帮助可穿戴的细胞自动机成为现实

Fabienne Serriere 想要改造一台工业针织机来制作细胞自动机围巾,您可以在 Kickstarter 上支持她的项目。

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点


Fabienne Serriere 多年来一直使用数学来激发她的编织灵感,现在她正在 Kickstarter 上筹集资金,以便更大规模地进行这项工作。截至 7 月 2 日,KnitYak 项目已完成目标的三分之一左右,并且活动也进行了三分之一,将于 7 月 23 日结束。我建议您立即前往 Kickstarter 给她一些资金,因为 KnitYak 需要实现。

Serriere 正在寻找一种方法来制作“非常美观且不重复”的图案,介于严格的秩序和完全的混乱之间。经过一些实验,她最终选择了细胞自动机。

细胞自动机是一个网格,其中每个单元格可以处于有限数量的状态之一(例如,开/关或黑/白)。在 Serriere 使用的基本细胞自动机中,单元格的状态可以是白色或黑色,并且单元格的状态取决于与其左侧相邻的三个单元格。(左侧的单元格以及该单元格正上方和正下方的单元格。)在数学纤维艺术博客 Botanica Mathematica 上有一个关于细胞自动机的很好的解释。


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Serriere 最初考虑使用 约翰康威的生命游戏,这是一种著名的二维细胞自动机,但当它不移动时,看起来并没有特别吸引力。另一方面,基本细胞自动机本质上是一维的;它们仅在一个方向上移动,因此像围巾这样的二维物体可以更有效地捕捉系统的演变。

细胞自动机是一些最简单的混沌可能出现的地方。混沌系统是确定性的,这意味着系统的演变在开始时就已设定,但初始条件(在本例中为起始行)的微小变化会导致结果的巨大变化。并非所有细胞自动机在所有宽度上都是混沌的,这本身就 很有趣(链接指向 pdf)。

基本细胞自动机在计算机科学中也很重要。“大多数研究或热爱计算机科学的人都看过基本细胞自动机的输出,并且认出了我的围巾,”Serriere 写道。规则 110,她的围巾使用的规则,尤其重要,因为它在图灵完备性方面是完整的,这意味着理论上可以对其进行编程以执行计算。(有关更多详细信息,请参阅 Matthew Cook 的这篇论文。)

如果您在 Kickstarter 上以围巾级别或更高级别支持 KnitYak,在活动结束时,您将有机会选择规则和起始种子,用于您将获得的黑色和白色美利奴羊毛围巾。每条围巾都是“可证明是独一无二的”:Serriere 将记录每件作品的规则和起始种子,并且她保证没有人会拥有与您相同的围巾。她还将随围巾附赠源代码,以防您将来需要它来替换或扩充您的细胞自动机衣橱,并搭配协调的设计。并非所有细胞自动机都能用所有可能的起始状态生成有吸引力的设计,因此 Serriere 将剔除那些不合格的设计。“我正在制作一个代码精选的针织品系列,其中所有的针织品都尽可能有趣,”她说。

在您热切期待您的围巾的同时,您可以查看 Wikipedia 上关于 基本细胞自动机 的页面,找到您喜欢的规则。您还可以查看 Serriere 的 规则 110 代码,看看使用一些不同的起始种子会发生什么。

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