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目录


一、内容简介
二、基本信息
三、作者介绍
四、内容目录
五、内容摘要
六、编者推荐
七、百科项目志愿者招募




内容简介




该书是一本John von Neumann关于“自复制自动机”的研究论文集，由John von Neuman在密西根大学的助手Arthur Burk（John Holland的博士导师）整理编辑。


这本书的意义不仅仅在于它实际上开创了“人工生命”、“细胞自动机”等多门复杂性研究的分支。更重要的是，该书将“自我复制”作为生命的一个本质特征加以数学建模的研究。而这套理论和可计算性理论、歌德尔定理以及热力学深深地联系到了一起。这一点也许对于我们研究复杂系统的人来说仍具有重要的意义。其中，5篇讲座的讲稿为该书最重要的部分。这5篇文章不仅仅预测了复杂性科学未来100年的发展方向（事实上很多领域已经验证了von Neumann的预言），而且还指出了生命逻辑最核心的奥秘：热力学、信息论与自指之间的深刻联系。





基本信息



《自复制自动机理论（Theory of Self-reproducing Automata）》


书名：自复制自动机理论（Theory of Self-reproducing Automata）

作者：约翰·冯·诺依曼 John von Neumann

编者：阿瑟.伯克斯 Arthur W. Burks

译者：东方和尚




作者介绍




约翰·冯·诺依曼 John von Neumann

约翰·冯·诺依曼 John von Neuman


  • 开创了冯·诺依曼代数。
  • 美国籍犹太人数学家、计算机科学家、物理学家，是20世纪最重要的数学家之一。
  • 历任普林斯顿大学、普林斯顿高级研究所教授，美国原子能委员会会员。美国全国科学院院士。布达佩斯大学数学博士。
  • 现代计算机、博弈论、核武器和生化武器等领域内的科学全才之一，被后人称为“计算机之父”和“博弈论之父”。




内容目录



  • 前言与编者介绍 自复制自动机前言
    冯纽曼在计算机方面的工作
    • 冯纽曼的自动机理论

  • 第一部分：复杂自动机的组织与理论

    第一堂课：一般意义的计算机

    • 第二堂课：控制与信息理论
    第三堂课：信息的统计理论
    第四堂课：大数之道
    第五堂课：复杂自动机的一些考量——关于层次与进化的问题





内容摘要




第一堂课——一般意义上的计算机

　　•　数学中的抽象方法和计算方法，后者在应用数学和数学物理上的作用。纯数学中两者的作用。分析的状况。计算模拟作为一种启发性的工具。
　　•　不同的计算方法：模拟和数字。
　　•　模拟方法：利用物理实验来代替计算。模拟计算机。
　　•　数字方法：人工计算，简单的计算机，全自动的计算。
　　•　现在计算机的状况，数字和模拟计算机的不同功能，计算速度，编写程序和精度的问题。
　　•　计算机中基本操作的概念，在数字和模拟计算机中间基本操作的作用。关于数字和模拟组件的一些见解。
　　•　继电器元件。主要的形式：机电继电器，真空管以及其他可能的继电器。
　　•　数字计算所需时间或者计算复杂度的测量，逻辑和算术运算，线性和非线性的算术计算，乘法次数的作用。不同计算的统计性质的稳定性，分析的特殊功用。
　　•　计算长度或者复杂度的不同性质。对于自动数字计算机器的问题特征长度。
　　•　精度需求。
　　•　内存需求：内存容量的测量。内存的关键参数，读写时间和内存容量。建立不同级别内存的原因，数字计算机器的实际内存需要量。
　　•　输入输出：主要的媒介。
　　•　平衡的概念：不同零件的速度平衡。不同级别内存容量和速度的平衡。速度和精度的平衡。速度、内存容量和编程能力的平衡。
　　•　从热力学角度看待平衡。热力学上的内存容量。在传统的经验方式之上建立定量理论。可靠性和错误的一些初步看法。

第二堂课——控制与信息理论

　　•　信息理论：严格的部分。信息的概念，集合和区分所对应的数理逻辑概念。
　　•　同形式逻辑的紧密联系。利用自动机模型做不同的分析。这两种做法的共同特点：具备或不具备的特征。把两种分析联系在一起的工作。
　　•　两种描述自动机的方法：零件组合或者整体处理。
　　•　零件组合的方法：基本单元的性质，同神经元的类似之处。McCulloch & Pitts理论：形式神经网络，他们主要的结论。
　　•　整体处理的方法：图灵机理论。图灵机和数学问题的联系，何种数学问题能够用图灵机解决。通用自动机的概念。图灵的主要结论。
　　•　McCulloch & Pitts的神经网络以及图灵自动机的局限。输入和输出元件。一般意义上的计算。利用传感器和运动元件的分析方法。

