Биокомпьютер, построенный на основе одноклеточной амебы, решил знаменитую «задачу коммивояжера» для 8 городов быстрее современного компьютера

Так как у амеб нет ничего даже отдалённо напоминающего центральную нервную систему, это делает их наименее подходящими кандидатами для решения задач такой сложности. Тем не менее, японские исследователи обнаружили, что некоторые виды амёб можно использовать в качестве своеобразных «процессорных модулей» для биокомпьютеров будущего…

«Группа исследователей из Университета Кейо в Токио доказала, что амеба способна решать знаменитую «задачу коммивояжера» и при определенных условиях может обогнать по скорости вычислений компьютер. 

Необычайно умное существо называется Physarum polycephalum (дословный перевод с латинского языка «многоголовая слизь«).

 

«Physarum polycephalum уже использовалась ранее в качестве биологического компьютера в нескольких других экспериментах. Данное существо считают особенно полезным в биологических вычислениях, потому что она может расширять различные области своего тела в поисках более эффективного способа получения пищи, и она ненавидит свет.

Чтобы превратить этот естественный механизм питания в компьютер, японские исследователи поместили амёбу на специальную пластину с 64 каналами, в направлении которых животное могло вытягивать тело. Амёба постоянно пытается расширить тело, чтобы покрыть как можно большую площадь пластины с питательным веществом. Тем не менее, каждый канал в пластине можно осветить, что заставляет амебу из чувства отвращения к свету убраться из этого канала.

Для моделирования задачи коммивояжера каждому из 64 каналов на табличке был присвоен код города между A и H, в дополнение к номеру от 1 до 8, который указывает порядок городов (порядок городов соответствует порядку их посещения коммивояжёром).

Для программирования амёбы исследователи использовали нейронную сеть, которая включала данные о текущем положении амебы и расстоянии между городами, чтобы осветить определённые каналы. Нейронная сеть была обучена с большей вероятностью освещать города (каналы) с бóльшими расстояниями между ними.

При взаимодействии алгоритма и амёбы последняя принимает форму, которая представляет приблизительные решения задачи коммивояжера. Самое интересное, что количество времени, которое требуется амёбе для получения этих почти оптимальных решений, растёт линейно, хотя количество вариантов решения увеличивается экспоненциально. В ближайшее время исследователи собираются изготовить чипы с десятками тысяч каналов, чтобы амёба могла попробовать решить задачу коммивояжера на сотнях городов.»

 

«Решения «задачи коммивояжера», полученные вычислительной системой на основе амёбы.
Примеры туров коммивояжёра по четырём, пяти, шести, семи и восьми городам, полученные в экспериментах,
где каждый тур окрашен в красный цвет на соответствующих каналах с правого рисунка.
Левые панели показывают переданные светлые изображения начальных состояний»

«Выяснилось, что микроорганизм почти всегда решает эту задачу идеально точно. И скорость принятия решений увеличивается линейно при усложнении задачи, хотя в IT-науке рост вычислительных операций в этом случае должен расти по экспоненте. Это трудно объяснить с позиции науки, поэтому эксперименты продолжаются. Сейчас заказаны пробирки с архитектурой для имитации десятков тысяч объектов-кормушек – интересно наблюдать за поведением амебы при таком лавинообразном усложнении условий задачи.

Ученые пока не совсем поняли механизм, благодаря которому одноклеточному организму удается выбрать кратчайший маршрут, но, если удастся поставить на службу науке таких вот амеб, возможно, они помогут пересмотреть подход не только к существующим алгоритмам вычисления, но и к компьютерным системам безопасности, считают исследователи.»

Научная статья опубликована 19 декабря 2018 года в журнале Royal Society Open Science (doi: 10.1098/rsos.180396).

Для справки: 

Задача коммивояжёра (англ. Travelling salesman problem, сокращённо TSP) — одна из самых известных задач комбинаторной оптимизации, заключающаяся в поиске самого выгодного маршрута, проходящего через указанные города хотя бы по одному разу с последующим возвратом в исходный город. В условиях задачи указываются критерий выгодности маршрута (кратчайший, самый дешёвый, совокупный критерий и тому подобное) и соответствующие матрицы расстояний, стоимости и тому подобного. Как правило, указывается, что маршрут должен проходить через каждый город только один раз — в таком случае выбор осуществляется среди гамильтоновых циклов. Существует несколько частных случаев общей постановки задачи, в частности, геометрическая задача коммивояжёра (также называемая планарной или евклидовой, когда матрица расстояний отражает расстояния между точками на плоскости), метрическая задача коммивояжёра (когда на матрице стоимостей выполняется неравенство треугольника), симметричная и асимметричная задачи коммивояжёра. Также существует обобщение задачи, так называемая обобщённая задача коммивояжёра.

