没人提东京地铁的实验吗?这篇文献里面有数学解释而且是活生生的仿生学哎!
2010年1月22日 ScienceMag Vol.327
实验用到的是
Physarum polycephalum,是最早人工培养的一批真核生物细胞,分类上暂时放到了变形虫门。长什么样子大家也都见到了,他们一般会把真菌孢子、细菌等等作为食物。黏菌是真核生物!不是粘液细菌!
实验很简单,用黏菌避光的特性,用光斑模拟海岸线和地形,在东京附近重要的地铁站对应的位置放上食物:
这是只有海岸线的时候,黏菌铺张、求出最省连通路径的过程图:
下面是用光的强度模拟水域和地势的结果,灰度越高代表光强度越弱(海拔在海平面以上同时越低)。
专业的建模分析就不赘述了,科学家最后的原理是黏菌形成的微网络当中,“远路”携带的营养运送过程中消耗大,因而流速低,直径逐渐收缩;而“捷径”流速更大,直径逐渐增大。这样,整个网格就逐渐收缩到最优解上。实际上是一种类似于蚁群算法的退火算法。
实验者模拟了一下这个算法,解出来的结果和黏菌搜索的结果相差无几:
PS:作为三者的边缘性交集,这篇文章我看下来的感觉是这样的:
生物狗:哇这个数学模型建的好牛啊,还模拟,太厉害了!不过生物部分的实验好简单……
程序猿:哇这个数学模型和仿生学结合起来,太厉害了!不过算法有点老掉牙……
数学家:哇这个仿生学和程序结合的真是6,太厉害了!不过这个数学模型建的真是粗糙……
= =嗯,差不多就是这样……
(所以我们老板也在逼我们做类似的工作……简单的实验拿来忽悠三拨人……)
其实黏菌还有一个经常被提到的特点:在低密度的时候表现得像单细胞,而高密度或者食物告罄的时候,部分个体就会释放出凝集素,吸引其他个体聚集成一个多细胞表现的整体,进而完成各种功能,尤其是繁殖。黏菌的子实体非常漂(mi)亮(kong):
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(图片来自维基百科:
File:Schleimpilz Urwald Sababurg.jpg)
这些平时的散兵游勇,到了繁殖的时候就聚集起来,像真菌一样生长出子实体,产生孢子进行繁殖。想想还是挺有趣的。