Компьютерра - Журнал «Компьютерра» № 29 от 14 августа 2007 года
Канадская команда специалистов по искусственному интеллекту из Университета Альберты под руководством профессора Джонатана Шаффера (Jonathan Schaeffer) создала непобедимую версию компьютерной программы Chinook для игры в английские шашки на доске 8х8. Научная статья, в которой утверждается, что в игре с любым противником программа либо выиграет, либо сведет партию к ничьей, недавно опубликована в журнале Science.
Работа над программой началась еще в 1989 году. Разрабатываемые учеными алгоритмы использовали примерно те же принципы, что и программы для игры в шахматы. В каждой позиции просчитывались возможные варианты развития событий, а бесперспективные пути отбрасывались с использованием эвристических правил. А поскольку шашки значительно проще шахмат, анализировать позиции легче, и можно считать на несколько десятков ходов вперед.
Мощность компьютеров росла, алгоритмы совершенствовались, и к 1994 году программа победила знаменитого чемпиона мира по шашкам Мариона Тинсли, который удерживал этот титул с 1955 года. С тех пор программа Chinook оставалась непобедимой, лишь изредка проигрывая отдельные партии турниров.
Но работа ученых продолжалась, и теперь им удалось полностью убрать из алгоритма эвристические процедуры, исключив тем самым возможность ошибки и всякие шансы противника на выигрыш. Дело в том, что начиная с того далекого 1989 года в научной группе над анализом шашечных позиций постоянно трудилось несколько десятков, а в лучше годы до двух сотен компьютеров. Это позволило проанализировать все 5х1020 шашечных позиций и в каждой найти лучший ход. И теперь, грубо говоря, расчет вариантов следующего хода сведен к поиску по обширной базе данных готовых решений.
Авторы считают, что алгоритмы, созданные в процессе работы над программой, будут полезны и в других практических задачах искусственного интеллекта. А чтобы не расстраивать любителей древней игры, на сайте группы www.cs.ualberta.ca/~chinook любой желающий может сыграть в шашки с облегченной версией программы Chinook, в единоборстве с которой у него есть небольшие шансы на выигрыш. ГА
В зоопарке пополнениеНовый тип волн электронной плотности – поверхностные акустические плазмоны – обнаружила международная команда ученых из Европы и США, координируемая из Университета Нью-Гемпшира в Дареме. Эти квазичастицы или волны, возможно, играют важную роль во многих физических процессах – от химических реакций на поверхности металлических катализаторов до нанооптики и высокотемпературной сверхпроводимости.
На поверхности металла живет целый зоопарк разнообразных волн. Прежде всего это обычные поверхностные плазмоны, которые представляют собой колебания плотности одних только электронов. Поверхностные плазмоны обладают сравнительно большой энергией и играют важную роль в формировании оптических свойств плоской поверхности металлов и металлических наночастиц. В последнее время большой интерес вызывают поверхностные плазмоны-поляритоны, то есть коллективные колебания электромагнитного поля и электронов, что на языке квазичастиц означает некую смесь из фотона и обычного плазмона. С их помощью ученые надеются передавать информацию внутри компьютерных чипов.
Каждая из этих волн или соответствующая волне квазичастица (например, звуковой волне соответствует фонон) обладает своими специфическими свойствами и движется по своим законам. Теоретики давно предсказывали существование еще одного типа поверхностных волн – смеси звуковых и электронных колебаний, то есть смеси плазмона и фонона, которые для краткости назвали акустическими плазмонами. Эти волны обладают сравнительно малой энергией, вот почему их до сих пор не удавалось зарегистрировать. В прошлом году одна из групп экспериментаторов даже утверждала, что таких волн на самом деле не существует.
Но теперь ученым, наконец, удалось поставить очень тонкие и трудоемкие эксперименты и надежно установить существование акустических плазмонов. Для этого была изготовлена высокоточная электронная пушка, которая в глубоком вакууме обстреливала медленными электронами поверхность идеального кристалла бериллия. Когда эти электроны, словно камешки, отскакивали от поверхности озера свободных электронов металла, некоторые из них теряли как раз то количество энергии, которое необходимо, как предсказывает теория, для возбуждения поверхностного акустического плазмона.
Согласно расчетам, такой акустический плазмон живет лишь несколько фемтосекунд и за это время успевает пробежать по поверхности считанные нанометры. Однако этого достаточно, чтобы сильно повлиять на протекание многих химических реакций. Пока не доказан, но вполне возможен вклад этих возбуждений в механизм высокотемпературной сверхпроводимости, которая, как известно, возникает в керамиках сложного состава со слоистой структурой. Возможно, поверхностные акустические плазмоны удастся возбуждать оптическими методами за счет дифракции света на специально созданных поверхностных наноструктурах. Тогда их можно будет использовать в фотонике.