Оптимизационная постановка задачи относится к классу NP-трудных задач, впрочем, как и большинство её частных случаев. Версия «decision problem» (то есть такая, в которой ставится вопрос, существует ли маршрут не длиннее, чем заданное значение k) относится к классу NP-полных задач. Задача коммивояжёра относится к числу трансвычислительных: уже при относительно небольшом числе городов (66 и более) она не может быть решена методом перебора вариантов никакими теоретически мыслимыми компьютерами за время, меньшее нескольких миллиардов лет.

Осознание самого себя как основного Пользователя своего вещественного тела

Больной, проснитесь! Вас уже вскрывают…
Наталья Резник

 

Для каждого человека существует только то, что он самостоятельно ощутил, а затем обдумал, обмозговал, продумал, пережил, прочувствовал, придумал и т.д., т.е. самостоятельно познал и осознал.

 

Если человек познал и осознал «что-то», то это «что-то» для него существует!

 

Сегодня я попытаюсь помочь читателям осознать самих себя. Уверен, что у многих получится… 

 

Проведем мысленный эксперимент.
Этап №1. Представим себе простой персональный компьютер и попробуем ответить на несколько простых вопросов:

 

Вопрос N1. Возможно ли получить доступ к «мыслям» компьютера, изучая излучение его процессора?
Ответ N1. Нет. Процессор ничего и никуда не излучает. Современные исследователи изучают исключительно ПЭМИН (Побочные ЭлектроМагнитные Излучения и Наводки) процессора и не более того!

 

Вопрос N2. Возможно ли получить доступ к «мыслям» компьютера, изучив досконально устройство его процессора?
Ответ N2. Нет. Ведь компьютеры не «думают»! Думает исключительно Пользователь компьютера! Процессор компьютера только участвует в процессе мышления, обрабатывая восприятия компьютера и предоставляя информацию Пользователю для принятия решений.

 

Вопрос N3. Может ли быть у компьютера несколько различных Пользователей?
Ответ N3. Да.

 

 

Этап №2. Представим себе более мощный компьютер, который:
  • представляет собой образец очень продвинутого ИИ (искусственного интеллекта), какой только вы в состоянии себе представить;
  • имеет центральный процессор, который состоит из 10100 элементов, а по своему быстродействию превосходит все остальные компьютеры планеты Земля вместе взятые;
  • превосходит знания всего человечества, так как только на начальном этапе своего развития в его базу знаний включили знания поисковой системы Google, которую он изучил, обобщил и систематизировал на первом этапе, а затем и многократно дополнил своими личными знаниями и опытом. 

 

Таким образом эти компьютеры стали обладать умом (вычислительными способностями) намного превосходящим ум людей, а  их разум (накопленные опыт и знания) многократно превзошли знания всего человечества. Соответственно и интеллект (совокупность всех свойств ума и всех свойств разума) рассматриваемого компьютера превзошел человеческий интеллект во всех отношениях…

 

Конечно же, процессоров у более мощного компьютера будет намного больше, чем у персонального компьютера и они будут намного сложнее, но ответы на интересующие нас вопросы практически ничем не будут отличаться от полученных ранее и касающихся банального персонального компьютера.

 

 

Этап №3. Представим себе, что компьютеры в процессе своей эволюции превратились в некие биокомпьютеры, которые стали по своему внешнему виду и поведению совершенно неотличимы от хорошо известных нам людей. Они научились:

  • самостоятельно размножаться (производить себе подобных);
  • искать новые источники энергии (источники питания своих тел) и применять их в своей деятельности;
  • передвигаться не только по поверхности планеты Земля, но и посещать иные планеты;
  • ….
Заменим слово компьютер в составленных ранее нами вопросах словом человек, а слово  процессор заменим на слово Мозг и посмотрим, что получится в итоге… А ведь принципиально ничего опять не изменилось… Изменился только уровень развития (эволюции) объекта «компьютер» — «биокомпьютер» — «человек»  и не более того… 

Вопрос N1. Возможно ли получить доступ к «мыслям» человека, изучая излучение его Мозга?
Ответ N1. Нет. Мозг ничего и никуда не излучает. Современные исследователи изучают исключительно ПЭМИН (Побочные ЭлектроМагнитные Излучения и Наводки) Мозга и не более того!

