Proteínas Qual a quantidade necessária?. Justus von Liebig Justus von Liebig.
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Prof a Maria das Graças Bruno Marietto [email protected] Vida Artificial na Computação (MCZA030-13) Autômato Celular: Breve Histórico 2 Vida Artificial na Computação Autômato Celular: Breve Histórico AUTÔMATO CELULAR DE JOHN VON NEUMANN 3 Vida Artificial na Computação Autômato Celular: Breve Histórico Os autômatos celulares têm a sua origem na pesquisa de John Von Neumann (1903- 1957). O seu artigo pioneiro “The general and logical theory of automata” apresenta uma nova visão da teoria de auto-reprodução. A ideia de Von Neumann era construir uma máquina que seria capaz de auto reproduzir-se, sem intervenção humana. Ou seja, Neumann trabalhava tendo como foco a auto-reprodução de programas. AUTÔMATO CELULAR: JOHN VON NEUMANN John Von Neumann John Von Neumann levantava a seguinte pergunta: “Qual tipo de organização lógica seria suficiente para que um autômato tenha a capacidade de se auto reproduzir?” 4 Vida Artificial na Computação Autômato Celular: Breve Histórico Neumann estava interessado nas conexões entre Biologia e a teoria dos autômatos. Von Neumann não estava interessado em uma simulação ao nível genético e bio-químico, mas queria “abstrair a forma lógica do problema de reprodução automática natural”. AUTÔMATO CELULAR: JOHN VON NEUMANN John Von Neumann John von Neumann percebeu que a Biologia proporcionava um importante sistema de processamento de informação disponível, e que na emulação dela estava a chave de potentes sistemas artificiais.
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Profa Maria das Graças Bruno Marietto [email protected]
Vida Artificial na Computação (MCZA030-13)
Autômato Celular:Breve Histórico
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Vida Artificial na Computação
Autômato Celular: Breve Histórico
AUTÔMATO CELULAR DE JOHN VON NEUMANN
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Vida Artificial na Computação
Autômato Celular: Breve Histórico
Os autômatos celulares têm a sua origem na pesquisa de John Von Neumann (1903-1957).
O seu artigo pioneiro “The general and logical theory of automata” apresenta uma nova visão da teoria de auto-reprodução.
A ideia de Von Neumann era construir uma máquina que seria capaz de auto reproduzir-se, sem intervenção humana. Ou seja, Neumann trabalhava tendo como foco a auto-reprodução de programas.
AUTÔMATO CELULAR: JOHN VON NEUMANN
John Von Neumann
John Von Neumann levantava a seguinte pergunta: “Qual tipo de organização lógica seria suficiente para que um autômato tenha a capacidade de se auto reproduzir?”
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Vida Artificial na Computação
Autômato Celular: Breve Histórico
Neumann estava interessado nas conexões entre Biologia e a teoria dos autômatos.
Von Neumann não estava interessado em uma simulação ao nível genético e bio-químico, mas queria “abstrair a forma lógica do problema de reprodução automática natural”.
AUTÔMATO CELULAR: JOHN VON NEUMANN
John Von Neumann
John von Neumann percebeu que a Biologia proporcionava um importante sistema de processamento de informação disponível, e que na emulação dela estava a chave de
potentes sistemas artificiais.
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O pensamento de Von Neumann é um pensamento tipicamente lógico-matemático.
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John Von Neumann
Se a auto-reprodução é feita através de uma máquina bioquímica —
muito complexa — o seu comportamento pode ser descrito como uma sequência lógica de
passos, ou seja, como um algoritmo.
Ora, se um algoritmo pode ser executado por qualquer máquina,
então uma máquina de Turing poderá executar aquele mesmo
algoritmo.
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Von Neumann propôs-se mostrar a existência de uma máquina de Turing que poderia efetuar a sua própria reprodução.
Para Neumann, se tal máquina de Turing existisse, então seria plausível que os processos de auto-reprodução de organismos vivos (e, por implicação, outros processos fundamentais para a vida) fossem susceptíveis de descrição algorítmica.
Por conseguinte, a própria vida poderia ser criada por máquinas.
