Алгоритмы расшифровки, используемые муравьями и Интернетом
Инженеры иногда обращаются к природе за вдохновением. Доцент лаборатории Колд-Спринг-Харбор Сакет Навлаха и научный сотрудник Джонатан Суен обнаружили, что алгоритмы корректировки — тот же процесс управления с обратной связью, с помощью которого Интернет оптимизирует трафик данных, — используются несколькими естественными системами для определения и стабилизации поведения, включая муравьиные колонии, клетки. , и нейроны.
Интернет-инженеры маршрутизируют данные по всему миру небольшими пакетами, которые аналогичны муравьям. Как объясняет Навлаха:
«Цель этой работы состояла в том, чтобы объединить идеи машинного обучения и интернет-дизайна и связать их с тем, как кормятся муравьиные колонии».
Тот же алгоритм, который используют интернет-инженеры, используется муравьями, когда они добывают пищу. Сначала колония может выпустить одного муравья. Когда муравей возвращается, он предоставляет информацию о том, сколько еды он получил и сколько времени ушло на ее получение. Затем колония отправляла двух муравьев. Если они вернутся с едой, колония может выслать троих, затем четырех, пятерых и так далее. Но если десять муравьев отправлены и большинство из них не вернутся, то колония не уменьшит количество отправленных муравьев до девяти. Вместо этого он сильно сокращает число, кратное (скажем, половине) того, что было отправлено ранее: всего пять муравьев. Другими словами, количество муравьев медленно увеличивается, когда сигналы положительны, но резко сокращается, когда информация отрицательная. Навлаха и Суен отмечают, что система работает, даже если отдельные муравьи заблудились и соответствуют определенному типу «алгоритма аддитивного увеличения / мультипликативного уменьшения», используемого в Интернете.
Суен считает, что муравьи могут вдохновить на новые способы защиты компьютерных систем от хакеров или кибератак. Инженеры могли бы подражать тому, как природа противостоит целому ряду угроз для здоровья и жизнеспособности. Суэн объясняет:
«Наблюдение показало, что природа невероятно надежна во многих аспектах, реагирующих на изменяющуюся среду. Однако, в области кибербезопасности мы обнаруживаем, что многие наши системы могут быть легко взломаны и банально ненадежны. Мы хотели посмотреть на природу, которая выживает во время всевозможных стихийных бедствий, эволюционных изменений, человеческого фактора, и многому научиться на том, как природа динамически меняет свои системы, чтобы выжить».
В то время как Суэн планирует применить природные алгоритмы к инженерным программам, Навлаха хотела бы посмотреть, могут ли инженерные решения предложить альтернативные подходы к пониманию регуляции генов и контроля иммунной обратной связи. Навлаха надеется, что «успешные стратегии в одной области могут привести к улучшениям в другой».
Источник: https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsif.2..