Вопрос N2. Возможно ли получить доступ к «мыслям» человека, изучив досконально устройство его Мозга?
Ответ N2. Нет. Ведь человеки не «думают»! Думает исключительно Пользователь человекаМозг человека только участвует в процессе мышления, обрабатывая восприятия человека и предоставляя информацию Пользователю для принятия решений.

Вопрос N3. Может ли быть у человека несколько различных Пользователей?
Ответ N3. Да.

Для решения стоящих перед современным человечеством задач современным исследователям необходимо срочно начать изучать наши «Я» (Пользователей наших вещественных тел), которых мы не ощущаем и не видим своими глазами, но в состоянии проявлять их в форме Личностей человеческих существ! 

 

Ведь это и есть процесс олицетворения (о-лице-творения), в течение которого наши «Я» обретают свои Лица!

 

 

Читать далее 

Есть ли Бог? Ответ суперкомпьютера

Создали ученые самый мощный супеpкомпьютеp на планете Земля и решили испытать его, задав ему вопpос, на который никто однозначно так и не может ответить до сих пор:

  • Есть ли Бог?

Суперкомпьютер подумал немного и отвечает:

  • Для ответа недостаточно инфоpмации, подсоедините меня ко всем дpугим мощнейшим суперкомпьютерам на планете Земля.

Ученые повздыхали, а делать нечего, подсоединили. Опять спpашивают:

  • Есть ли Бог?

Суперкомпьютер опять подумал и отвечает:

  • Для ответа недостаточно инфоpмации. Подсоедините меня ко всем персональным компьютерам на планете Земля.

Ученым тpудно было это сделать, но они все-таки подсоединили супеpкомпьютер ко всем персональным компьютерам. Опять задают тот же вопpос. Суперкомпьютер подумал и говоpит:

  • Для ответа недостаточно инфоpмациии. Подсоедините меня ко всем компьютеризированным устройствам на планете Земля, в том числе и ко всем смартфонам.

Ученым напряглись и это сделали. Опять задают тот же вопpос:

  • Есть ли Бог?

Суперкомпьютер отвечает:

  • Для ответа недостаточно инфоpмациии. Подсоедините меня ко всей информации, систематизированной поисковыми машинами планеты Земля.

Ученые сделали и это. Опять задают вопрос:

  • Есть ли Бог?

Суперкомпьютер в очередной раз подумал и отвечает:

  • Для ответа недостаточно инфоpмациии. Подсоедините меня ко всей информации, хранящейся в облачных хранилищах на планете Земля.

Ученые постарались и это сделали. Опять задают все тот же вопрос:

  • Есть ли Бог?

И наконец-то получили ответ:

  • Тепеpь уже есть…

«То, что один человек называет Богом, другой называет Законами физики.»
Никола Тесла (англ. Nikola Tesla)

Читать далее 

Несколько слов о самом мощном компьютере на планете

pc_21062016_2В Китае создан самый мощный суперкомпьютер в мире. Производительность суперкомпьютера составляет 93 петафлопс, а это значит, что он может выполнять 93 квадриллиона вычислений в секунду, а 10,65 миллиона ядер китайского чуда техники заставляют Титан системы Cray Xk7, самый мощный суперкомпьютер США, в котором ядер всего лишь 560 000, чувствовать себя неловко. Впрочем, Титан находится на третьем месте рейтинга, в котором значатся целых 500 суперкомпьютеров со всего мира. Тем не менее новенький Sunway TaihuLight выдаёт целых 16% от общей их мощности. Несмотря на впечатляющие возможности, компьютер ещё и потребляет мало энергии. Обычно много энергии расходуется оперативной памятью, но TaihuLight использует для вычислений значительно меньший объём ОЗУ, нежели его собратья.

Одновременно с появлением TaihuLight Китай занял лидирующее место по количеству суперкомпьютеров. В Китае их 167, в США же 165 компьютеров, обозначенных в рейтинге. Что касается российских суперкомпьютеров, в рейтинг TOP500 их попало всего семь, самый мощный из них — “Ломоносов-2” из МГУ, он занимает 41 позицию.

17 экзафлоп к 2020 году — это уже не фантастика!

17-ekzaflop-k-2020-goduБританская компания Optalysys собирается в начале 2015 года продемонстрировать прототип инновационного оптического компьютера, в котором вычисления будут производиться на скорости света. В случае успешного продвижения данной технологии её разработчики надеются увидеть подобные ПК, которые по производительности будут конкурировать с экзаскалярными суперкомпьютерами, на рабочих столах пользователей по всему миру.

