Elämää tietokoneessa?
---------------------

Petri Keckman

Mitä on elämä? Miten se kehittyy? Miten mieli toimii? Ovatko molemmat vain
materian liikettä?

Vastaavanlaiset kysymykset ovat varmasti askarruttaneet ihmisapinan mieltä jo
siitä lähtien, kun saimme ensimmäiset orastavat tuntemukset siitä, että olemme
jotain mikä on olemassa: jo vuosimiljoonia ennen Platonia (synt. 427 eKr.) tai
Descartesia ja "Cogito, ergo sum":ia 1600-luvulla.

Tämän päivän tekoelämän ja tekoälyn tutkijat ovat tuomassa omaa
vastauksentynkäänsä näihin kysymyksiin. Asiaa pohdittiin aivan vakavasti(?) myös
Tiede 2000 -lehden (5/95) artikkelissa "Luomisen kahdeksas päivä?", jossa
todetaan: "Tekoelämän tutkimus on biologiaa elektronisessa muodossa.
Tietokoneiden avulla halutaan paljastaa elämän syvin olemus - ja kehittää uutta
elämää."

Minua ovat aina puistattattaneet puheet tietokoneella aikaansaadusta
tekoelämästä.

"Tieteellisellä toiminnalla" on kulttuurissamme hyvin suuri arvovalta ja se
siirtyy myös artikkeleille, joita julkaistaan Tiede 2000 -lehdessä. Asemaansa
tiede on aikoinaan päässyt syrjäyttämällä uskonnolliset ja myyttiset
maailmankuvat. Tiede nähdään toimintana, joka tuottaa "tietoa", joka on
varmemmalla pohjalla kuin muut, esimerkiksi uskonnolliset, maagiset tai
taiteeseen perustuvat ihmis- ja elämänkäsitykset. Tiede aikoinaan syrjäytti
uskonnon kuitenkin lähinnä vain materian lainalaisuuksien tutkimisessa.

Ja nyt siis "tieteellisesti" pohditaan vakavasti, ovatko ne prosessit, joita
tietokoneella aikaansaadaan samaa kuin elämä?! Kaikki tietokoneen toiminta on
palautettavissa siihen, että jos jotkin sähkövaraukset (syötebitit) ovat vaikka
101011 ja jotkin bitit (ohjelma) ovat 101001, niin ne määräävät tiettyjen
sääntöjen perusteella (prosessorin toiminta), että tulosteeksi tulee jotkin
bitit, esimerkiksi 1101010. Tämän tulosteen annetaan sitten aiheuttaa tiettyjä
aisteilla havaittavissa olevia ilmiöitä näyttöpäätteessä, robotin käsivarressa
tai muussa tulostinlaitteessa. Siinä se on tasan koko homma eikä mitään muuta.

Tietokone ei käsittele edes numeroita eikä laske. Sen voidaan tulkita tekevän
niin vasta sen jälkeen, kun olemassa elävä ja tietävä olento, joka antaa niille
sähkövarauksille sellaiset tulkinnat, että ne ovat joitain sellaisia tietomme
kohteena olevia olioita, joita kutsumme numeroiksi. Yhtä hyvin voisi väittää
melkein minkä tahansa fyysisen materian toiminnan kuvaavan "elämän syvintä
olemusta". Annamme vain näille havaintokentässämme tapahtuville tapahtumille
sellaisen semanttisen tulkinnan: muodostamme tietyn kielen, jossa tietyillä
materiaalisilla tapahtumilla ovat tietyt tiedolliset vastineet mielessämme.

Tekoelämää tutkivat ovat pyrkineet luomaan laskennallisia prosesseja, joiden
mahdollista elävyyttä he aivan vakavissaan pohtivat. Tällaisia ovat mm. ns.
soluautomaatit. Niissä noudatetaan tiettyjä yksinkertaisia algoritmillisia
periaatteita, joiden tuloksena syntyy näyttöpäätteelle tulosteita (joiden
toiminta kuvaa elämän syvintä olemusta! Hah hah!). Esimerkiksi:

1) Jokainen kuvaruudun piste (solu), jolla on kaksi tai kolme elävää
naapuria, selviää hengissä seuraavalle sukupolvelle.

