總面積將增加N倍。

變形蟲似乎有一條「定律」,它提供凝膠物質,以恆定的速度在不發光的通道中擴張。然而,變形蟲如何保持近似溶液的質量,也就是實現最短路線的機制仍是一個未解之謎。研究人員還預測稱,通過製造更大的晶片,變形蟲能夠解決數百個城市的「旅行推銷員問題」,雖然這可能需要數萬個通道。

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