提交 714c7dba 编写于 作者: W wizardforcel

5.

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这些碰撞是 CA 规则 110 中的计算基础。 如果您将太空船视为通过电线传播的信号,并将碰撞视为计算 AND 和 OR 等逻辑运算的门,那么您可以看到 CA 执行计算的意义。
## 5.7 通用性
为了理解通用性,我们必须理解可计算性理论,它关于计算模型和计算的东西。
最通用的计算模型之一是图灵机,它是由艾伦图灵在 1936 年提出的一种抽象计算机。图灵机是一个一维 CA,两个方向上都是无限的,并增加了一个读写头。在任何时候,头部都位于一个细胞上。它可以读取该细胞的状态(通常只有两种状态),并可以将新值写入细胞中。
此外,该机器还有一个寄存器,用于记录机器的状态(有限数量的状态之一)和一张规则表。对于每个机器状态和细胞状态,表格规定一个操作。操作包括修改头部所在的细胞,并向左或向右移动一个细胞。
图灵机并不是计算机的实际设计,但它模拟了常见的计算机体系结构。对于在真实计算机上运行的给定程序,(至少原则上)可以构造一个执行等效计算的图灵机。
图灵机很有用,因为它可以刻画一组图灵机可以计算的函数,这就是图灵所做的事情。 这个集合中的函数被称为图灵可计算的。
说图灵机可以计算任何图灵可计算函数,是一个赘述:根据定义它是真的。 但图灵可计算性比这更有趣。
事实证明,任何人提出的每个合理的计算模型都是图灵完备的;也就是说,它可以计算与图灵机完全相同的一组函数。 其中一些模型,如 lamdba 演算,与图灵机非常不同,所以它们的等价性令人惊讶。
这种观察产生了丘奇-图灵理论,它基本上定义了可计算的含义。 这个“理论”是,图灵可计算性是可计算性的正确,或至少是自然定义,因为它描述了这种计算模型的多样化集合的威力。
CA 规则 110是另一种计算模型,其简单性非常出色。 它也是通用的,为丘奇-图灵理论提供了支持。
在“A New Kind of Science”中,沃尔夫勒姆阐述了这个理论的一个变种,他称之为“计算等价性原理”:
几乎所有不明显的简单过程,都可以看作是具有复杂性相同的计算。
更具体来说,计算等价性原理表明,在自然界中发现的系统可以执行达到最高(“通用”)级别的计算能力的计算,并且大多数系统实际上实现了这种最高级别的计算能力。 因此,大多数系统在计算上是等效的(参见 <http://mathworld.wolfram.com/PrincipleofComputationalEquivalence.html>)。
将这些定义应用于 CA,第一类和第二类“显然很简单”。 第三类可能不那么明显,但在某种程度上,完美的随机性就像完美的顺序一样简单;复杂性存在于中间。 所以 Wolfram 声称第四类行为在自然界中很常见,并且几乎所有表现它的系统在计算上都是等价的。
## 5.8 可证伪性
沃尔夫勒姆认为,他的原则比丘奇图灵理论更强大,因为它是关于自然界的,而不是抽象的计算模型。但是说自然过程“可以看作计算”,使我觉得像理论选择的陈述。而不仅仅是自然世界的假设。
此外,对于像“几乎”和“明显简单”这样的未定义术语的资格,他的假设可能是不可证伪的。可证伪性是科学哲学的一个观点,由卡尔波普尔(Karl Popper)提出,作为科学假说与伪科学之间的界限。如果一个假设是假的,并且有一个实验,至少在实用性领域,它能反驳这个假设,那么这个假设是可证伪的。
例如,地球上的所有生命都来自共同祖先的说法是可证伪的,因为它对现代物种(在其他东西中)的基因相似性做出了特定的预测。如果我们发现了一种新物种,它的 DNA 与我们的 DNA 几乎完全不同,那么这就反驳了共同血统理论(或者至少引起质疑)。
另一方面,所谓“神创论”,即所有物种都是由超自然力量创造出来的,是不可证实的,因为没有任何我们可以观察到的,与自然世界相矛盾的东西。任何实验的结果都可以归因于创作者的意志。
不可证伪的假设可能有吸引力,因为不可能反驳它们。如果你的目标是永远不会被证明是错误的,你应该尽可能选择不可证伪的假设。
但是,如果你的目标是对世界做出可靠的预测 - 而这至少是科学的目标之一 - 那么不可证伪的假设是无用的。问题是他们没有结果(如果他们有结果,他们将是可证伪的)。
例如,如果神创论是真实的,那我知道它有什么好处呢?它不会告诉我任何造物主的事情,除了他有一种“对甲虫的非常喜爱”(归因于 J. B. S. Haldane)。不同于共同血统理论,它通告许多科学和生物工程领域,理解这个世界或者为之行动是没有用的。
## 5.9 这是什么模型?
![](img/5-6.png)
图 5.6:一个简单物理模型的逻辑结构
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