Ритм Вселенной. Как из хаоса возникает порядок - [122]

Эта задача оказывается тривиальной при наличии центрального процессора – «всевидящего ока», которое способно контролировать такую систему в целом и определять, было ли большинство лампочек поначалу включено или выключено. Однако нужно учитывать, что в данном случае речь идет о децентрализованной системе. «Всевидящего ока», которое обладало бы глобальным знанием, в этой системе нет. Лампочки страдают близорукостью: по определению, каждая из них может видеть лишь трех своих соседей по левую и по правую сторону от себя. Именно это и делает нашу задачу столь непростой: как может такая система, пользуясь неким локальным правилом, решить задачу, которая по своему характеру является фундаментально глобальной?

В этой задаче ухвачена суть того, что называют коллективным вычислением. Представьте себе колонию муравьев, строящих муравьиную кучу. Каждый из отдельно взятых муравьев не знает, в чем заключается цель работы, выполняемой колонией, но в своей совокупности они ведут себя так, будто обладают разумом. Вспомните концепцию «невидимой руки рынка», принадлежащую Адаму Смиту. Согласно этой концепции, если каждый, выполнив свое «локальное вычисление», решает действовать в своих собственных интересах, то экономика в целом будет двигаться к состоянию, которое оказывается полезным для всех. В нашем случае, то есть в случае «проблемы классификации плотности для одномерных двоичных автоматов», подобные (но гораздо более простые) вопросы могут быть решены в неком идеализированном, хорошо контролируемом окружении. Проблема заключается в том, чтобы придумать правило, которое позволит сети решить, было ли большинство лампочек поначалу включено или выключено, при любой первоначальной конфигурации. Такой сети предоставляется возможность действовать в течение времени, равного ее удвоенной длине. Таким образом, если наша сеть содержит 1000 лампочек, то такой системе предоставляется возможность выполнять свое локальное правило в течение 2000 шагов, после чего она должна принять решение (вынести свой вердикт).

Никому до сих пор не удалось найти правило, которое срабатывало бы каждый раз. Мировой рекорд поставило правило, которое позволяло получить правильный результат примерно в 82 % случаев – то есть оно правильно классифицировало примерно 82 % всех исходных условий как «большинство лампочек включено» или «большинство лампочек выключено», уложившись в заданное время. Первое правило, которое могло бы показаться вам подходящим для проверки – «правило большинства», согласно которому каждая лампочка подражает тому, что делает большинство ее соседей, – совершенно неработоспособно. Сеть замыкается в неком «полосатом» состоянии, в котором блоки включенных смежных лампочек перемежаются с блоками выключенных лампочек. Такой результат совершенно неприемлем для нас, как неприемлемо жюри суда присяжных, которое неспособно вынести вердикт по причине разделения мнений. Предполагается, что такая сеть должна сойтись к единодушному вердикту, когда все лампочки либо включены, либо выключены.

Мы с Дунканом предположили, что сеть тесного мира, составленная из лампочек[249], должна решить эту задачу более эффективно, чем первоначальная кольцевая структура. Превращение небольшого числа связей в произвольные «перемычки» должно предоставить возможность удаленным лампочкам быстрее общаться между собой, что, вероятно, предотвратит застревание в «полосатом» состоянии. Мы изучили действие «правила большинства» в кольцевых сетях с разными объемами произвольной переустановки связей. Как и ожидалось, когда объем произвольной переустановки связей был очень незначительным, «правило большинства» по-прежнему не срабатывало: полученная система была неотличима от первоначального кольца и в очередной раз скатывалась в тупиковое «полосатое» состояние. Когда мы увеличили объем переустановленных связей, какое-то время функционирование сети оставалось плохим, но затем, после достижения определенного порога, резко улучшалось. Это происходило примерно на том этапе, когда от каждой лампочки исходила одна «перемычка», в среднем. В этом режиме «правило большинства» начало работать блестяще, правильно классифицируя примерно 88 % всех первоначальных конфигураций. Другими словами, довольно примитивное правило («правило большинства») в случае его применения к эффективной архитектуре (тесный мир) позволило достичь результатов, которые превзошли мировой рекорд.

В такой сети самопроизвольно вырабатывалась способность к вычислению после внесения даже незначительных изменений в схему соединений этой сети. Это позволяет сделать вывод о том, что использование архитектуры тесного мира может оказаться весьма эффективным способом решения других задач коллективного вычисления – способом, который придает огромную дополнительную силу даже простейшим локальным правилам. Возникает даже соблазм предположить, что процесс эволюции мог использовать эту архитектуру при формировании нервных систем живых организмов.

Важность системы связей тесного мира оказывается еще более очевидной при рассмотрении процессов распространения инфекций. Все, что может распространяться – инфекционные заболевания