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一、形式定义

二、人工化学的种类

三、重要概念

四、人工化学的历史

五、重要贡献者

六、人工化学的应用

七、大众文化中的人工化学

八、编者推荐

九、百科项目志愿者招募

十、集智百科平台底层维护人员招募

人工化学 artificial chemistry是一种类化学系统，通常由名为分子的主体组成，它们会根据类似化学反应的规则相互作用。人工化学的创立和研究是为了理解化学系统的基本性质，包括生命起源前的进化，以及开发化学计算系统。人工化学是计算机科学中的一个领域，其中的化学反应——通常是生化反应——是计算机模拟的，提供了关于进化、自组装和其他生化现象的洞见。该领域不使用实际的化学物质，不应与合成化学或计算化学混淆。更确切地说，是将比特信息代表起始分子，并检验反应终产物和产生它们过程。该领域起源于人工生命，但已被证明是一种多用途的方法，在化学、经济学、社会学和语言学等许多领域都有应用。

形式定义

人工化学一般定义为三元组 (S,R,A)。在某些情况下，将它定义为元组(S,I)就足够了。

S是可能分子的集合S={s1…,sn}，其中 n 是集合中元素的个数，它可能是无限的。
R是S中分子的n元运算的集合，即反应规则R={r1…,rn}。每个反应规则ri的写法类似于一个化学反应 a+b+c->a*+b*+c*。请注意，ri是操作符，而不是 + 。
A是一个描述如何将规则R应用于子集P⊂S的算法。
I是S中分子间相互作用的规则。

人工化学的种类

依据可能分子的空间划分

有限
无限

依据反应类型划分

催化系统
活化系统

抑制系统

依据空间拓扑划分
搅拌良好的反应器拓扑排列(1、2、3维)

重要概念

该领域严重依赖于数学，包括数学建模。事实上，它更多地依赖于数学背景，而不是化学背景。
组织: 组织是一组封闭的、自我维持的分子。因此，它是一个集合，不会创造任何自身之外的存在，任何该集合内部的分子都能在该集合中被生成。
闭集
自我维持集
组织的哈斯图

人工化学的历史

人工化学作为人工生命的子领域而出现，特别是源自强人工生命。这个领域背后的观念是，若想要构建一个有生命的存在，则必须由非生命实体的组合来完成。例如，一个细胞本身是有生命的，但却是非生命分子的组合。此外，人工化学还吸引了另一批研究者，他们相信一种极端的自下而上的人工生命方法。在人工生命中，比特信息被用来表示细菌或物种个体，在计算机模拟中，每个细菌或物种都会移动、繁殖或者死亡。在人工化学中，比特信息则被用来表示能彼此反应的起始分子。该领域与人工智能有关，因为数十亿年的演化过程中，非生命物质进化为原始生命形式，而原始生命形式又进化为智能生命形式。

重要贡献者

关于人工化学的第一篇参考文献来自John McCaskill的一篇技术论文。沃尔特·丰塔纳（Walter Fontana）与Leo Buss合作，随后开发了AlChemy模型。该模型发表于第二届国际人工生命大会。在他的第一篇论文中，他提出了组织的概念，即一组代数封闭且自我维持的分子。Dittrich和Speroni di Fenizio将这一概念进一步发展为化学组织理论。

人工化学的两个主要流派在日本和德国。在日本，主要的研究人员是Takashi Ikegami、Hideaki Suzuki和Yasuhiro Suzuki。在德国，在德国，Wolfgang Banzhaf与他的学生Peter Dittrich和Jens Ziegler一起开发了各种人工化学模型。他们2001年的论文《Artificial Chemistries – A Review》成为该领域的标准。作为博士论文的一部分，延斯·齐格勒证明了人工化学可以用来控制小型Khepera机器人。在其他模型中，Peter Dittrich发展了离群者模型，该模型能通过一些简单的规则来解释社会中的群体形成。从那时起，他成为耶拿的教授，并在那里研究将人工化学用于定义构造性动力学系统的一般理论。

人工化学的应用

人工化学常用于原生物学的研究，试图弥合化学和生物学之间的鸿沟。进一步研究人工化学的另一个动机是对构造性动力学系统的兴趣。铃木康弘利用他的方法建立了各种系统的模型，即基于多重集的抽象重写系统(ARMS)，如膜系统、信号通路(P53)、生态系统和酶系统。

大众文化中的人工化学

在1994年Greg Egan的科幻小说《置换城市 Permutation City》中，大脑扫描的模拟人类复制体居住在一个包含自动宇宙（Autoverse）的模拟世界中。自动宇宙是一个人工生命模拟器，它基于一个复杂到足以将人工化学作为底层的元胞自动机。在自动宇宙中模拟的微环境，充满了一种设计简单的生命形式，即名为朗伯自动菌（Autobacterium lamberti）的种群。自动宇宙的目的是让复制品探索在模拟宇宙(称为朗伯行星)上的相当大区域运转之后而演化的生命。

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