Амеба нашла решение сложной математической задачи быстрее компьютера

30 Декабря 2018, Владимир Кузнецов 8

Амеба — это простейшее существо, которое мы проходим в школе на одном из первых уроков биологии. Вряд ли кто-то считает амебу высокоинтеллектуальной особью, ведь у нее даже нет нервной системы в привычном нам понимании. Однако группа ученых из Токийского университета Кейо использовала этот одноклеточный организм для решения математической задачки. И на удивление амеба справилась с ней быстрее и эффективнее, чем мощный компьютер.

Задачка, которую предстояло решить, носит название «задача комивояжера». Она заключается в следующем: представьте, что вы коммивояжер, переезжающий из города в город, продавая свои товары. Вам нужно быть максимально эффективным, чтобы заработать как можно больше денег, поэтому вы хотите найти кратчайший путь, который позволит вам попасть в каждый город на маршруте следования. При этом не существует математической формулы, чтобы найти наиболее эффективный маршрут. Единственный способ решить проблему — вычислить длину каждого маршрута и посмотреть, какой из них самый короткий.

Но и это еще не все: расчет расстояния становится тем сложнее, чем больше городов добавляется к маршруту. Для 4 городов есть только 3 маршрута. А вот для 6 их уже 360. Это делает «задачу коммивояжера» одной из проблем, которую ученые называют «NP hard». То есть проблема, сложность которых возрастает по экспоненте даже из-за незначительного увеличения показателей. К такому же типу задач относится, например, майнинг криптовалют, поэтому находить их решение довольно важно на сегодняшний день.

В своей работе японские ученые использовали амебу Physarum polycephalum, а конкретнее — ее слизь, которую она распространяет в качестве «разведчика». Существо поместили в специальную камеру, в которой было множество каналов. В конце каждого из каналов исследователи разместили немного воды. Когда амеба получала воду — в одном из соседних каналов гас свет. Канал в данном случае был аналогом пути к городу из задачи.

Когда амеба дотягивается до воды, это влияет на вероятность того, что свет погаснет в каналах, являющиеся следующими городами на маршруте. Чем дальше расположен город, тем чаще в его канале будет гаснуть свет. Это может показаться невероятным, но добавление новых «городов» не увеличивало время, которое нужно затратить на решение задачи и путь по каналам всегда оставался кратчайшим. В отличие от компьютера, амебе не нужно было рассчитывать каждое конкретное расстояние, чтобы вычислить оптимальное. Вместо этого она реагирует на изменившиеся условия и определяет наилучшую возможную траекторию движения.

«Механизм, который влияет на скорость принятия решения амебой и то, как она вычисляет наиболее короткий путь до сих пор остается загадкой. Выяснив это, мы сможем найти пути быстрого решения сложных вычислительных задач и даже улучшить системы безопасности.» — говорит ведущий автор исследования Масаши Аоно.

Еще больше интересных и эксклюзивных материалов вы можете прочитать в нашей ленте в Яндекс.Дзен.

8 комментариев Оставить свой

  1. [email protected]

    Вероятно амёба понимает присутствие воды посредством чувствительности к изменениям плотности среды или электромагнетизма, как пример: Опыт с вращением водяной воронки на экваторе и удалением влево и вправо всего на несколько сантиметров закручивается по часовой или против часовой стрелки, а строго на экваторе вообще не закручивается. Амёба - сама по себе субстанция почти гелеобразная, практически одна вода. Вероятно сократительная вакуоль имеет автоматизм, подобный синусовому узлу миокарда, то есть работает на электрохимических реакциях, не просто так она сокращается, осуществляя обменные процессы, а если электрохимические, то зачем ей математика? Авторы статьи не упомянули о типе воды, которую применили (свойствах, электропроводности в микросименсах, насколько чистая вода была и была ли деионизирована, либо напротив - содержала мизерные доли ионов калия, кальция и т.п. )

    • Sergey1964

      [email protected], "Авторы статьи не упомянули о типе воды, которую применили"

      Авторы статьи, на мой взгляд, дали исчерпывающее описание объектов и методов. Статья есть в свободном доступе в full text, изучайте.

  2. teoretic

    Скоро амебы научаться майнить биткоен, и обрушат всю экономику человеков!

  3. alex_345p

    Ничего необычного в поведении амебы нет.Автоматически работает рационализация поведенческих реакций,которые(предположительно) закреплены в рефлексах,как это описывается в коментарии [email protected]
    В отношении к математике-не согласен,математика очень хорошо описывает процесс рационализации поведенческих реакций на абстрактном уровне.Это очень интересная тема,но не хочу ее раскрывать в деталях.Это не для общего пользования.

  4. a-ft0r

    "Эта букашка умнее двух букв И, со своей одной, но зато настоящей.

  5. ice7

    Амеба обладает простейшим сознанием и как "живой квантовый компьютер" одновременно вычислив все множество решений, выбирает правильное, ничего удивительного

  6. Serhio

    Никакого отношения к задаче коммивояжера приведенный пример не имеет. Во всяком случае, в том виде, как здесь описано.
    И да, в отличии от авторов я знаю, что означает NP.

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.