יום רביעי , ספטמבר 20 2017
בית » כללי » האם גם מחשבים מתפתחים אבולוציונית?
האם גם מחשבים מתפתחים אבולוציונית?

האם גם מחשבים מתפתחים אבולוציונית?

מאת: פרופ' משה זיפר

אנחנו תמיד עם הפנים לעתיד, רוצים לדעת מה יקרה, לאן נתפתח, מה יהיה המכשיר הטוב הבא. אנחנו לא מקדישים לעצם המחשבה על העתיד יותר מידי זמן, פשוט מאוד כי היא מקודדת לתוך טבע האדם. אנחנו הרי חייבים להתפתח ולהשתפר כדי לשרוד. זהו היצר האבולוציוני האישי אשר טמון בכל אחד ואחת מאיתנו. אנחנו פשוט אולי לא יודעים שגם למחשבים יש אותו ייצר בדיוק. 

Печать

בשנת 2009 חגג העולם מאתיים שנה להולדתו של דארווין ו-150 שנים לצאת ספרו המהפכני "על מוצא המינים". חגג היא אולי מילה חזקה מיידי, שכן רעיונותיו של המדען היו כה מדהימים והשלכות מחקרו כה מרחיקות לכת, עד שגם חמישה-עשר עשורים לאחr צאת ספרו, עדין קיימות מחלקות ורגשות עזים בין תומכיו הנלהבים לבין מתנגדיו הנלהבים לא פחות.

באופן אישי, אין לי ספקות לגבי כשירותה של התיאוריה האבולוציונית בדבר התפתחות המינים. ולא בגלל היותי ביולוג, שהרי אני מגיע מתחום מדעי המחשב, שם אני רואה עדויות להצלחת הרעיון הגדול של דרווין באופן קבוע. עדויות אשר אינן מצריכות מסע לאיים רחוקים, כמו שדרווין עצמו עשה, אלא מסע וירטואלי לעולמות ממוחשבים, לעולם החישוב האבולוציוני.

עולם בו האבולוציה בטבע מהווה השראה לבניית תוכנות ולפתרון בעיות סבוכות 

כמו הרבה רעיונות טובים גם זה העומד מאחורי החישוב האבולוציוני פשוט למדי. אם נתבונן בתהליך האבולוציה המתרחש בטבע (או נקרא את ספרון של דרווין), נוכל לגלות שמבעד לכל הפרטים הביולוגים הסבוכים מסתתרים להם מספר עקרונות בסיסיים, אותם ניתן ליישם במדיומים אחרים שאינם דווקא מבוססי פחמן, אלא למשל מבוססי סילקון.

למעשה, מדובר בארבע עקרונות מרכזיים- להיבדל ביכולת הישרדות בסביבת הקיום, העברת ההבדלים האלו בתורשה לצאצאים, משאבי הסביבה גורמים לכך שרק חלק מהצאצאים ישרדו ולבסוף, העיקרון הרביעי, בעלי היכולת להתאים את עצמם לסביבה הם אלו שישרדו ויזכו להעמיד צאצאים.

כבר בשנות החמישים הבינו חוקרים חלוצים כי אין כל סיבה להגביל את האבולוציה לטבע. שכן, אם הטבע מצליח "לפתח" מיני מכשירים סבוכים כמו מוח  או כנפיים, מדוע שלא נרתום את הכוח הזה לתהליך פתרון בעיות סבוכות מעשה ידי אדם? חצי מאה כבר עברה מאז אותם חוקרים חלוצים, ואני ממשיך את דרכם על ידי כך שאני מפעיל סימולציה של תהליך אבולוציוני על מחשב רגיל במטרה לפתור בעיות קשה- למשל כמו מציאת אסטרטגיות מנצחות למשחקים דוגמת שחמט, דמקה ועוד.