2) Jokainen solu, jolla on nolla tai yksi naapuria "kuolee" (yksinäisyyteen)
(yksinäisyyteen), ja jokainen piste jolla on neljä tai useampia naapureita
kuolee (liikakansoitukseen).

3) Jokainen kuollut solu, jolla on tasan kolme elävää naapuria synnyttää
uuden solun.

Samat periaatteet voidaan sanoa myös toisin:

1) Jos pikseli ei ole päällä niin se tulee päälle, jos sillä on tasan kolme
päällä olevaa viereistä pikseliä.

2) Jos pikseli on päällä, niin se sammuu, jos sillä on nolla tai yksi päällä
olevaa viereistä pikseliä. Samoin se sammuu, jos vieressä on useampia kuin
kolme pikseliä päällä.

Näillä yksinkertaisilla "syntymän", "hengissä säilymisen" ja "kuoleman"
säännöillä väitetään siis saatavan aikaiseksi jotain sellaista, josta pohditaan,
onko se elämää. Pohtisivat edes vain sitä, kuvastavatko ne jollain tavalla
joitain meidän elävien ihmisten tietoja ja käsityksiä evoluution prosesseista,
mutta kun minä olen käsittänyt, että he aivan vakavissaan pohtivat sitä, ovatko
ne eläviä. Suutarit pysykööt lestissään työajalla ja pohtikoot vapaa-ajalla
kaikenkattavia selityksiä elämän syvimmästä olemuksesta, joka on meille täysi
mysteeri, vaikka me niin kiihkeästi haluaisimmekin väittää ymmärtävämme sitä.

Mielemme on aina aikansa vanki. Nyt kun tietokoneet ovat valtaamassa alaa
elämässämme ja mielessämme, pyrimme helposti projisoimaan sen käsitteitä
elämään. Taiteilijat, uskovaiset, humanistit ja psykologit näkevät elämän aivan
toisin.

Alla on AMOS-ohjelma, joka mallintaa ylläselitettyä yksinkertaista
soluautomaattia - ja elämän perimmäisintä luonnetta. Esimerkkiajossa, josta on
kuva numero1 laitoin alkusyötteeksi seuraavanlaisen pistekuvion:

xxx
x x
x x
x x
xxx

Koska alkukuva oli symmetrinen, aiheutti se luonnollisesti myöskin symmetristä
elämää. Pienikin muutos alkuparametreihin (yhden pisteen poisto) voi muuttaa
tätä tekoelämää täysin. Suuri osa muodoista päättyy tilanteeseen, josta elämä ei
enää kehity, vaan peräkkäisistä tiloista tulee samanlaiset. Esimerkki ajossa
elämä kiinnittyi stabiiliin tilaan 14. sukupolvessa. Yhden pisteen poisto
(kuva2) aiheutti sen, että elämä lähti laajenemaan. Kun tästä alkutilasta
poistin vielä yhden pisteen, jolloin alkutilanne oli tällainen,

xxx
x
x x
x x
xxx

hävisi elämä kokonaan sukupolvessa 16.
kuva 1:

kuva2:

Ne,  joilla  on käytössä AMOS-tulkki tai kääntäjä voivat tutkia ohjelmalla muita
tapauksia.   Talleta   blokki   teksinkäsittelyohjelmallasi,   lataa   se  (Load
ASCII-file)  AMOS-tulkkiisi  ja  tutki  "elämää".  Ohjelma on melko hidas, koska
käytän  siinä  taulukoita  solujen  tilanteen  tallettamiseen.  Joka tilanteessa
täytyy  jokainen  solu  ja  sen  kahdeksan  naapuria  tutkia  erikseen.  Lisäksi
seuraavaan    tilanteeseen    mennessä    kopioidaan   koko   taulukko   uudeksi
lähtötaulukoksi,  jonka perusteella lasketaan taas seuraava tilanne. C-kieltä ja
dynaamisia   muuttujia  käyttäen  ohjelmasta  olisi  tullut  monta  kertaluokkaa
nopeampi - mutta evoluutiohan on hidasta.