第三堂课——信息的统计理

　　•　信息理论：概率论部分。严格逻辑和概率论逻辑的关系。凯恩斯对于概率论的理解。举例说明逻辑与严格的经典力学以及统计力学之间的关系。量子力学中的相应情况。
　　•　从数学角度看待严格逻辑向统计逻辑的转变。分析和组合论。
　　•　热力学的角度：信息和熵。
　　•　西拉德（Szilard）的理论。
　　•　香农的信息论。
　　•　叙述计算机的内部平衡的热力学性质。

第四堂课——大数之道

　　•　计算机器和神经系统之间的比较，对于计算机器尺度发展的预计。
　　•　对人类中枢神经系统的尺度进行估计。并说明了生命的“数模混合”性质。模拟和数字元件。人工和生物的各种部件都具有这种混合性质，对此所持的立场。
　　•　对于人工和生物自动机的尺度差别的评价，用物理原因来解释这种差别。材料的生物性质。
　　•　存在其他智能因素的可能，复杂度起到的作用和所需要的理论深度。
　　•　重新考虑可靠性和错误的问题，独立错误的发生概率和程序长度之间的联系。计算机器和生物的典型程序长度。可接受的独立运算错误概率上限。通过校验和自纠正来加以补偿。
　　•　人工自动机和生物自动机处理错误上的原则差别。人工自动机的“单个错误”原则，因缺乏理论支撑，我们的处理方法的粗糙之处，以及生物自动机的先进之处：元件的自主性。这种自主性和进化之间的联系。

第五堂课：复杂自动机的一些考量——层次和进化问题

　　•　自动机可以作为一个整体来研究，也可以对各个零件分别研究。当然，有了对于各个零件的知识以后，我们还需要懂得如何把零散的知识组成统一的理论，但是目前我们还不知道怎样做。
　　•　问题一：我们这里先不谈细节问题，而是仅仅针对中继组件（relay organs）的性质进行讨论。
　　•　问题二：如何与自动机和信息理论保持一致，我们将重新考虑在第二堂课结尾的地方已经触及到的将程序看作一种自动机模型的理论探讨。
　　•　如何合成一个自动机，并且它自己就能实现这一合成过程。
　　•　有关“复杂度”的直观理解。我们猜测这个复杂度具有一种衰退的特征，这种特征是与该自动机过程的描述以及由它完成的自动机合成有关的。
　　•　有关复杂度衰退这个概念的性质和难点。
　　•　严格的讨论：自动机和其“基础”零件。有关这些基础零件的定义和列表。由自动机合成的自动机。自我复制的问题。
　　•　与此有关的构造性自动机的主要类型：通用指令的概念。能够执行指令的通用构造自动机。通用拷贝自动机。组合自动机来实现自复制。
　　•　自复制和其他类型的自动机合成过程：例如催化过程，同已知的主要遗传和变异机制的比较。




资源获取



  • 《自复制自动机理论》电子版
    http://swarmagents.cn.13442.m8849.cn/thesis/program/jake_358.pdf





编者推荐



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在人工智能盛行的今天，当绝大多数人仅对“奇巧淫技”感兴趣的时候，集智俱乐部重新编辑推出冯·诺依曼自动机理论这系列文章，这是著名人工智能先驱Arthur Burks整理的冯·诺依曼的手稿《自复制自动机理论》的第一部分，该部分详细论述了思考自复制自动机的动机与意义。该文后经由集智俱乐部资深粉丝“东方和尚”翻译成中文，并由张江注释后奉献给广大读者。希望通过溯本清源，我们能够重新追溯冯·诺依曼的思考轨迹，从全新的视角审视人造机器的生命本质。
《自复制自动机理论》集智解读


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读书会推荐——自生成结构读书会

本季读书会为「自生成结构」读书会三季系列之《第一季：共识》。为了能够更加深入地讨论生命的本质结构和意识等重要问题，并在不同学科间建立有效沟通的桥梁，我们首先需要在早期确立一些基本共识。

第一季前期，我们将从科学哲学、复杂科学和生物学等学科的不同角度来分别介绍，各个学科在关注生命和意识本质的主体性和生成过程性问题的学科进展和背景，建立我们讨论的基础话语体系。首先以自指概念为核心引出自生成结构对于主体涌现的意义，之后将分别介绍当代生物学哲学对于生命本质和生命（主体）涌现的讨论、复杂科学和统计物理此问题的研究，以及生物化学对于生命起源问题的研究进展。通过以上介绍和讨论，我们将相互熟悉以上学科对于同类问题的话语体系，并尝试建立基本共识，为后续讨论划定范围和确立起点。