Поверхностные акустические плазмоны должны возбуждаться на многих металлах. Сейчас даже трудно представить, какие практические применения могут найти эти волны. Во всяком случае, надежное экспериментальное доказательство их существования развязывает руки теоретикам, чьи предложения теперь ограничены лишь пределами собственной фантазии. ГА
Мятая бесконечностьВ 1858 году Август Мебиус представил Французской Академии наук трехмерную поверхность, имеющую только одну "сторону", известную ныне как лист Мебиуса. Двигаясь по листу Мебиуса, можно обойти всю поверхность, не пересекая ее краев. Лист Мебиуса, являющийся одним из символов бесконечности, можно получить, просто склеив два конца бумажной полоски и предварительно развернув один конец на 180 градусов по отношению к другому. Очевидно, что чем длиннее полоска, тем легче совместить ее концы подобным образом. Однако, увеличивая ширину листа при неизменной длине, мы столкнемся с пределом ширины, преодолев который, соединить концы листа, не смяв его, невозможно. Вычислить этот предел исходя из параметров "бумажной полоски" до сих пор не удавалось. Несмотря на кажущуюся простоту – это одна из нерешенных проблем.
Первые работы, посвященные возможностям математического анализа формы листа Мебиуса, появились еще в 1930-х годах, но орешек оказался слишком твердым. Лишь сейчас, после стольких лет, задача, похоже, решена. Евгений Старостин и Герт Ван дер Хейден (Gert van der Heijden) из Лондонского университетского колледжа опубликовали работу, позволяющую предсказывать форму листа Мебиуса на основании данных о поверхности, его формирующей. Ученые установили, что форма листа Мебиуса может быть предсказана с помощью дифференциальных уравнений, известных уже двадцать лет, причем эти уравнения могут описывать форму любой эластичной полосчатой поверхности. Как полагают английские математики, их открытие выходит далеко за пределы "чистой математики". С помощью уравнений Старостина – Ван дер Хейдена можно моделировать изгибание и смятие любой сложности, например, предсказать форму смятого листа бумаги, ткани или металлической обшивки, что может пригодиться в механике для "физически корректного" теоретического изучения процессов деформации. Новые уравнения могут быть использованы при создании различных спецэффектов и, возможно, войдут в состав "физических движков" компьютерных игр следующих поколений. ЕГ
Посеешь камни, пожнешь жизньОколо тридцати лет назад английский биохимик Грэхем Кэйрнс-Смит (Graham Cairns-Smith) из университета Глазго выдвинул довольно оригинальную гипотезу о возникновении наследственного механизма жизни на Земле. По его мнению, такое явление как передача свойств от "поколения к поколению" появилось задолго до возникновения органической живой материи. И первыми обладателями этого фундаментального свойства жизни были кристаллы.
Как известно, в любом реальном кристалле содержится большое количество дефектов, представляющих собой локальные нарушения в пространственном расположении атомов или молекул кристаллической решетки. В соответствии с теорией Кэйрнса-Смита, именно расположение дефектов в кристалле и представляло собой первую "генетическую информацию", а сама гипотеза получила название "кристаллы как гены" (crystals as genes). Дефекты могут быть различных типов: точечные, линейные, плоскостные. Наиболее приспособленными для передачи следующему "поколению" кристаллов являются линейные дислокации, которые представляют собой изменения в порядке расположения целого ряда атомов решетки и словно иглы пронизывают массив кристалла. Если исходный ("материнский") кристалл, пронизанный линейными дефектами, раздробить на несколько меньших кристаллов ("зародышей") в направлении, перпендикулярном направлению дефектов, то "дочерние" кристаллы, выросшие на этих зародышах, "унаследуют" распределение линейных дефектов, как у материнского кристалла. В ходе роста в дочерних кристаллах появляются дополнительные дефекты, не связанные с "родителем" – "мутации". Некоторые "мутации" благоприятны, так как способствуют более быстрому росту "дочернего" кристалла, другие же – наоборот. Таким образом, Кэйрнс-Смит выстроил целое подобие эволюционной теории для царства кристаллов, очертив возможный механизм передачи информации в "предбиологическом" мире. Распределение линейных дефектов в кристалле можно сравнить с компьютерной перфокартой, где информация также представлена в виде пространственного расположения отверстий.