Описание оптических компьютерных технологий включает в себя несколько конкурирующих направлений. В основе их лежит использование света вместо электричества. Обычно здесь вместо традиционных транзисторов с их электронами используются оптические с фотонами, так же бывают оптоэлектронные устройства, где между традиционными транзисторами используются оптические линии связи.

Optalysys предлогает свой собственный подход. Здесь используется маломощный лазер, направляемый на состоящую из жидких кристаллов сетку, принцип работы которой напоминает жидкокристаллический дисплей. К каждой ячейке-пикселю прикладывается электричество, она меняет прозрачность, за счёт чего проходящий через неё свет также изменяется. Сложные алгоритмы отвечают за подачу напряжения на ячейки, а проходящие через них лучи улавливаются приёмником. Здесь анализируется дифракция, проводится анализ Фурье, позволяя выполнять сложные математические расчёты. Можно использовать множество сеток, что позволяет вести параллельные вычисления.

У светового компьютера есть два огромных преимущества перед традиционные: вычислительная мощность на уровне суперкомпьютеров и низкое энергопотребление. Кроме того, если в кремниевых процессорах, несмотря на всю их скорость, вычисления происходят последовательно, то здесь луч света попадает на все кристаллы одновременно, так что число вычислений в единицу времени может исчисляться сотнями тысяч или миллионами, выполняемыми со скоростью света.

Что касается энергопотребления, приблизительная оценка говорит о расходе на электричество в размере $3500 в год, тогда как самый производительный (34 петафлоп) современный суперкомпьютер ежегодно обходится в $21 млн. К 2017 году Optalysys собирается представить световой компьютер Optical Solver производительностью 9 петафлоп (плюс дополнение для традиционных суперкомпьютеров производительностью 1,32 петафлоп). Это будет только начало: в 2020 году производительность должна будет достичь 17,1 экзафлоп. Запланированный же на будущий январь прототип будет обладать производительностью 340 гигафлоп.

Для справки:

дека- (101)
гекто- (102)
кило- (103)
мега- (106)
гига- (109)
тера- (1012)
пета- (1015)
экза- (1018)
зетта- (1021)
иотта- (1024)

Читать далее 

Судный день: «Мой центральный процессор — самообучающийся процессор на базе нейронных сетей»

truenorth-5Чипы TrueNorth, первый нейросинаптический процессор, работающий на принципах головного мозга и разработанные компанией IBM, будут обучены на данных, которые были сгенерированы человеческим мозгом. По мнению разработчиков нейроморфоного компьютера, структура которого основана на принципах организации головного мозга человека, процессоры смогут извлечь из массива данных смысл, сообщает Wired.

Компьютеры, принцип работы которых основан на принципах работы головного мозга, будоражили общественность, начиная со знаменитой фразы, произнесенной Арнольдом Шварценеггером в фильме Терминатор 2: Судный день: «Мой центральный процессор — самообучающийся процессор на базе нейронных сетей».

Понимая огромные перспективы этого направления, в последние годы многие группы ученых и инженеров работали над созданием электронных аналогов головного мозга и, что вполне предсказуемо, первой к финальной черте пришла компания IBM, проводившая исследовательские работы в рамках программы DARPA SyNAPSE. Представленный компанией первый нейросинаптический процессор TrueNorth может стать основой кардинальных изменений, которые затронут буквально все, начиная от смартфонов и заканчивая автомобилями-роботами. Кроме этого такой процессор может стать базой для построения масштабных нейронных сетей, вычислительная мощность которых приблизится к способностям головного мозга человека.

В состав нейросинаптического процессора TrueNorth входит миллион программируемых электронных нейронов и 256 миллионов программируемых синапсов, способных обеспечить передачу сигналов от одного нейрона к другому. Все эти элементы организованы в 4096 нейросинаптических вычислительных ядер, в состав которых входят вычислительные, коммуникационные модули и память. Все эти ядра способны работать параллельно, подобно тому, как работают различные участки головного мозга. Такая архитектура позволяет преодолеть узкое место традиционной архитектуры процессоров, которое не позволяет одновременно передавать инструкции и оперативные данные по одному и тому же пути.

«Мы еще не создали полный аналог мозга» — рассказывает доктор Дармендра Модха (Dharmendra Modha), основатель группы Cognitive Computing в компании IBM Research,— «Но мы приблизились практически вплотную к реализации масштабируемых вычислительных технологий, основанных на принципах работы мозга».

Читать далее