铁路网这个愚蠢的家伙花了一百年的时间才在26小时内获得IT新闻。

发布日期:2019-10-25

    资料来源:把科学带回家。你应该坐火车,对吧?一个国家有许多铁路,国家之间也有。他们组成了一个铁路网。显然,从成本和效率的角度来看,铁路不可能穿越每个城市。铁路规划是了解哪些城市有交通枢纽来覆盖最大数量的乘客,并缩短城市之间的旅行路线。许多领域的科学家,如数学家和计算机科学家,都参与了交通网络的规划和设计。但是最近,在这个领域出现了一个奇怪的生物,它是一个极其强大的解决问题的专家。换句话说,东京的铁路系统从1872年开始运行。第一条铁路连接东京和横滨。工程师们花了100多年的时间才对现有的铁路系统进行优化,但是我们要介绍的这种生物只需要26个小时就能达到同样的效果。更令人惊讶的是,与人类相比,这些生物是如此原始、低等以至于它们甚至没有大脑。这到底是什么?事实上,利用生物学解决空间规划问题有着悠久的历史。例如,科学家利用蚂蚁的觅食行为来模拟晶体生长。然而,在空间设计中,有一种叫做多头草藻(Physarum polycephalum)的物种已经流行了近10年。虽然粘菌有真菌的名称,但它们不是细菌或真菌,而是单细胞阿米巴或原生动物。它可以从一点延伸到四周,寻找食物。一旦找到食物来源,没有找到食物的“触须”就会萎缩和消失。最后,在粘菌觅食网络中,只有那些能有效传递养分的觅食路线和节点被留下。粘菌甚至可以找到走出迷宫的最短路径。当然,由粘菌细胞形成的最终网络实际上是一个具有若干核的细胞,仅比最初的大。当你听到这个的时候,你应该猜到的。如果我们把粮食食品看作一个城市,并根据地图分布将其围绕在粘菌周围,那么它能够规划一个有效地连接城市(粮食分布点)的网络吗?2010年,日本北海道大学的科学家Atsushi Tero和同事在《科学》杂志上发表了一项研究,其中他们成功地用燕麦代替了城市,并在Petri培养皿中使用粘菌绘制了东京铁路系统的地图。令人惊讶的是,粘菌描绘的东京铁路系统几乎与人类经过几个世纪反复试验而构建的铁路网络完全一样。在下面的图中,左侧是人造东京铁路网,而右侧是由粘菌构成的。再看一下静态图表。在下面的图片中,黏菌被设计成几天和一些燕麦片。下面是一个人类花费100年和大量金钱的设计。从那时起,许多研究交通网络优化的科学家开始使用粘菌来设计交通网络。一些人甚至用粘菌绘制了丝绸之路和全球贸易网络的地图。利用粘菌进行空间设计具有速度快、成本低、操作简单等优点。粘菌向外平均每小时生长1厘米。在短短的几天内,他们可以通过实践或在超级计算机的帮助下解决人类将需要数年甚至数十年才能找到的优化解决方案。英国西英格兰大学非常规计算中心主任安德鲁·阿达马茨基教授还用燕麦作为城市比较了14个国家的交通网络和粘菌绘制的公路之间的差异。他发现,比利时、加拿大和中国的公路网与粘菌设计的最相似,而美国和非洲的公路网效率最低。下面是由粘菌公司设计的美国运输网络。下面是粘菌在西班牙“设计”的公路网络。下面是西班牙公路网(左)和粘菌设计(右)的比较:阿达马茨基的非洲铁路网是用粘菌设计的:阿达马茨基把燕麦片放在世界24个主要城市的位置,然后让粘菌设计丝绸之路。这个结果与历史上的丝绸之路(76%)非常吻合:新泽西理工大学、美国NJIT的助理教授西蒙·加尼尔(Simon Garnier)也用美国地图和粘菌做实验。你看,粘菌三天的结果与人类几十年来花费的数百万美元几乎是一样的。当然,粘菌不仅可以用来模拟高效的运输系统,还可以用来模拟自然和人为的灾害,如碰撞和洪水。如何模拟它?只要把盐撒在培养皿的相应位置就行了。这是因为盐对粘菌有毒,当它遇到盐粒时,粘菌撤退并寻找其他途径。因此,利用黏菌对盐粒的反应,科学家可以预测交通事故附近的交通变化。刚才我们说粘菌是无脑的单细胞生物。事实上,他们比我们想象的要聪明得多。2012年,发表在《美国国家科学院院刊》上的悉尼大学的研究人员发现,黏菌不仅形成了有效的食物运输网络,而且用化学物质标记不成功的路线,好像我们被贴上了“这种方式是不可能的”的标签。通过这种方式,粘菌可以记住低效的线条,并防止以后的错误。更重要的是,在野外,当季节的食物吃完后,粘菌聚集在一起繁殖。在没有中央指挥的情况下,他们会自发地分担不同的任务。一些粘菌产生子代,真菌样孢子,而其他成为孢子支持结构。到目前为止,人类还没有弄清楚他们是怎么做到的。粘菌更新了我们对智力的定义。粘菌发酵效率值得通过计算机学习。我知道一些同志要问什么。粘菌能吃吗?“吃,”加尼尔说,谁尝到了。尝起来像苔藓。

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