Mikäli  artikkeli  aiheutti mietteitä ja käytössäsi on modeemi, voit kommentoida
MBnetissä tai Epsilon Indissä, joissa silloin tällöin käyn. Toki voinet lähettää
mietteitäsi  Sakuunkin:  jos joku nykyajan keinotodellisuus- ja tietokonefriikki
on  tosissaan  sitä  mieltä,  että  elämä ja ihmisen sielun toiminta ovat jotain
senkaltaista,   että   sitä   voidaan   mallintaa   -  tai  jopa  aikaansaada  -
tietokoneella, niin olen valmis riitelemään aiheesta.

  Rem *** Petri Keckman 1996 
  Rem *** Soluautomaatin elämää AMOSilla  
  Rem Ohjelma tuottaa tekoelämää noudattamalla yksinkertaisia  
  Rem periaatteita:
  Rem 1) jos pikseli ei ole päällä niin se tulee päälle, jos sillä on 
  Rem    tasan kolme päällä olevaa viereistä pikseliä.
  Rem 2) Jos pikseli on päällä, niin se sammuu, jos sillä on molla tai yksi
  Rem    päällä olevaa viereistä pikseliä. Samoin se sammuu, jos vieressä on
  Rem    useampia kuin kolme päällä. 
  Rem Ohjelma piirtää vaiheista pieniä kuvia ja piirtää vanhojen päälle, kun
  Rem kuvaruutu täyttyy.   
  
  MX#=640
  MY#=256
  Screen Open 0,MX#,MY#,4,Hires
  Flash Off : Curs Off : Cls 0
  Colour 0,$0 : Colour 1,$F0 : Colour 2,$FF0 : Colour 3,$F00
  
  Rem Halutessasi voit muuttaa muuttujien RX, RY, XKPL, YKPL ja   
  Rem alkukuvan koordinaattien arvoja Data-lauseesta. 
  
  RX=4 : RY=4 : Rem "sarjakuvaruutujen" lukumäärä, tässä 4*4  
  XKPL=16 : Rem Sarjakuvaruudussa 16*16 ruudukko soluille  
  YKPL=16
  KPL=12 : Rem Elämän alkukuvapisteitten lukumäärä  
  Rem Elämän alkusolujen koordinaatit XKPL*YKPL ruudukossa   
  Data 6,6,7,6,8,6,9,7,10,8,9,9,8,10,7,10,6,10,5,9,4,8,5,7
  
  Rem Jos muutat KPL-määrää suuremmaksi, niin joudut tietysti lisäämään
  Rem myöskin alkupisteitä, joiden koordinaatit ovat väliltä 1..XKPL
  Rem ja 1..YKPL.
  Rem Jos elämä kehittyessään ei mahdu sille asetettuihin raameihin,
  Rem voit kasvattaa XKPL- ja YKPL-muuttujien arvoja. Silloin joudut
  Rem myös muuttamaan alkukoordinaattien arvoja, jos haluat alkukuvan
  Rem keskelle "sarjakuvaruutua" samoilla data-arvoilla. Helpommmin se
  Rem käy, kun muutat riviltä 63 ja 64 skaalaustekijää. Jos esim. suurennat
  Rem ruudukkoa 10:llä, niin muuta skaalaustekijä 10/2=5, ja alkukuva on
  Rem edelleen keskellä eikä sinun tarvitse muuttaa kaikkia data-arvoja.
  Rem Pienikin muutos voi saada elämässä suuria muutoksia aikaiseksi:
  Rem esim. arvoilla KPL=11, XKPL=25, YKPL=25, RX=4, RY=4 elämä ei lopu
  Rem koskaan, mutta jos tästä poistaa vain yhden pisteen (KPL=10) käyttäen 
  Rem samoja Data-lauseen arvoja, niin se häviää kokonaan sukupolvessa 16. 
  Rem Aloitetaan piirtämällä raamit elämälle:
  
  MARG=40 : Rem Alasjätettävä marginaali 
  LEVEYS#=(MX#-1)/RX
  KORKEUS#=(MY#-MARG)/RY
  Ink 3
  For I=1 To RX : For J=1 To RY
  Box LEVEYS#*(I-1),KORKEUS#*(J-1) To I*LEVEYS#,J*KORKEUS#
  Next : Next : Draw MX#,0 To MX#,MY#
  Locate 20,28 : Paper 0 : Pen 2
  Print "ELÄMÄN SYVIN OLEMUS TEKOELÄMÄN TUTKIJOIDEN MIELESTÄ"
  
