《盲眼鐘表匠》(四)

累積選擇

作者在這一章中用極簡化的模型解釋了自然選擇的基本過程。首先,作者指出,自然選擇是一種** 累積選擇 ,也就是說, 每次篩選的結(jié)果稱為下一次篩選的原料 **。我們可能碰到過這樣的狀況:你拿著一串鑰匙來開一扇門,但是你忘記了是哪一把鑰匙,你可能會一次次地嘗試,試過的鑰匙放在一邊,最終很快就能找到正確的鑰匙,這里就是一種 “累積選擇” ,每次嘗試都越來越接近正確的鑰匙。

作者在書中用了一個更加有趣的例子來說明累積選擇的高效性。有一種說法是這樣的:“讓一只猴子在打字機(jī)上隨便打字,并給它無限長的時間,那么總有一天,猴子會‘創(chuàng)作’出人類所有的文學(xué)作品?!币苍S你可能會說這完全不可能,但要注意在** 無限 **長的時間下,這是有可能發(fā)生的。

也許無限長難以想象,作者接下來使用了更加實(shí)際的例子:莎士比亞作品中有這樣一句話:“me thinks it is like a weasel” (這句話的含義并不重要,任何一組特定的字母排列都可以),作者編寫了一個簡單的計算機(jī)程序:讓計算機(jī)隨機(jī)敲出28個字符(上面那句話中的總字符數(shù)),如果和上面那句話完全一樣,程序停止,否則重來。那么計算機(jī)要嘗試多少次呢?答案是27^28,數(shù)量級上大約等于10000000000000000000000000000000000000000次!這就是一種 “單步驟選擇” 顯然,這樣的方法十分低效。

如果稍微修改一下這個程序:每次嘗試后** 保留那些正確的字母 **,比如第一次計算機(jī)敲出了kezsxvuopjyrih hidf hisdfdv e,對比一下可以發(fā)現(xiàn),第二個字母e是正確的,那么在下一次嘗試時,保留第二個字母e,隨機(jī)敲出剩下的,如此這樣不斷繼續(xù),越來越接近正確答案。使用這樣的方法,大概要嘗試多少次呢?作者得出的結(jié)果是在幾十次左右,高效了不知道多少倍!

那么,生物是如何體現(xiàn)累積選擇的呢?答案就是生物最重要的特征:** 繁衍 **。每個生命個體都帶有上一代的部分遺傳信息,從而帶有相似的特性,因此,累積選擇成為可能!

樹枝模型

作者首先用一種簡化的畫圖規(guī)則來類比遺傳的過程,計算機(jī)很容易實(shí)現(xiàn)一種 “樹木發(fā)育” 的程序,一開始電腦畫出一條豎直的線,然后這條線分出兩條樹枝,每一條樹枝在分出兩條樹枝,以此繼續(xù)。如圖:


樹木發(fā)育程序

用這種方式來類比生物胚胎的發(fā)育。作者為這些“胚胎”設(shè)置了九個參數(shù),每個參數(shù)可能會影響每根樹枝的長度,角度,等等等等,這些參數(shù)就相當(dāng)于生物的** 基因 **,擁有不同“基因”的樹,會有不同的形態(tài):


不同形態(tài)的樹

好了,演化開始。
從最原始的樹(假設(shè)九個參數(shù)為0,0,0,0,0,0,0,0,0)開始,每次隨機(jī)產(chǎn)生新的5棵樹,新產(chǎn)生的樹只改變一個參數(shù),并且只在原來的基礎(chǔ)上加一或者減一,也就是說,可以是(0,0,1,0,0,0,0,0,0),或者(0,0,0,0,0,0,0,-1,0)等等等等。

這樣,第一代后代產(chǎn)生了,原始的樹有了5個** 孩子 ,這些孩子的某些方面和原始的樹有 微小 **的不同(某個參數(shù)加一或者減一)。之后,由計算機(jī)前的人類來扮演大自然,自然選擇就是此人的喜好:坐在計算機(jī)前的人選出一個他最喜歡的后代,并讓這個后代繼續(xù)繁衍,至于剩下的四個,就被淘汰。經(jīng)過幾十代的“演化”,作者得出了十分驚人的結(jié)果:

演化結(jié)果

這種模型和實(shí)際情況的一大差別在于,自然選擇的標(biāo)準(zhǔn)是** 存活能力 **,即所謂的“適者生存”,在樹枝模型中,這一標(biāo)準(zhǔn)是“計算機(jī)前的人的喜好”。

另一大差別在于,生物的突變率遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有這么高,不可能在幾十代內(nèi)產(chǎn)生如此大的變化,但是在漫長的時間作用下,單細(xì)胞生物最終進(jìn)化成人類這樣復(fù)雜的生物成為了可能。

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