Дискуссия: Математическая необходимость эволюционного развития

Научная дискуссия Здесь ведется научная дискуссия. Соблюдайте правила ведения научной дискуссии, мнения и комментарии оставляйте на странице обсуждения.

Тезис

Математическая необходимость (обязательность) именно эволюционного развития как биологических организмов, так и механических устройств в противовес революционному появлению, следует, если доказать нижеследующие положение.

Используемые термины

• Существо - биологический организм или механическое устройство.

Обосновываемое положение

Если существо наделено слишком сложным строением (устройством), то без уже готовых врожденных рефлексов, получаемых генетически, оно не сможет научится за разумный период времени использовать свое строение (устройство) для приспособления к окружающей среде, попросту говоря умрет.

Доказательство

Зададим конкретный пример существа, условно муравей. Пусть это будет существо на 4 ногах, каждая из которых двухсуставное. Ноги устроенны так, что не поднимают существо над землей - оно может только ползать. Каждая нога обладаем сенсором и эффектором окончания каждого сустава, позволяющие получать и устанавливать угол направленности сустава. Усилие развиваемое ногами постоянно и одинаково. Ноги изначально не связаны между собой нервной системой. Но при необходимости можно организовать нервную систему. Существо обладает простой памятью, в которой фиксируется в каждый момент времени значения сенсоров и эффекторов. Существо обладает чувством голода и простейшим зрением, позволяющим определять месторасположение ближайшей пищи и относительное расстояние до него. Но ходить существо не умеет. А также не имеет ни каких врожденных рефлексов. Требуется за разумное время научиться ходить с целью добраться до пищи.

Рассмотрим по отдельности вариант с нервной системой и без.

Существо без нервной системы

Существо без нервной системы представляет собой мультиагентную систему, где агентом является каждый сустав ноги. При этом данная система не имеет прямой связи между агентами, а получает лишь сведения из памяти.

Существует два вариант адаптации в среде.

Пассивная адаптация - приспособление к фиксированной среде, путем ожидания наступления благоприятных событий. Пример пассивной адаптации можно наблюдать у растений. По сути это гомеостат Эшби.

Муравей, который еще не ходит представляет по сути пример пассивной адаптации. В пассивной адаптации возможны следующие варианты, когда среда благоприятная:

1. Среда сама переносит (например, ветром) существо к пищи. Очевидно, что это вариант, даже если эта ситуация достаточно часто вероятностно возникает, не способствует обучению передвижения к пищи. Т.е. в такой ситуации, существо не может научится ходить. Существу просто не хватает информации как двигать ногами, т.к. он даже не разу не попробовал это сделать.
2. Среда также сама переносит (например, ветром) существо к пищи, но муравей в этот момент случайно или однообразно двигает ногами. В этом случае, образуется т.н. S-управляемая система подкрепления. Доказано, что при такой системе нет гарантий, что существо обучится правильно. Все зависит от статистической случайности среды.

Активная адаптация - поиск среды, необходимой данной системе. При этом подразумевается либо изменение среды с целью максимизации критерия эффективности, либо активный поиск такой среды, в которой достижим желаемый комфорт. Пример активной адаптации можно наблюдать у животных.

Вариант с изменением среды рассматривать не будем, так как наше существо не имеет для этого возможностей (существо само не производит, не выращивает пищу). Поэтому рассмотрим лишь второй вариант поиска необходимой среды, т.е. нахождение места, где расположена пища. При активной адаптации, нужно рассмотреть варианты каким образом возможно пытаться двигать суставы ног. Ни каких простейших врожденных схем движения по условию задачи существо не имеет. Этот вариант не рассматриваем. Остаются следующие возможности.

1. Существо произвольно двигает ногами, независимо от того что имеет на сенсорах. Это т.н. R-управляемая система подкреплений, или "спонтанное обучение". Доказано, что она не может обеспечить обучение не зависимо от того какая среда благоприятная или не благоприятная.
2. Существо в ответ на стимулы на сенсорах случайным образом устанавливает эффекторы ног, фиксируя только те варианты как благоприятные при которых оно хоть немного приблизилось к пищи
3. Существо в ответ на стимулы на сенсорах последовательно перебирая все возможные варианты устанавливает эффекторы ног, фиксируя только те варианты как благоприятные при которых оно хоть немного приблизилось к пищи

Варианты 2 и 3 по сути равнозначны, в условиях когда из всего множества нужно найти малое число пригодных вариантов. Случайное попадание при равномерном случайном выборе будет сопоставимо с перебором по порядку всех вариантов. А у нас именно такой случай, чтобы произошло движение вперед углы ног должны находится не в произвольном, а определенным образом скоррелирвоанны между собой.

В условиях, когда нет взаимосвязи между составами ног, ждать "счастливого момента" придется нереально большое время. Если угол поворота дискретизировать по 15 градусов, то 360/15=24 варианта. А при корреляции ног 1 случай из 24⁸= 110 075 314 176 вариантов. Что для одного шага нереально долго.

Существо с нервной системой

Итак, выше мы выяснили, что существо не обладая простейшей нервной системой (или что тоже самое не имея связь между отдельными суставами) не может научится передвигаться к пищи. Посмотрим, что может дать наличие нервной системы. Точнее стоит говорить о возможности ощущать болевые ощущения, когда ноги существа пытаются двигаться так, что они физически могут оторваться. То есть когда отдельные суставы не скоррелированы (расположены противоестественным образом). А для того, чтобы иметь возможность понять как они скорелированы должен быть сигнал от всех суставов, а для этого хоть можно и не иметь центр, но как минимум должна быть связь между всеми суставами - это и обеспечивает нервная система.

Таким образом, наличие нервной системы является необходимым условием, но еще не достаточным. Рассмотрим почему.

Во-первых, если сигналы боли бинарные, вида в таком положении больно, а в таком не больно - то это ничего не меняет в отношении есть нервная система (ощущения боли) или нет. Так как все равно нужно перебрать все варианты. Если же сенсор указывает больно, еще больнее, невозможно больно - т.е. показывает интенсивность боли, то схема действий ограничивается только теми вариантами, которые выполнять не больно, и нужно проверить только границы когда возникает боль.

Теперь (во-вторых), для перемещения существа с таким устройством как мы рассмотрели, достаточно иметь не четыре двух суставные ноги, а всего лишь две односуставные ноги (перемещаясь аналогично лодки). Тогда при простейшем устройстве не нужно коррелировать не необходимые части устройства. Т.е. если имеешь две ноги - достаточно коррелировать только их, если же четыре, то нужно все четыре, и при том так, чтобы две оставшиеся не мешали идти первым двум. Таким образом, наличие большего числа ног (более сложного строения существа) приводит к тому, что тормозится его обучение, даже при том, что есть сенсоры боли, которые ограничивают неестественные положения. И разница тем больше чем больший эволюционный разрыв в строении.

Когда же существо уже обучается ходить, некоторые примитивные программы уже передаются генетически, и выполняя эти судорожные но уже более пригодные действия можно существенно быстрее обучаться. Обучаясь существо уже управляет телом на более высоком уровне, выполняя программы движения вперед и поворот, а не коррелируя каждую ногу. И тогда уже врожденные действия следующего поколения имеют программу корреляции действий - двигаются уже синхронно две ноги и известно как. И тогда уже обучится работать четырьмя ногами проще и не требует нереально большого времени.