זה אולי נראה כמו משחק ילדים פשוט, אבל משחקים זה עסק רציני. מדובר בתעשייה של עשרות ואולי אף מאות מיליארדי דולרים, תעשייה הולכת, גדלה ומתפתחת עם הופעתם של פלטפורמות משחקיות חדשות (סמארטפונים, טאבלטים וכדומה…) משחקים היום הם "אבות המזון" של חוקרי מדעי המחשב בתחום הבינה המלאכותית. שכן במשחקים אנו פוגשים תכונות אשר אנו מקשרים לאינטליגנציה- הבנה, תכנון, הכרה, חיפוש, התמצאות ועוד…

אז איך פותרים בעיה קשה באופן אבולוציוני?

למשל, בשחמט:

תחילה, מגריל המחשב אוכלוסייה ראשונית אקראית המורכבת כולה מאורגניזמים דיגיטליים המהווים אסטרטגיות שחמט. בהיותה אקראית, הפרטים באוכלוסייה הראשונית גרועים למדי, ברם, חלקם גרועים מעט פחות מהאחרים, כלומר התאמתם לסביבת השחמט גבוהה מעט יותר. או במילים פשוטות: חלק מהפרטים (קרי, תוכנות) מפסידים פחות.

השחקנים הגרועים פחות ייבחרו לשמש כהורים לדור הבא, דור אשר מטענו ה"גנטי" יורכב מהקוד של תוכניות הדור הקודם.  בהתאם לעקרונות האבולוציוניים שצוינו לעיל ישנו סיכוי סביר שהדור הבא יהא מותאם מעט יותר לסביבתו — כלומר תוכנות השחמט שבאוכלוסייה תשחקנה טוב יותר, ולו במעט. וכך חולפים הדורות, והאורגניזמים באוכלוסייה הממוחשבת נהיים מותאמים יותר ויותר לסביבתם, משמע, הם הופכים לשחקני שחמט טובים יותר.

וזה עובד!

ניתן לייצר באופן אבולוציוני שחקנים ממוחשבים למשחקים מורכבים, וכן לפתור בעיות שונות מעולם התוכנה ואף החומרה — כפי שהוכחתי לא פעם: במהלך השנים זכינו, אני ותלמידיי, בשישה פרסי HUMIES. ה- HUMIEהינה תחרות שנתית בתחום של חישוב אבולוציוני, המתרחשת בכנס הגדול והחשוב בתחום (GECCO). משתתפי התחרות נדרשים להציג אלגוריתמים שתוכננו על סמך עקרונות אבולוציוניים ולהוכיח כי הם מוצלחים יותר במשימתם מבני-אדם.

אני הוא הזוכה התדיר ביותר בפרס בינלאומי יוקרתי זה.  "נתמזל מזלי", אומר זיפר, "לעבוד לאורך השנים עם סטודנטים מוכשרים בהם נתברכה המחלקה למדעי המחשב. תקוותי שהמחלקה תמשיך לעודד באופן מסיבי את הגעתם והישארותם של סטודנטים כה טובים".

ומה צופן בחובו העתיד בתחום החישוב האבולוציוני? כמו האבולוציה בטבע, אשר לא הסתפקה בפחות מפלנטה שלמה, כך גם החישוב האבולוציוני דורש כוח מחשוב רב. השיפור המתמשך בעצמתם של המחשבים המודרניים ילך ויפתח תחומי אפליקציה חדשים, בעיות קשות אותן ניתן יהיה לפתור אבולוציונית. בעתיד הרחוק יותר, ייתכן ואף נעמוד מול "פלנטת" מחשוב, כלומר כוח חישוב העולה על כל דמיון. במקרה כזה אפילו השמים אינם הגבול.

הכותב, פרופ' משה זיפר הינו מרצה במחלקה למדעי המחשב

אודות פרופ' משה זיפר

פרופ' משה זיפר
פרופ' משה זיפר הינו חוקר ומרצה במחלקה למדעי המחשב באוניברסיטת בן-גוריון בנגב. מחקרו עוסק בתחום החישוב האבולוציוני.