Технології

Амеба знайшла розв’язання складної математичної задачі швидше комп’ютера

Амеба — це найпростіше істота, яку ми проходимо в школі на одному з перших уроків біології. Навряд чи хтось вважає амебу високоінтелектуальної особиною, адже у неї навіть немає нервової системи в звичному нам розумінні. Проте група вчених з Токійського університету Кейо використовувала цей одноклітинний організм для вирішення математичної задачі. І на подив амеба впоралася з нею швидше і ефективніше, ніж потужний комп’ютер.

Амеба

Задачка, яку треба було вирішити, носить назву «завдання комивояжера». Вона полягає в наступному: уявіть, що ви комівояжер, який переїжджає з міста в місто, продаючи свої товари. Вам потрібно бути максимально ефективним, щоб заробити якомога більше грошей, тому ви хочете знайти найкоротший шлях, який дозволить вам потрапити в кожне місто на маршруті прямування. При цьому не існує математичної формули, щоб знайти найбільш ефективний маршрут. Єдиний спосіб вирішити проблему — обчислити довжину кожного маршруту і подивитися, який з них найбільш короткий.

Але і це ще не все: розрахунок відстані стає тим складніше, чим більше міст додається до маршруту. Для 4 міст є тільки 3 маршруту. А ось для 6 їх вже 360. Це робить «завдання комівояжера» однією з проблем, яку вчені називають «NP hard». Тобто проблема, складність яких зростає по експоненті навіть з-за незначного збільшення показників. До такого типу завдань належать, наприклад, майнінг криптовалют, тому знаходити їх рішення досить важливо на сьогоднішній день.

У своїй роботі японські вчені використовували амебу Physarum polycephalum, а конкретніше — її слиз, яку вона поширює в якості «розвідника». Істота помістили в спеціальну камеру, в якій було безліч каналів. В кінці кожного з каналів дослідники розмістили трохи води. Коли амеба отримувала воду — в одному з сусідніх каналів гас світло. Канал в даному випадку був аналогом шляху до міста із завдання.

Коли амеба дотягується до води, це впливає на ймовірність того, що світло згасне в каналах, які є наступними містами на маршруті. Чим далі розташоване місто, тим частіше в його каналі буде гаснути світло. Це може здатися неймовірним, але додавання нових «міст» не збільшувало час, який потрібно витратити на вирішення завдання і шлях по каналах завжди залишався найкоротшим. На відміну від комп’ютера, амебі не потрібно було розраховувати кожне конкретне відстань, щоб обчислити оптимальне. Замість цього вона реагує на зміну умов і визначає найкращу можливу траєкторію руху.

«Механізм, який впливає на швидкість прийняття рішення амебою і те, як вона обчислює найкоротший шлях до сих пір залишається загадкою. З’ясувавши це, ми зможемо знайти шляхи швидкого вирішення складних обчислювальних завдань і навіть поліпшити системи безпеки.» — говорить провідний автор дослідження Масаші Аоно.

Механізм, який впливає на швидкість прийняття рішення амебою

 

Related Articles

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *

Close