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Em 1951, o matemático polaco Stanislaw Ulam (1909-1984) trabalhava no Laboratório Nacional de Los Alamos, EUA, estudando o crescimento de cristais, usando a mais simples rede (matriz) como seu modelo.
Ulam sugeriu que Von Neumann desenvolvesse o projeto dele em torno de uma abstração matemática, da mesma forma como Ulam usou para estudar o crescimento de cristais.
Assim, nasceu o primeiro sistema de autômato celular de duas dimensões.
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Stanislaw Ulam
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A construção deste autômato celular foi esboçada em 1952 e completada em 1966, já depois da morte de Von Neumann, pelo matemático americano Arthur Burks (1915-2008).
O resultado final foi uma máquina universal de Turing (inventada em 1936) embutida em um autômato celular bidimensional, com 29 estados para cada célula, uma vizinhança de 5 células (conhecida como vizinhança Von Neumann) e que precisava de 200.000 células, aproximadamente.
No entanto, este AC nunca foi implementado.
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MÁQUINA DE TURING
Alan Turing revolucionou o mundo criando o conceito de computador aos 24 anos de idade.
Turing, recém graduado em Cambridge, formalizou em 1936 o conceito de computação em seu paper “On the computable numbers with an application to the Entscheidungsproblem”.
Definição: Uma máquina de Turing é uma máquina capaz de realizar qualquer cálculo descritível por um procedimento sistemático geral, finito, sem ambiguidades.
Definição: Uma máquina de Turing é um modelo abstrato de um computador.
Alan Turing
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AUTÔMATO CELULAR: BREVE HISTÓRICO
John von Neumann construiu um autômato celular que:está em um espaço celular bidimensional com regras de transição que são as mesmas para todos os componentes do sistema
Embora essas regras sejam as mesmas para todos os componentes do sistema, a situação dos componentes pode variar de forma indefinida e complexa com o tempo
o sistema passa por uma evolução que sofreinfluência direta dos seus vizinhose desse conjunto de regras
parte de uma configuração inicial aleatória, ou com a configuração de estados iniciais particulares
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AUTÔMATO CELULAR DE JOHN CONWAY
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Autômato Celular: Breve Histórico
A segunda etapa do desenvolvimento dos ACs começa no final dos anos 60.
Martin Gardner divulga em sua coluna da Scientific American de 1970 o autômato celular proposto por John Horton Conway.
Este autômato é atualmente conhecido como “Jogo da Vida”.
1970: AC são popularizados pelo Jogo da Vida de John Conway.
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Autômato Celular: Breve Histórico
O matemático John Holton Conway criou o “Jogo da Vida”, um autômato celular que simula alterações em populações de seres vivos baseados em regras locais simples.
Neste autômato celular cada célula pode nascer, morrer ou sobreviver, de acordo o seu estado atual e os estados das células vizinhas.
Embora o sistema seja baseado em regras simples, os resultados visuais obtidos são complexos e imprevisíveis, e pequenas alterações nas condições iniciais do sistema podem gerar grandes mudanças de comportamento.
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AUTÔMATO CELULAR DE STEPHEN WOLFRAM
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As pesquisas em AC não prosperaram de forma adequada nos anos 70.
Talvez devido à demanda computacional elevada para o processamento.
1983: O físico Stephen Wolfram publicou uma primeira série de artigos sobre AC.
Com os trabalhos de Wolfram na década de 80, houve uma revitalização na área
configurando-se na terceira etapa de desenvolvimento dos ACs
Wolfram é o autor do software Mathematica
AUTÔMATO CELULAR: STEPHEN WOLFRAM
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Em 1982, Stephen Wolfram estudou sistematicamente a mecânica estatística do funcionamento dos autômatos celulares e a formação de padrões similares.
A complexidade de seus resultados o levou à conclusão de que ele poderia ser utilizado como modelo matemático de sistemas físicos, biológicos e computacionais.
AUTÔMATO CELULAR: STEPHEN WOLFRAM
Em 2002, Stephen Wolfram publicou o livro "A New Kind of Science" sobre suas pesquisas realizadas nos anos 80 e 90.
Este livro trata do uso de ACs unidimensionais para modelar sistemas complexos a partir de mecanismos determinísticos simples.