第一季后半部分，我们将进行《自复制自动机》部分内容的学习。大概10年前，集智俱乐部的传奇成员东方和尚和张江老师就翻译了这本书的一部分，我们称其为“冯·诺依曼的五堂课”，这是由冯·诺依曼在晚年深度思考生命和意识本质问题时留下的一本未完成的著作整理而成。我们将在学习中辨析冯·诺依曼建立的冯·诺依曼计算机结构、自复制自动机以及元胞自动机等模型与自指、图灵机及当代神经网络之间的关系等。最后，将介绍复杂科学中人工生命方向的进展，后者也可以看作这一理论模型的继承和延伸。自复制自动机模型将成为我们后面讨论生命和自我意识/智能本质结构的一个基础模型，在后续多学科交叉中，我们也将始终以复杂科学作为核心展开讨论。

在第一季结尾，我们将以圆桌讨论的方式对上述内容进行讨论、总结和升华，并引出第二季话题。

以下为第一季暂定框架，会根据读书会实际进展过程中遇到的问题和重点，进行动态调整。

《第一季：共识——自生成结构与自复制自动机的研究背景》暂定框架：

  • 自指与主体涌现——自生成结构综述

  • 当代生物学哲学中生命本质的理论源流

  • CAS系统与J.England的理论

  • 生命的涌现及与主体涌现的区别

  • 生命起源的研究前沿

  • 自复制自动机理论-冯·诺依曼的5堂课

  • 自复制自动机的程序实现

  • 人工生命的假说和模型

参与方式

本读书会适合的参与对象：

  1. 基于复杂系统相关学科研究，对生命、意识本质相关话题有浓厚兴趣的科研工作者；

  2. 能熟练阅读英文文献，并对复杂科学充满激情，对世界的本质充满好奇的探索者；

  3. 欢迎基于读书会所列文本和文献的具体探讨，欢迎进一步提供适合的文献和主题，欢迎提供话题和分享；

本读书会谢绝的参与对象：

为确保专业性和讨论的聚焦，本读书会谢绝脱离读书会文本和复杂科学问题本身的空泛的哲学和思辨式讨论；不提倡过度引申在社会、人文、管理、政治、经济等应用层面的讨论。我们将对参与人员进行筛选，如果出现讨论内容不符合要求、经提醒无效者，会被移除群聊并对未参与部分退费。一切解释权归集智俱乐部所有。

运行模式

主题形式：

  • 本季主题读书会按照内容与暂定框架，贯次开展；

  • 每 1 周由 1-2 名读书会成员领读相关论文，进行线上会议，与会者可以广泛参与讨论（以 PPT 讲解的形式，直播间互动交流）；

  • 本季主题读书会最后一期为圆桌会议形式的主题讨论；

时间：
从2021年11月20日早9：00开始第一季的第一期读书会，之后拟于每周五晚19:00-21:00线上举行，持续时间预计12 周。

方式：
此次读书会为线上闭门读书会，采用的会议软件是腾讯会议（请提前下载安装）。在扫码完成报名并添加负责人微信后，负责人将其拉入群聊，入群后告知具体的会议号码。

费用：
为了过滤一些非专业人士，甄选出真正对本研究感兴趣、有相关研究经验的专业人士，保证读书会研讨质量，也为了激励大家学习、分享、总结，本期读书会将采取收费 – 退款的保证金模式。

具体规则：

  1. 本季读书会（12期）保证金共计 299 元/人。

  2. 满足如下条件之一者全额退款（本季读书会结束后统一退费）：

  • 贡献了一次讲座（1小时左右）内容的（需要提前向主持人申请并通过试讲）；

  • 认真完成集智百科相应的编撰任务，经过集智百科团队审核通过，并达到299积分。（详情见激励制度）

  1. 满足以下条件之一的不仅可以全额退款，还有额外奖励：

  • 由读书会内容启发，产生了靠谱的新产品创意，并在读书会结束 2 个月内提交了详细的产品策划方案，并通过了集智俱乐部组织的相应考核答辩的；

  • 由读书会内容启发，萌发了科研论文创意，在读书会结束 2 个月内完成初稿，并在最终的论文成果中致谢集智俱乐部的（需要发表在SCI等核心刊物上）。

上述规则的最终解释权归集智俱乐部所有。

报名步骤

第一步：扫码填写报名信息 [注意事项：该报名渠道只针对「自生成结构」读书会三季系列之《第一季：共识——自生成结构与自复制自动机的研究背景》，并不包括后面两季]

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第二步：填写信息后，进入付款流程，提交保证金299元。（符合退费条件后可退费）

第三步：添加负责人微信，拉入对应的读书会讨论群。

（我们也会对每次分享的内容进行录制，剪辑发布在集智学园官网上，供读书会成员回看）




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来源：集智百科

编辑：王建萍


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