  Rem SOLUT0-taulukon avulla lasketaan seuraava SOLUT1-taulukko
  Dim SOLUT0(XKPL+1,YKPL+1),SOLUT1(XKPL+1,YKPL+1)
  
  Rem tapetaan aluksi kaikki solut (arvo 0)
  For I=0 To XKPL+1 : For J=0 To YKPL+1
     SOLUT0(I,J)=0 : SOLUT1(I,J)=0
  Next : Next 
  LX#=LEVEYS#/XKPL : Rem yhden pisteen (solun) leveys 
  LY#=KORKEUS#/YKPL
  If LX#<2 or LY#<2
    Print "Liian pieneksi meni. Pienennä muuttujia RX,RY tai XKPL,YKPL"
    Stop 
  End If 
  
  Rem Asetetaan elämän spontaani alkusynty.  
  X0#=0 : Rem sarjakuvaruudun vasen yläkulma alussa
  Y0#=0
  For SOLU=1 To KPL
    Read I,J
    I=I+0 : Rem skaalaustekijä (tässä 0)  
    J=J+0 : Rem skaalaustekijä (tässä 0)
    SOLUT0(I,J)=1 : Rem solu elää=1, kuollut=0 
    Ink 1 : Gosub 999
  Next 
  
  KIERROS=2
  Repeat : Rem Pääsilmukka, jossa pyöritään kunnes elämä ei enää kehity
    Locate 0,28 : Paper 0 : Ink 3
    Print "Sukupolvi: ";KIERROS : Add KIERROS,1
    Rem lasketaan seuraavan sarjakuvaruudun vasen yläkulma   
    X0#=X0#+LEVEYS# : If X0#>MX#-LEVEYS#
                        X0#=0 : Y0#=Y0#+KORKEUS#
                        If Y0#>MY#-KORKEUS#-MARG : Y0#=0 : End If
                      End If 
    Rem tyhjennetään se ensin
    Ink 0 : Bar X0#+1,Y0#+1 To X0#+LEVEYS#-1,Y0#+KORKEUS#-1
    Rem ja aletaan laskea soluille arvoja 
    For I=1 To XKPL
      For J=1 To YKPL
        ELAA=SOLUT0(I,J)
        KPL=0 : Rem Lasketaan elävät naapurisolut
        Rem ei lasketa solua itse sen eläväksi naapuriksi:
        If ELAA=1 : KPL=-1 : End If 
        For DI=-1 To 1
          For DJ=-1 To 1
            If SOLUT0(I+DI,J+DJ)=1 : Add KPL,1 : End If 
          Next DJ
        Next DI
        Rem tässä on varsinainen tekoelämän generaattori
        If ELAA=1 and(KPL=2 or KPL=3)
          SOLUT1(I,J)=1
          Ink 1 : Gosub 999 : End If 
        If ELAA=1 and(KPL=0 or KPL=1 or KPL>3)
          SOLUT1(I,J)=0
          Ink 0 : Gosub 999 : End If 
        If ELAA=0 and(KPL=3)
          SOLUT1(I,J)=1
          Ink 1 : Gosub 999 : End If 
      Next 
    Next 
    Rem tutkitaan samojen solujen lukumäärä  
    Rem ja siirretään SOLUT1:n alkiot SOLUT0:n alkioiksi   
    SAMOJA=0
    For I=1 To XKPL : For J=1 To YKPL
      If SOLUT0(I,J)=SOLUT1(I,J) : Add SAMOJA,1 : End If 
      SOLUT0(I,J)=SOLUT1(I,J) : SOLUT1(I,J)=0
    Next : Next 
  Until SAMOJA=XKPL*YKPL
  Locate 0,29 : Print "Elämä jumittui."
  End 
  Rem aliohjema solun piirtoon 
  999
  A0#=Int(X0#+I*LX#+1.5)
  B0#=Int(Y0#+J*LY#+1.5)
  A1#=Int(X0#+I*LX#+LX#-0.5)
  B1#=Int(Y0#+J*LY#+LY#-0.5)
  If Int(A0#)=Int(A1#) or Int(B0#)=Int(B1#)
      Plot A0#,B0# : Draw To A1#,B1#
  Else Bar A0#,B0# To A1#,B1# : End If 
  Return